CN112582643A - 一种氢能汽车燃料电池空气循环系统及氢能汽车 - Google Patents

一种氢能汽车燃料电池空气循环系统及氢能汽车 Download PDF

Info

Publication number
CN112582643A
CN112582643A CN202011435805.0A CN202011435805A CN112582643A CN 112582643 A CN112582643 A CN 112582643A CN 202011435805 A CN202011435805 A CN 202011435805A CN 112582643 A CN112582643 A CN 112582643A
Authority
CN
China
Prior art keywords
air
outlet
pressure
inlet
cathode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202011435805.0A
Other languages
English (en)
Inventor
安元元
郝义国
余红霞
陈华明
杨楠
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan Grove Hydrogen Automobile Co Ltd
Wuhan Grove Hydrogen Energy Automobile Co Ltd
Original Assignee
Wuhan Grove Hydrogen Energy Automobile Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan Grove Hydrogen Energy Automobile Co Ltd filed Critical Wuhan Grove Hydrogen Energy Automobile Co Ltd
Priority to CN202011435805.0A priority Critical patent/CN112582643A/zh
Publication of CN112582643A publication Critical patent/CN112582643A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04097—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with recycling of the reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04104—Regulation of differential pressures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04126—Humidifying
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04828—Humidity; Water content
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04992—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the implementation of mathematical or computational algorithms, e.g. feedback control loops, fuzzy logic, neural networks or artificial intelligence
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Sustainable Development (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Fuzzy Systems (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明提供一种氢能汽车燃料电池空气循环系统及氢能汽车，空压机的进气口与外部空气连通，空压机的出气口与压力调节器的进气口连接，压力调节器的出气口与空气质量流量控制器的进气口连接，空气质量流量控制器用于对空气的质量和流量进行调节，空气质量流量控制器的出气口与加湿器的进气口连接，加湿器的出气口与电堆的阴极入口连接，电堆的阴极出口与水分离器的入口连接，水分离器的出口与阴极循环泵的进气口连接，阴极循环泵的出气口与电堆的阴极入口连接，用于将水分离器分离出的空气进行循环。本发明提出的技术方案的有益效果是：实现空气路反应气状态参数的闭环控制，从而提高氢燃料电池的性能及寿命。

Description

一种氢能汽车燃料电池空气循环系统及氢能汽车
技术领域
本发明涉及氢能汽车技术领域，尤其涉及一种氢能汽车燃料电池空气循环系统及氢能汽车。
背景技术
我国氢能汽车已经完成商业示范运营，氢能乘用车也在飞速发展，各种性能指标已基本达到运营要求，开始向大规模产业化迈进。然而，一种新的能源系统要得到推广和应用，其耐久性是应该首先被关注的。目前，采用国内技术生产的氢燃料电池寿命普遍只有约2000小时、效率只有40％。
发明内容
有鉴于此，为解决上述问题，本发明的实施例提供了一种氢能汽车燃料电池空气循环系统及氢能汽车。
本发明的实施例提供一种氢能汽车燃料电池空气循环系统，包括空压机、压力调节器、空气质量流量控制器、加湿器、电堆、阴极循环泵以及水分离器；
所述空压机的进气口与外部空气连通，所述空压机用于对空气增压，所述空压机的出气口与所述压力调节器的进气口连接，所述压力调节器用于对高压空气进行压力调节，所述压力调节器的出气口与所述空气质量流量控制器的进气口连接，所述空气质量流量控制器用于对空气的质量和流量进行调节，所述空气质量流量控制器的出气口与所述加湿器的进气口连接，所述加湿器用于调节空气的湿度，所述加湿器的出气口与所述电堆的阴极入口连接，空气进入所述电堆后与氢气发生电化学反应，所述电堆的阴极出口与所述水分离器的入口连接，所述水分离器用于分离水和空气，所述水分离器的出口与所述阴极循环泵的进气口连接，所述阴极循环泵的出气口与所述电堆的阴极入口连接，用于将所述水分离器分离出的空气进行循环。
进一步地，所述压力调节器的出气口与所述空气质量流量控制器的进气口之间连接有高压空气缓冲罐，所述高压空气缓冲罐用于对高压空气进行存储。
进一步地，所述水分离器的出口连接有压力控制阀，所述压力控制阀用于检测所述水分离器出口处的压力。
进一步地，所述压力控制阀为背压阀。
本发明的实施例还提供一种氢能汽车，包括上述氢能汽车燃料电池空气循环系统。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过设置有压力调节器、空气质量流量控制器和加湿器，可以对空气的压力、质量、流量和湿度进行控制，可以对燃料电池在怠速、大负载、低温冷启动、湿度控制等场景下所需的空气参数进行控制，从而提高燃料电池的性能和寿命。通过设置有与电堆连通的阴极循环泵，空气在电堆内发生电化学反应之后，从电堆阴极出口排出的空气可被阴极循环泵再次循环至电堆内进行反应，实现空气的再循环，因此通过阴极循环泵的加入，可实现氢燃料电池系统空气路(阴极)反应气状态参数的闭环控制，从而提高氢燃料电池的性能及寿命。同时改变传统氢燃料电池只有氢气循环泵的现状，实现氢燃料电池系统空气路和氢气路的双循环。
附图说明
图1是本发明提供的氢能汽车燃料电池空气循环系统一实施例的结构示意图。
图中：空压机1、压力调节器2、空气质量流量控制器3、加湿器4、电堆5、阴极循环泵6、水分离器7、高压空气缓冲罐8、背压阀9。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
本发明提供一种氢能汽车燃料电池空气循环系统及氢能汽车，其中，创新点在于氢能汽车燃料电池空气循环系统，因此对此进行具体说明。请参见图1，氢能汽车燃料电池空气循环系统包括空压机1、压力调节器2、空气质量流量控制器3、加湿器4、电堆5、阴极循环泵6以及水分离器7。
所述空压机1的进气口与外部空气连通，所述空压机1用于对空气增压，所述空压机1的出气口与所述压力调节器2的进气口连接，所述压力调节器2用于对高压空气进行压力调节，使空气的进堆压力达到正常范围，以适用于电堆5内的电化学反应。所述压力调节器2的出气口与所述空气质量流量控制器3的进气口连接，所述空气质量流量控制器3用于对空气的质量和流量进行调节，所述空气质量流量控制器3的出气口与所述加湿器4的进气口连接，所述加湿器4用于调节空气的湿度，使空气保持一定的湿度。所述加湿器4的出气口与所述电堆5的阴极入口连接，空气进入所述电堆5后与氢气发生电化学反应，所述电堆5的阴极出口与所述水分离器7的入口连接，所述水分离器7用于分离水和空气，所述水分离器7的出口与所述阴极循环泵6的进气口连接，所述阴极循环泵6的出气口与所述电堆5的阴极入口连接，用于将所述水分离器7分离出的空气进行循环。
通过设置有压力调节器2、空气质量流量控制器3和加湿器4，对空气的压力、质量、流量和湿度进行控制，可以对燃料电池在怠速、大负载、低温冷启动、湿度控制等场景下所需的空气参数进行控制，从而提高燃料电池的性能和寿命。通过设置有与电堆5连通的阴极循环泵6，空气在电堆5内发生电化学反应之后，从电堆5阴极出口排出的空气可被阴极循环泵6再次循环至电堆5内进行反应，实现空气的再循环，因此通过阴极循环泵6的加入，可实现氢燃料电池系统空气路(阴极)反应气状态参数的闭环控制，从而提高氢燃料电池的性能及寿命。同时改变传统氢燃料电池只有氢气循环泵的现状，实现氢燃料电池系统空气路和氢气路的双循环。
进一步地，所述压力调节器2的出气口与所述空气质量流量控制器3的进气口之间连接有高压空气缓冲罐8，所述高压空气缓冲罐8用于对高压空气进行存储，以保持空气进堆压力的稳定供应。
所述水分离器7的出口连接有压力控制阀，所述压力控制阀用于检测所述水分离器7出口处的压力。具体的，所述压力控制阀为背压阀9。通过在氢燃料电池系统空气路的电堆5阴极出口安装背压阀9，可控制燃料电池电堆5阴极侧的压力，通过控制背压阀9内的压力，可在一定范围内提升电堆5的平均电压，有利于电堆5内的电化学反应。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种氢能汽车燃料电池空气循环系统，其特征在于，包括空压机、压力调节器、空气质量流量控制器、加湿器、电堆、阴极循环泵以及水分离器；
所述空压机的进气口与外部空气连通，所述空压机用于对空气增压，所述空压机的出气口与所述压力调节器的进气口连接，所述压力调节器用于对高压空气进行压力调节，所述压力调节器的出气口与所述空气质量流量控制器的进气口连接，所述空气质量流量控制器用于对空气的质量和流量进行调节，所述空气质量流量控制器的出气口与所述加湿器的进气口连接，所述加湿器用于调节空气的湿度，所述加湿器的出气口与所述电堆的阴极入口连接，空气进入所述电堆后与氢气发生电化学反应，所述电堆的阴极出口与所述水分离器的入口连接，所述水分离器用于分离水和空气，所述水分离器的出口与所述阴极循环泵的进气口连接，所述阴极循环泵的出气口与所述电堆的阴极入口连接，用于将所述水分离器分离出的空气进行循环。
2.如权利要求1所述的氢能汽车燃料电池空气循环系统，其特征在于，所述压力调节器的出气口与所述空气质量流量控制器的进气口之间连接有高压空气缓冲罐，所述高压空气缓冲罐用于对高压空气进行存储。
3.如权利要求1所述的氢能汽车燃料电池空气循环系统，其特征在于，所述水分离器的出口连接有压力控制阀，所述压力控制阀用于检测所述水分离器出口处的压力。
4.如权利要求3所述的氢能汽车燃料电池空气循环系统，其特征在于，所述压力控制阀为背压阀。
5.一种氢能汽车，其特征在于，包括如权利要求1至4任一项所述的氢能汽车燃料电池空气循环系统。
CN202011435805.0A 2020-12-10 2020-12-10 一种氢能汽车燃料电池空气循环系统及氢能汽车 Pending CN112582643A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011435805.0A CN112582643A (zh) 2020-12-10 2020-12-10 一种氢能汽车燃料电池空气循环系统及氢能汽车

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011435805.0A CN112582643A (zh) 2020-12-10 2020-12-10 一种氢能汽车燃料电池空气循环系统及氢能汽车

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112582643A true CN112582643A (zh) 2021-03-30

Family

ID=75130837

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011435805.0A Pending CN112582643A (zh) 2020-12-10 2020-12-10 一种氢能汽车燃料电池空气循环系统及氢能汽车

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112582643A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113346108A (zh) * 2021-05-28 2021-09-03 黄冈格罗夫氢能汽车有限公司 一种发电站用燃料电池空气系统及控制方法
CN114520352A (zh) * 2022-01-10 2022-05-20 江苏氢导智能装备有限公司 气体压力控制装置及电堆测试平台

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN203326036U (zh) * 2012-12-28 2013-12-04 清华大学 一种用于质子交换膜燃料电池的阴极排气再循环系统
JP2017147038A (ja) * 2016-02-15 2017-08-24 本田技研工業株式会社 燃料電池システムの出力加速時における圧力制御方法
CN109713336A (zh) * 2019-02-18 2019-05-03 无锡威孚高科技集团股份有限公司 一种燃料电池的控制系统
CN109904494A (zh) * 2019-02-01 2019-06-18 清华大学 燃料电池系统的低温启动方法、计算机设备和存储介质
CN209675411U (zh) * 2019-02-01 2019-11-22 清华大学 燃料电池电堆测试台
CN214505554U (zh) * 2020-12-10 2021-10-26 武汉格罗夫氢能汽车有限公司 一种氢能汽车燃料电池空气循环系统及氢能汽车

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN203326036U (zh) * 2012-12-28 2013-12-04 清华大学 一种用于质子交换膜燃料电池的阴极排气再循环系统
JP2017147038A (ja) * 2016-02-15 2017-08-24 本田技研工業株式会社 燃料電池システムの出力加速時における圧力制御方法
CN109904494A (zh) * 2019-02-01 2019-06-18 清华大学 燃料电池系统的低温启动方法、计算机设备和存储介质
CN209675411U (zh) * 2019-02-01 2019-11-22 清华大学 燃料电池电堆测试台
CN109713336A (zh) * 2019-02-18 2019-05-03 无锡威孚高科技集团股份有限公司 一种燃料电池的控制系统
CN214505554U (zh) * 2020-12-10 2021-10-26 武汉格罗夫氢能汽车有限公司 一种氢能汽车燃料电池空气循环系统及氢能汽车

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113346108A (zh) * 2021-05-28 2021-09-03 黄冈格罗夫氢能汽车有限公司 一种发电站用燃料电池空气系统及控制方法
CN114520352A (zh) * 2022-01-10 2022-05-20 江苏氢导智能装备有限公司 气体压力控制装置及电堆测试平台
CN114520352B (zh) * 2022-01-10 2024-02-23 江苏氢导智能装备有限公司 气体压力控制装置及电堆测试平台

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10038205B2 (en) Fuel cell system
KR101151749B1 (ko) 연료전지시스템
KR101859803B1 (ko) 연료 전지 시스템 및 연료 전지 시스템의 운전 제어 방법
JP5384543B2 (ja) 燃料電池システム
US9956885B2 (en) Fuel cell system, fuel cell vehicle, and control method for fuel cell system
US8486571B2 (en) Method for controlling output of fuel cell in fuel cell hybrid vehicle
US20090258256A1 (en) System and method of starting a fuel cell system
WO2013128610A1 (ja) 燃料電池システム
US8394517B2 (en) Fuel cell system and control method of the system
US20080118798A1 (en) Fuel cell system apparatus
CN101399355A (zh) 采用低电压源启动燃料电池堆的开环系统和方法
US9653744B2 (en) Method of starting fuel cell system for vehicle and fuel cell system
US20090169937A1 (en) Fuel Cell System and Mobile Body
CN112582643A (zh) 一种氢能汽车燃料电池空气循环系统及氢能汽车
CN113471486B (zh) 一种用于氢燃料电池系统的一体式氢循环装置
US10050292B2 (en) Method for controlling fuel cell system
CN103840182A (zh) 用于加热燃料电池供电车辆客舱的系统和方法
JP2008293695A (ja) 燃料電池システム及びその始動方法
CN214505554U (zh) 一种氢能汽车燃料电池空气循环系统及氢能汽车
JP4505489B2 (ja) 燃料電池システム及びその起動方法
JP5558909B2 (ja) 電力供給システム
CN100468076C (zh) 具有自我支持与电力输出功能的燃料电池测试系统
CN112002926A (zh) 一种燃料电池增程器供气系统及控制方法
CN111261902B (zh) 一种便携式燃料电池系统其控制方法
JP2013243009A (ja) 燃料電池システム

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination