CN102723511B - 燃料电池供气系统的数字泵控制系统及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种燃料电池供气系统的数字泵控制系统及其工作方法，该系统输入端连接燃料供给部和氧化剂供给部，输出端连接燃料电池，系统包括燃料阀、燃料泵、氧化剂控制阀、氧化剂泵和控制器；氧化剂控制阀、燃料泵和氧化剂泵分别与控制器信号连接；燃料供给部、燃料阀和燃料泵依次连接；所述氧化剂供给部、氧化剂控制阀和氧化剂泵依次连接；燃料泵和氧化剂泵连接燃料电池。本发明的控制系统实现阀和泵的实时控制，有效的减少了能源的消耗；同时，能使燃料电池的反应时间和反应效率得到有效控制。该系统及工作方法克服了现有供气系统中泵全速运转造成能源浪费的不足，同时也解决了阀门开度的突然变化导致局部压力骤变，造成部件损坏的问题。

Description

燃料电池供气系统的数字泵控制系统及其工作方法
技术领域
本发明涉及一种燃料电池供气系统，更具体地说，涉及一种燃料电池供气系统的数字泵控制系统及其工作方法。
背景技术
燃料电池是一种能量转换设备，由于其环境友好性和高效率等特点，使其越来越受到人们的青睐，常用作小区、工厂、大型建筑的独立电站。燃料电池是由一个负充电的电极（阳极）、一个正充电的电极（阴极）和一个电解质膜组成。燃料在阳极氧化，氧化剂在阴极还原。只要持续不断地供给燃料和氧化剂，燃料电池就能远远不断地产生电能。
目前，燃料电池的供气系统主要采用阀和泵（压缩机）的组合来实现，利用阀的开度来实现燃料和氧化剂的供给。然而，在此期间供气系统的泵都是以全速来运转，这样不仅造成能源的浪费，还不利于能源的环保节约。同时，阀门开度的突然变化，还会造成局部压力骤变，导致部件的损坏，这对燃料电池的发展都是不利的。
针对上述对燃料电池供气系统提出的缺点，现有必要对燃料电池供气系统进行优化控制，合理控制阀的开度和泵的转速来实现燃料和氧化剂的可调节流量的供给。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种燃料电池供气系统的数字泵控制系统及其工作方法，该数字泵控制系统以解决现有燃料电池供气系统的不足，根据供气流量和压力的要求对系统控制阀的开度和泵的转速进行实时控制，以实现燃料电池反应物的可调节流量的供给，并有效的减少了系统能源的消耗。
为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：一种燃料电池供气系统的数字泵控制系统，输入端连接燃料供给部和氧化剂供给部，输出端连接燃料电池，其特征在于，包括燃料阀、燃料泵、氧化剂控制阀、氧化剂泵和控制器；所述氧化剂控制阀、燃料泵和氧化剂泵分别与控制器信号连接；所述燃料供给部、燃料阀和燃料泵依次连接；所述氧化剂供给部、氧化剂控制阀和氧化剂泵依次连接；所述燃料泵和氧化剂泵连接燃料电池。
通过上述方案，数字泵控制系统中的控制器可根据供气流量和压力要求对氧化剂控制阀的开度和燃料泵、氧化剂泵的转速进行实时控制，使供气流量和压力达到燃料电池供气系统的要求，有效地减少了能源的消耗。
更具体地说，所述燃料泵和氧化剂泵均采用数字泵。
所述燃料供给部是指容纳燃料为氢气的容器。
所述氧化剂供给部是指容纳氧化剂为氧气的容器。
为了更好地实现本发明，所述燃料供给部、燃料阀和燃料泵之间依次通过管道连接；所述氧化剂供给部、氧化剂控制阀和氧化剂泵之间依次通过管道连接。在本发明中，燃料通过管道流入燃料阀，然后流向燃料泵，最后由燃料泵送到燃料电池；氧化剂通过管道流入氧化剂控制阀，然后流向氧化剂泵，最后由氧化剂泵送到燃料电池。
一种燃料电池供气系统的数字泵控制系统的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，燃料阀按固定的开度打开，燃料泵以设定的初速度运转，氧化剂控制阀按设定开度打开，氧化剂泵以设定的初速度运转；
第二步，控制器控制氧化剂控制阀的开度和燃料泵、氧化剂泵的泵送速度，以实现对燃料电池的反应时间和反应效率的控制。
所述控制器控制氧化剂控制阀的开度和燃料泵、氧化剂泵的泵送速度是指：①当需要加快燃料电池反应时间和反应效率时，控制器发出加快信号，控制燃料泵和氧化剂泵的泵送速度加快，同时控制氧化剂控制阀的开度增大；②当需要减慢燃料电池反应时间和反应效率时，控制器发出减慢信号，控制燃料泵和氧化剂泵的泵送速度减慢，同时控制氧化剂控制阀的开度减小。
所述控制器控制燃料泵、氧化剂泵的泵送速度是指控制燃料泵、氧化剂泵的转速。
本发明的数字泵控制系统是这样工作的：燃料电池供气系统开始供气时，燃料阀固定打开一定的开度，同时氧化剂控制阀也打开一定的开度；燃料泵和氧化剂泵由一定的初速度运转，燃料电池供气系统系统中燃料电池持续发电。当供气系统需要供气流量比较小或需要减少电池反应时间和反应效率时，数字泵控制系统中的控制器给出一个信号，控制氧化剂控制阀调小开度以及控制燃料泵和氧化剂泵以较小的速度运转，以减少氧化剂的流量，则供气流量以及反应时间和反应效率也得到相应的减少；当供气系统需要供气流量比较大或需要增加电池反应时间和反应效率时，数字泵控制系统中的控制器给出一个信号，控制氧化剂控制阀调大开度以及控制燃料泵和氧化剂泵以较大的速度运转，以增加氧化剂的流量，则供气流量以及反应时间和反应效率也得到相应的增加。
与现有技术相比，本发明具有如下优点与有益效果：
1、本发明实现阀和泵的实时控制，有效的减少了能源的消耗；同时，能使燃料电池的反应时间和反应效率得到有效控制。
2、本发明的数字泵控制系统及工作方法克服了现有供气系统中泵全速运转造成能源浪费的不足，同时也解决了阀门开度的突然变化导致局部压力骤变，造成部件损坏的问题。
附图说明
图1是本发明数字泵控制系统的结构示意图；
图2是本发明数字泵控制系统的工作方法流程图；
其中，1为燃料阀、2为氧化剂控制阀、3为燃料泵、4为氧化剂泵、5为控制器。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的描述。
实施例
本发明数字泵控制系统的结构示意图如图1所示，输入端连接提供氢气的燃料供给部和提供氧气的氧化剂供给部，输出端连接燃料电池。该控制系统包括燃料阀1、燃料泵3、氧化剂控制阀2、氧化剂泵4和控制器5，控制器采用西仪化（北京）科技有限公司生产的型号为KL61/PC-F40的控制器；其中，氧化剂控制阀2、燃料泵3和氧化剂泵4分别与控制器5信号连接。
燃料泵3和氧化剂泵4均采用数字泵。燃料供给部、燃料阀1和燃料泵3之间依次通过管道连接，氢气通过管道流入燃料阀1，然后流向燃料泵3，最后由燃料泵3送到燃料电池；氧化剂供给部、氧化剂控制阀2和氧化剂泵4之间依次通过管道连接，氧气通过管道流入氧化剂控制阀2，然后流向氧化剂泵4，最后由氧化剂泵4送到燃料电池。
本发明数字泵控制系统可根据供气流量和压力要求对氧化剂控制阀2的开度以及燃料泵3和氧化剂泵4的转速进行实时控制，使供气流量和压力达到燃料电池供气系统的要求。本发明数字泵控制系统的工作方法流程图如图2所示，包括如下步骤：
第一步，燃料阀按固定的开度打开，燃料泵以设定的初速度运转，氧化剂控制阀按设定开度打开，氧化剂泵以设定的初速度运转；
第二步，控制器控制氧化剂控制阀的开度和燃料泵、氧化剂泵的泵送速度，以实现对燃料电池的反应时间和反应效率的控制。
在第二步中，控制器控制氧化剂控制阀的开度和燃料泵、氧化剂泵的泵送速度是指：①当需要加快燃料电池反应时间和反应效率时，控制器发出加快信号，控制燃料泵和氧化剂泵的泵送速度加快，同时控制氧化剂控制阀的开度增大；②当需要减慢燃料电池反应时间和反应效率时，控制器发出减慢信号，控制燃料泵和氧化剂泵的泵送速度减慢，同时控制氧化剂控制阀的开度减小。
其中，控制器控制燃料泵、氧化剂泵的泵送速度是指控制燃料泵、氧化剂泵的转速。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种燃料电池供气系统的数字泵控制系统，输入端连接燃料供给部和氧化剂供给部，输出端连接燃料电池，其特征在于，包括燃料阀、燃料泵、氧化剂控制阀、氧化剂泵和控制器；所述氧化剂控制阀、燃料泵和氧化剂泵分别与控制器信号连接；所述燃料供给部、燃料阀和燃料泵依次连接；所述氧化剂供给部、氧化剂控制阀和氧化剂泵依次连接；所述燃料泵和氧化剂泵连接燃料电池；所述燃料泵和氧化剂泵均采用数字泵。
2.根据权利要求1所述的燃料电池供气系统的数字泵控制系统，其特征在于，所述燃料供给部是指容纳燃料为氢气的容器。
3.根据权利要求1所述的燃料电池供气系统的数字泵控制系统，其特征在于，所述氧化剂供给部是指容纳氧化剂为氧气的容器。
4.根据权利要求1所述的燃料电池供气系统的数字泵控制系统，其特征在于，所述燃料供给部、燃料阀和燃料泵之间依次通过管道连接；所述氧化剂供给部、氧化剂控制阀和氧化剂泵之间依次通过管道连接。
5.一种燃料电池供气系统的数字泵控制系统的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，燃料阀按固定的开度打开，燃料泵以设定的初速度运转，氧化剂控制阀按设定开度打开，氧化剂泵以设定的初速度运转；
第二步，控制器控制氧化剂控制阀的开度和燃料泵、氧化剂泵的泵送速度，以实现对燃料电池的反应时间和反应效率的控制。
6.根据权利要求5所述燃料电池供气系统的数字泵控制系统的工作方法，其特征在于，所述控制器控制氧化剂控制阀的开度和燃料泵、氧化剂泵的泵送速度是指：①当需要加快燃料电池反应时间和反应效率时，控制器发出加快信号，控制燃料泵和氧化剂泵的泵送速度加快，同时控制氧化剂控制阀的开度增大；②当需要减慢燃料电池反应时间和反应效率时，控制器发出减慢信号，控制燃料泵和氧化剂泵的泵送速度减慢，同时控制氧化剂控制阀的开度减小。
7.根据权利要求6所述燃料电池供气系统的数字泵控制系统的工作方法，其特征在于，所述控制器控制燃料泵、氧化剂泵的泵送速度是指控制燃料泵、氧化剂泵的转速。
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