CN113823812A - 一燃料电池系统及其应用 - Google Patents

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Abstract

一燃料电池系统及其应用，其中所述燃料电池系统包括：至少一燃料电池电堆；至少一供氢装置，用于提供氢气；以及至少一气液分离器，其中所述气液分离器用于对进行循环的氢气进行气液分离，其中经气液分离后的氢气与所述供氢装置提供的氢气混合，其中混合后的氢气经升温后输送至所述燃料电池电堆进行反应。所述燃料电池系统能够使被通入燃料电池电堆的湿氢气处于非饱和状态，防止存在液态水被直接通入所述燃料电池电堆，有利于避免阳极侧的局部水淹。

Description

一燃料电池系统及其应用
技术领域
本发明涉及燃料电池领域，进一步涉及一燃料电池系统及其应用。
背景技术
燃料电池，其原理是一种电化学装置，是一种可将化学能转化为电能的发电装置。例如氢氧燃料电池，氢气和氧气作为反应气体，一般具有用于形成离子导电体的质子交换膜和被配置在该质子交换膜两侧的阳极侧和阴极侧，其中阳极侧适于通入氢气，阴极侧适于通入空气，其中所述氢氧燃料电池的负极反应式为：2H2一4e-＝4H+，其中正极反应式为：O2+4e-+4H+＝2H2O，其中总反应方程式为：2H2+O2＝2H2O。
在实际应用中，燃料电池电堆由多个单电池堆叠形成。传统的燃料电池系统通常包括该燃料电池电堆、供氢装置、气液分离器以及循环装置，其中该供氢装置用于提供氢气，其中氢气通入该燃料电池电堆进行反应，未反应完的湿氢气经气液分离器将液态水分离，并经该循环装置循环后，与该供氢装置提供的氢气混合后，再通入该燃料电池电堆，以提高氢气的利用率。
实际上，传统的燃料电池系统中，经气液分离器分离液态水后的氢气仍具有较高的湿度，一般处于水饱和状态。在反应过程中，若反应气体处于饱和状态，生成的水会以液态形式存在，当进入该燃料电池电堆的反应气体中存在过多的液态水时，易导致该阳极侧局部水淹，影响燃料电池电堆的性能。进一步地，该供氢装置提供的氢气与循环回路的湿氢气混合后，通入该燃料电池电堆，当环境温度过低或经循环回路混入的湿氢气比例较大时，会使混合后的湿氢气呈现过饱和状态，即混合后的气体会存在液态水，影响燃料电池电堆的性能。
例如，如图1所示，公开号为CN209691856U的实用新型专利提供了一种车载燃料电池水管理系统，包括高压供氢部件1P、第一气水分离器2P、电堆3P、第二气水分离器4P以及循环泵5P，其中该高压供氢部件1P提供氢气，其中经电堆3P排出的氢气经该第二气水分离器4P分离，其中经该第二气水分离器4P分离后的氢气通过该循环泵5P循环与该高压供氢部件1P提供的氢气混合，混合后的氢气经该第一气水分离器2P分离，其中经该第一气水分离器2P分离后的氢气被通入该电堆3P中进行反应。可以看出的是，经该第一气水分离器2P分离后的氢气是处于水饱和状态的，在通入该电堆3P后，容易产生过多的液态水，造成阳极侧的局部水淹，从而影响燃料电池电堆的性能。
发明内容
本发明的一个优势在于提供一燃料电池系统及其应用，其中所述燃料电池系统能够使被通入燃料电池电堆的湿氢气处于非饱和状态，防止存在液态水被直接通入所述燃料电池电堆，有利于避免阳极侧的局部水淹。
本发明的另一个优势在于提供一燃料电池系统及其应用，其中所述燃料电池系统能够降低环境温度对进入所述燃料电池电堆的氢气的温度或湿度的影响，提高了所述燃料电池系统的环境适应性。
本发明的另一个优势在于提供一燃料电池系统及其应用，其中经所述燃料电池系统的氢气循环回路进行循环的湿氢气与供氢装置提供的氢气混合，被加热升温后，通入所述燃料电池电堆中进行反应，其中混合后的湿氢气被加热升温后，其内含有的液态水发生相变，由液态变为气态。
本发明的另一个优势在于提供一燃料电池系统及其应用，其中通过所述燃料电池系统的冷却液与混合后的湿氢气之间的热交换，对混合后的湿氢气加热，以使混合后的湿氢气升温，有利于节约能量。
本发明的另一个优势在于提供一燃料电池系统及其应用，其中与混合后的湿氢气进行热交换的冷却液的流量占比不超过总的电堆冷却液流量的5％-10％或者所述流量不超过10L/min，以降低对燃料电池电堆的控温的影响。
本发明的另一个优势在于提供一燃料电池系统及其应用，其中所述燃料电池系统包括用于对所述冷却液进行散热的至少一散热器，其中与所述混合后的湿氢气进行热交换的冷却液不需要经过所述散热器进行散热，从而降低了所述散热器的负荷。
本发明的另一个优势在于提供一燃料电池系统及其应用，其中所述燃料电池系统包括用于对经所述燃料电池系统的氢气循环回路进行循环的湿氢气进行气液分离的至少一气液分离器，其中所述气液分离器可精准控制排液量，以减少反应气体的浪费和提高气体利用率。
本发明的另一个优势在于提供一燃料电池系统及其应用，其结构简单，成本低，适用性较广。
依本发明的一个方面，本发明进一步提供一燃料电池系统，包括：
至少一燃料电池电堆；
至少一供氢装置，用于提供氢气；
至少一升温装置；以及
至少一气液分离器，其中所述气液分离器用于对所述燃料电池电堆排出的氢气进行气液分离，其中经气液分离后的氢气与所述供氢装置提供的氢气混合，其中混合后的氢气经所述升温装置升温后输送至所述燃料电池电堆进行反应。
在一实施例中，其中所述升温装置被设置在所述供氢装置与所述燃料电池电堆之间，且所述升温装置紧邻所述燃料电池电堆的氢气进气端被设置，其中所述混合后的氢气经所述升温装置升温后能够直接被通入所述燃料电池电堆。
在一实施例中，所述升温装置为热交换器，其中用于冷却所述燃料电池电堆的电堆冷却液在冷却所述燃料电池电堆之后，排出的电堆冷却液与混合后的氢气在所述热交换器内进行热交换，以使混合后的氢气升温。
在一实施例中，其中与混合后的氢气进行热交换的冷却液的流量占比不超过电堆的冷却液总流量的10％。
在一实施例中，与混合后的氢气进行热交换的冷却液的流量不超过10L/min。
在一实施例中，其中与混合后的氢气进行热交换的电堆冷却液的流量范围为5-10L/min，压降不大于20KPa。
在一实施例中，所述燃料电池系进一步包括至少一散热器、第一冷却液管路、第二冷却液管路、一膨胀水箱以及一冷却液循环装置，其中所述第一冷却液管路呈回路地连通所述燃料电池电堆、所述膨胀水箱、所述热交换器以及所述冷却液循环装置，其中所述第二冷却液管路呈回路地连通所述燃料电池电堆、所述散热器以及所述冷却液循环装置。
在一实施例中，所述燃料电池系统进一步包括至少一液位传感器，其中所述液位传感器被设置于所述气液分离器，以供控制所述气液分离器的排液量。
在一实施例中，所述燃料电池系统进一步包括相互连通的第一输送管路、第二输送管路以及第三输送管路，其中所述升温装置被设置于所述第三输送管路，其中所述第一输送管路用于输送所述供氢装置输出的氢气，其中所述第二输送管路用于输送所述燃料电池电堆排出的氢气，其中所述第一输送管路输送的氢气和所述第二输送管路输送的氢气相混合后经由所述第三输送管路输送，并在混合后的氢气经所述升温装置升温后输送至所述燃料电池电堆。
在一实施例中，所述燃料电池系统进一步包括至少一氢气循环装置，其中所述氢气循环装置被设置于所述第二输送管路，其中所述氢气循环装置用于循环所述第二输送管路输送的氢气与所述第一输送管路输送的氢气相混合后至所述第三输送管路。
在一实施例中，所述燃料电池系统进一步包括尾气排放管路和被设置于所述尾气排放管路的一尾排阀，其中所述尾气排放管路被连通于所述第二输送管路，其中所述尾排阀用于按一定频次地开关控制所述尾气排放管路排出尾气。
在一实施例中，所述燃料电池系统进一步包括一混合消音装置，其中经所述尾气排放管路排出的尾气与经所述气液分离器分离的液体相混合后经所述混合消音装置进行排放。
通过对随后的描述和附图的理解，本发明进一步的目的和优势将得以充分体现。
本发明的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明，附图和权利要求得以充分体现。
附图说明
图1是现有技术的一车载燃料电池水管路系统的结构示意图。
图2是根据本发明的一个优选实施例的一燃料电池系统的结构示意图。
图3是根据本发明的所述优选实施例的所述燃料电池系统的一种变形实施例的结构示意图。
图4是根据本发明的所述优选实施例的所述燃料电池系统的氢气输送的示意图。
图5是根据本发明的所述优选实施例的所述燃料电池系统的氢气输送方法的方法流程图。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
如图2和图3所示为本申请的一个优选实施例的燃料电池系统的结构示意图。如图2和图3所示，所述燃料电池系统包括至少一燃料电池电堆10、至少一供氢装置20以及至少一气液分离器30，其中所述供氢装置20用于提供氢气，其中所述气液分离器30用于对所述燃料电池电堆10中进行循环的氢气进行气液分离，经气液分离后的氢气与所述供氢装置20提供的氢气混合，其中混合后的氢气经升温后输送至所述燃料电池电堆10进行反应。
在本实施例中，所述燃料电池电堆10举例地为氢氧燃料电池电堆。在实际应用中，未进行反应的氢气从所述燃料电池电堆10中排出，其中排出的氢气中可能含有一定量的气态水或液体水，其中排出的氢气通过所述气液分离器30进行气液分离，以分离出氢气和液态水，其中经气液分离后的氢气一般处于饱和状态，含有一定量的气态水。
进一步地，经气液分离后并经循环的湿氢气与供氢装置提供的氢气先进行混合，然后混合的氢气被加热升高温度后，通入所述燃料电池电堆中进行反应，其中混合后的湿氢气被加热升温后，其内含有的液态水发生相变，由液态变为气态，从而使被通入燃料电池电堆的湿氢气处于非饱和状态，防止存在液态水被直接通入所述燃料电池电堆，有利于避免阳极侧的局部水淹。
在本实施例中，所述供氢装置20一般用于提供干燥的氢气，并且所述供氢装置20可以控制输出的氢气的流量或流速。
需要指出的是，经所述气液分离器30气液分离后的氢气与所述供氢装置20提供的干燥氢气混合后，若环境温度较低或环境冷热交替时，混合后的氢气一般含有处于过饱和状态的氢气，甚至混合后的氢气中易产生较多的液体水，若此时直接将混合后的饱和状态的氢气输入所述燃料电池电堆10中进行反应，会明显增加所述燃料电池电堆10中产生的液体水含量，易导致所述燃料电池电堆10的阳极侧发生局部水淹，从而影响所述燃料电池电堆10的性能。
为避免上述情况的发生，在本实施例中，所述燃料电池系统对混合后的氢气进行加热升温，以使饱和状态的气体变为非饱和状态的湿气体，然后通入所述燃料电池电堆中进行反应，其中混合后的湿氢气被加热升温后，其内含有的液态水发生相变，由液态变为气态，也就是说，使被通入燃料电池电堆的湿氢气处于非饱和状态，防止存在液态水被直接通入所述燃料电池电堆，从而有利于避免所述燃料电池电堆10的阳极侧发生局部水淹。也就是说，本申请中的所述燃料电池系统能够降低环境温度对进入所述燃料电池电堆的氢气的温度或湿度的影响，提高了所述燃料电池系统的环境适应性。
进一步地，所述燃料电池系统包括至少一升温装置40，其中所述升温装置40被设置于升温混合后的氢气的位置，其中所述升温装置40可以使混合后的氢气升高至预设温度范围内。可以理解的是，所述升温装置40可以为热交换装置，或加热装置等。
具体地，所述燃料电池电堆10具有一氢气进气口11和一氢气排气口12，其中所述气液分离器30连通于所述氢气排气口12，其中所述升温装置40连通于所述氢气进气口11，其中经所述升温装置40升温后的氢气由所述氢气进气口11充入所述燃料电池电堆10中进行反应，其中所述燃料电池电堆10中未经反应的氢气由所述氢气排气口12排出至所述气液分离器30进行气液分离。
优选地，所述升温装置40为热交换器40，用于冷却所述燃料电池电堆10的电堆冷却液在冷却所述燃料电池电堆10之后，排出的电堆冷却液与混合后的氢气在所述热交换器40内进行热交换，以使混合后的氢气升温，有利于节约能量，换句话说，通过所述燃料电池系统的冷却液与混合后的湿氢气之间的热交换，对混合后的湿氢气加热，以使混合后的湿氢气升温。
通常情况下，所述燃料电池电堆10在反应过程中会产生一定的热量，为保证设备的安全性，通过采用电堆冷却液对所述燃料电池电堆10进行降温，以控制所述燃料电池电堆10的温度在合理范围内，其中所述电堆冷却液可以循环地对所述燃料电池电堆10进行降温。举例地，所述电堆冷却液可以为液态水，或者其他用于降温的流体。
也就是说，所述热交换器40的一侧为混合后的氢气，一般含有一定比例的气态水或液体水，另一侧为经所述燃料电池电堆10排出的具有一定热量的电堆冷却液，其中混合后的氢气与具有一定热量的电堆冷却液在所述热交换器40内交换热量，使得混合后的氢气的温度升高，并且升温后的氢气被输送至所述燃料电池电堆10中进行反应。
优选地，所述热交换器40采用真空钎焊的全铝制板式换热器。可以理解的是，所述热交换器还可以为其他具有热交换性能的设备，在一些可选实施例中，所述热交换器可以具有较高的热交换效率。进一步地，所述热交换器40的材质需要与湿气体具有良好的兼容性，而且所述热交换器40的水侧材质应不宜析出离子，以降低对所述燃料电堆电堆10的性能的影响。
进一步地，与混合后的氢气进行热交换的电堆冷却液的流量占比不超过总的电堆冷却液流量的预设值，所述预设值优选地为5％-10％或者所述流量不超过10L/min，以降低对所述燃料电池电堆10的控温的影响。
更进一步地，与混合后的氢气进行热交换的电堆冷却液的流量范围为5-10L/min，压降不大于20KPa。
所述燃料电池系统进一步包括至少一膨胀水箱51，所述燃料电池系统的部分冷却液能够流入所述膨胀水箱51，并且能够通过所述膨胀水箱51的回水口流出，为系统补充冷却液。
所述回水口的尺寸可根据需求进行设定，以控制与混合后的氢气进行热交换的冷却液的流量在相应的范围内。
更具体地，所述膨胀水箱51具有回水管，其中所述热交换器40被安装于所述膨胀水箱51的回水管，恰好使所述膨胀水箱51的回水流量能够满足所需的所述电堆冷却液的流量范围。
在本优选实施例的一个变形实施例中，如图3所示，所述燃料电池系统包括一节流元件52，其中所述节流元件52被设置于所述热交换器40与所述燃料电池电堆10之间的输送电堆冷却液的管路，其中所述节流元件52用于节流经所述燃料电池电堆10排出的电堆冷却液输送至所述热交换器40的流量在预设范围内。也就是说，所述节流元件52被安装于所述管路上，所述节流元件52能够限制所述管路中的电堆冷却液的流量。优选地，所述节流元件52为机械式的卡扣结构，或者电控可调的装置等，其中所述节流元件52能够通过改变所述管路的通道大小来实现节流。此外，所述节流元件52能够调控输送至所述热交换器40的电堆冷却液的流量大小或者流速大小。
熟知本领域的技术人员可以理解的是，所述节流元件52还可以被实施为其他类型的结构或装置等，或者所述节流元件52可以被实施为不同尺寸大小的管路等，以实现控制输送至所述热交换器40的电堆冷却液的流量或流速，在此不受限制。
在本实施例中，所述燃料电池系统进一步包括至少一散热器60和至少一冷却液循环装置70，其中所述燃料电池电堆10还具有一冷却液出口13和一冷却液进口14。所述冷却液循环装置70连通于所述燃料电池电堆10的冷却液进口14，用于向所述燃料电池电堆10中充入电堆冷却液，其中所述散热器60和所述热交换器40并联地连通于所述冷却液循环装置70与所述燃料电池电堆10的冷却液出口13之间，其中经所述燃料电池电堆10的所述冷却液出口13排出的部分电堆冷却液输送至所述散热器60，另一部分的电堆冷却液被输送至所述热交换器40，其中输送至所述热交换器40的电堆冷却液不经过所述散热器60，从而降低了所述散热器的负荷，增加使用寿命。也就是说，与所述混合后的湿氢气进行热交换的冷却液不需要经过所述散热器60进行散热，从而降低了所述散热器60的负荷。
也就是说，经所述燃料电池电堆10的所述冷却液出口13排出的部分电堆冷却液经所述热交换器40后进入所述冷却液循环装置70，另一部的电堆冷却液经所述散热器60后进入所述冷却液循环装置70，其中所述冷却液循环装置70输送电堆冷却液至所述燃料电池电堆10的所述冷却液进口14，以实现循环利用地对所述燃料电池电堆10进行降温，提高了能量利用率。
优选地，所述散热器60可以为用于燃料电池电堆的散热装置。所述冷却液循环装置70可以为循环泵，或者引射器，或者二者的混合。在本优选实施例中，所述热交换器40串联在所述冷却液循环装置70与所述膨胀水箱51之间。
进一步地，所述燃料电池系统包括第一冷却液管路101和第二冷却液管路102，其中所述第一冷却液管路101呈回路地连通所述燃料电池电堆10、所述热交换器40以及所述冷却液循环装置70，其中所述第二冷却液管路102呈回路地连通所述燃料电池电堆10、所述散热器60以及所述冷却液循环装置70。
换句话说，所述第一冷却液管路101连通所述燃料电池电堆10的所述冷却液出口13与所述热交换器40，所述第二冷却液管路102连通所述燃料电池电堆10的所述冷却液出口13与所述散热器60。也就是说，经所述燃料电池电堆10排出的部分电堆冷却液经由所述第一冷却液管路101输送至所述热交换器40，另一部分的电堆冷却液经由所述第二冷却液管路102输送至所述散热器60。因此，经由所述第一冷却液管路101输送的电堆冷却液不会经过所述散热器60。
更进一步地，所述燃料电池系统进一步地包括节流阀103，其中所述节流阀103被设置于所述第二冷却液管路102，其中经所述第二冷却液管路102输送的电堆冷却液经所述节流阀103节流，部分的电堆冷却液被输送至所述散热器60，然后输送至所述冷却液循环装置70，其他部分的电堆冷却液直接输送至所述冷却液循环装置70，从而实现控制输送至所述散热器60的电堆冷却液的流量或流速，以提高设备的安全性。
在本优选实施例中，所述燃料电池系统进一步包括相互连通的第一输送管路201、第二输送管路202以及第三输送管路203，其中所述升温装置40被设置于所述第三输送管路203，其中所述第一输送管路201用于输送所述供氢装置20输出的氢气，其中所述第二输送管路202用于输送所述燃料电池电堆10排出的氢气，其中所述第一输送管路201输送的氢气和所述第二输送管路202输送的氢气相混合后经由所述第三输送管路203输送，并在混合后的氢气经所述升温装置40升温后输送至所述燃料电池电堆10。
换句话说，如图4所示，所述第三输送管路203连通所述燃料电池电堆10的所述氢气进气口11，所述第二输送管路202连通所述燃料电池电堆10的所述氢气排气口12，所述第一输送管路201连通所述供氢装置20。所述气液分离器30被设置于所述第二输送管路202，其中所述第一输送管路201、所述第二输送管路202以及所述第三输送管路203相连通，其中经所述第一输送管路201输送的氢气与经所述第二输送管路202输送的氢气混合后一并进入所述第三输送管路203进行输送，其中混合后的氢气经所述热交换器40升温后输送至所述燃料电池电堆10。
进一步地，所述燃料电池系统还包括至少一氢气循环装置80，其中所述氢气循环装置80被设置于所述第二输送管路202，其中所述氢气循环装置80用于循环所述第二输送管路202输送的氢气与所述第一输送管路201输送的氢气相混合后至所述第三输送管路203，以此构成所述燃料电池系统的所述氢气循环回路。所述氢气循环装置80可以为循环泵，或引射器，或二者的混合。所述氢气循环装置80可防止所述第二输送管路202输送的氢气回流。
值得一提的是，经所述氢气循环回路进行循环的氢气先经所述气液分离器30进行气液分离，以降低氢气中的液态水含量，其中气液分离后的湿氢气通过所述氢气循环装置80输送至与所述第一输送管路201输送的氢气进行混合，以防止排出的所述氢气中含有大量的液体水影响所述氢气循环装置80的正常运作。
值得一提的是，经所述氢气循环装置80循环的氢气为湿气体，增强了阳极侧的反应气体的循环自加湿效果，降低了所述燃料电池电堆对阴极侧加湿器的依赖性，使得阴极侧的加湿器的体积、重量、成本均能够有一定程度的下降，降低了成本。
进一步地，所述燃料电池系统还包括设置于所述第一输送管路201的至少一减压器21和至少一调压装置22，其中所述供氢装置20一般为高压储存一定量的氢气的高压气罐。所述供氢装置20提供的氢气经所述减压器21减压，并经所述调压装置22将压力控制在适宜的反应压力范围内，以保证安全性。也就是说，所述第一输送管路201输送在适宜的压力范围内的氢气与所述第二输送管路202输送的氢气相混合。
优选地，所述燃料电池系统进一步包括尾气排放管路301和被设置于所述尾气排放管路301的一尾排阀302，其中所述尾气排放管路301被连通于所述第二输送管路202，其中所述尾排阀302用于按一定频次地开关控制所述尾气排放管路301排出尾气，如部分未反应的氢气或气态水等。
在本实施例中，所述尾排阀302为常闭阀，根据所述燃料电池电堆的运行工况，所述尾排阀302可按一定频次的进行开关操作，以控制所述尾气排放管路301按一定频次地排出尾气。
更进一步地，所述燃料电池系统还包括一混合消音装置304，其中经所述尾气排放管路301排出的尾气与经所述气液分离器30分离的液体相混合后经所述混合消音装置304进行排放，以使尾气中的氢气在混合稀释后排放至外界，以确保排放的尾气不会在极端环境下引发危险。也就是说，所述混合消音装置304能够对经所述尾气排放管路301排出的尾气和所述气液分离器30分离的液体进行混合后排放，同时还具备一定的消音效果。
也就是说，所述混合消音装置304连通所述气液分离器30和所述尾气排放管路301，进一步地，所述混合消音装置304与所述气液分离器30之间的输送管路上可设置至少一开关阀305，所述开关阀305用于控制所述气液分离器30输送至所述混合消音装置304的液体的流量或流速。所述开关阀304可以为电磁阀，或电动阀等。
在本优选实施例中，所述燃料电磁系统进一步包括至少一液位传感器90，其中所述液位传感器90被设置于所述气液分离器30，其中所述液位传感器90用于检测所述气液分离器30的液位，以实现控制所述气液分离器30的排液量，减少反应气体的浪费，提高气体利用率。
优选地，所述液位传感器90可以为浮子笛簧式、光电式或者电容式的液位传感器，在此不受限制。
具体地，所述液位传感器90可用于控制所述开关阀305的开关，当所述液位传感器90检测所述气液分离器30的液位达到预设阈值时，所述液位传感器90发出电信号控制所述开关阀305开启，以使所述气液分离器30分离出的液体输送至所述混合消音装置304，从而控制所述气液分离器30进行排液。
可选地，当所述液位传感器90检测所述气液分离器30的液位低于预设阈值时，所述液位传感器90发出电信号控制所述开关阀305关闭，从而控制所述气液分离器30的排液量，减少反应气体的浪费，提高气体利用率。相对于传统的燃料电池系统，本申请的所述燃料电池系统可以实现精准地控制所述气液分离器30的排液量，减少反应气体的浪费。
进一步地，如图5所示为本优选实施例的所述燃料电池系统的氢气输送方法的方法流程图。如图5所示，所述氢气输送方法包括：
S10、气液分离经至少一燃料电池电堆排出的氢气；
S20、混合经气液分离后的氢气与由至少一供氢装置提供的氢气；以及
S30、升温混合后的氢气并输送至所述燃料电池电堆进行反应。
在一实施例中，在所述的氢气输送方法中，其中所述步骤S30中，用于冷却所述燃料电池电堆的电堆冷却液在冷却所述燃料电池电堆之后，排出的电堆冷却液与混合后的氢气在至少一热交换器内进行热交换，以使混合后的氢气升温。
在一实施例中，在所述的氢气输送方法中，其中与混合后的氢气进行热交换的电堆冷却液占比不超过总的电堆冷却液流量的预设值。
在一实施例中，在所述的氢气输送方法中，与混合后的氢气进行热交换的冷却液的流量占比不超过电堆的冷却液总流量的10％。与混合后的氢气进行热交换的冷却液的流量不超过10L/min。
在一实施例中，在所述的氢气输送方法中，其中与混合后的氢气进行热交换的电堆冷却液的流量范围为5-10L/min，压降不大于20KPa。
在一实施例中，在所述的氢气输送方法中，进一步包括，通过至少一膨胀水箱控制经所述燃料电池电堆排出的电堆冷却液输送至所述热交换器的流量在预设范围内。
在一实施例中，在所述的氢气输送方法中，其中所述膨胀水箱为膨胀水箱，用于储存一定量的电堆冷却液，其中经所述燃料电池电堆排出的部分电堆冷却液经所述膨胀水箱输送至所述热交换器。
在一实施例中，在所述的氢气输送方法中，所述膨胀水箱为节流元件，其中所述节流元件被设置于所述热交换器与所述燃料电池电堆之间的输送电堆冷却液的管路，其中所述节流元件用于节流经所述燃料电池电堆排出的电堆冷却液输送至所述热交换器的流量在预设范围内。
在一实施例中，在所述的氢气输送方法中，其中经所述燃料电池电堆排出的部分电堆冷却液输送至至少一散热器，另一部分的电堆冷却液被输送至所述热交换器，其中输送至所述热交换器的电堆冷却液不经过所述散热器。
在一实施例中，在所述的氢气输送方法中，其中所述热交换器采用真空钎焊的全铝制板式换热器。
在一实施例中，在所述的氢气输送方法中，其中所述步骤S10中，通过至少一气液分离器气液分离经所述燃料电池电堆排出的氢气，所述氢气输送方法进一步包括，通过至少一液位传感器检测所述气液分离器的液位，以供控制所述气液分离器的排液量。
本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (14)

1.一燃料电池系统，其特征在于，包括：
至少一燃料电池电堆；
至少一供氢装置，用于提供氢气；
至少一升温装置；以及
至少一气液分离器，其中所述气液分离器用于对进行循环的氢气进行气液分离，其中经气液分离后的氢气与所述供氢装置提供的氢气混合，其中混合后的氢气经所述升温装置升温后输送至所述燃料电池电堆进行反应。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中所述升温装置被设置在所述供氢装置与所述燃料电池电堆之间，且所述升温装置紧邻所述燃料电池电堆的氢气进气端被设置，其中所述混合后的氢气经所述升温装置升温后能够直接被通入所述燃料电池电堆。
3.根据权利要求1所述的燃料电池系统，所述升温装置为热交换器，其中所述燃料电池系统的部分冷却液与混合后的氢气在所述热交换器内进行热交换，以使混合后的氢气升温。
4.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其中与混合后的氢气进行热交换的冷却液的流量占比不超过电堆的冷却液总流量的10％。
5.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其中与混合后的氢气进行热交换的冷却液的流量不超过10L/min。
6.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其中与混合后的氢气进行热交换的电堆冷却液的流量范围为5-10L/min，压降不大于20KPa。
7.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其中所述热交换器为采用真空钎焊的全铝制板式换热器。
8.根据权利要求3所述的燃料电池系统，进一步包括至少一散热器、第一冷却液管路、第二冷却液管路、一膨胀水箱以及一冷却液循环装置，其中所述第一冷却液管路呈回路地连通所述燃料电池电堆、所述膨胀水箱、所述热交换器以及所述冷却液循环装置，其中所述第二冷却液管路呈回路地连通所述燃料电池电堆、所述散热器以及所述冷却液循环装置。
9.根据权利要求3所述的燃料电池系统，进一步包括一节流元件，其中所述节流元件被设置于所述热交换器与所述燃料电池电堆之间的输送电堆冷却液的管路，以实现节流。
10.根据权利要求1至9任一所述的燃料电池系统，进一步包括至少一液位传感器，其中所述液位传感器被设置于所述气液分离器，以供控制所述气液分离器的排液量。
11.根据权利要求2至9任一所述的燃料电池系统，进一步包括相互连通的第一输送管路、第二输送管路以及第三输送管路，其中所述升温装置被设置于所述第三输送管路，其中所述第一输送管路用于输送所述供氢装置输出的氢气，其中所述第二输送管路用于输送所述燃料电池电堆排出的氢气，其中所述第一输送管路输送的氢气和所述第二输送管路输送的氢气相混合后经由所述第三输送管路输送，并在混合后的氢气经所述升温装置升温后输送至所述燃料电池电堆。
12.根据权利要求11所述的燃料电池系统，进一步包括至少一氢气循环装置，其中所述氢气循环装置被设置于所述第二输送管路，其中所述氢气循环装置用于循环所述第二输送管路输送的氢气与所述第一输送管路输送的氢气相混合后至所述第三输送管路。
13.根据权利要求11所述的燃料电池系统，进一步包括尾气排放管路和被设置于所述尾气排放管路的一尾排阀，其中所述尾气排放管路被连通于所述第二输送管路，其中所述尾排阀用于按一定频次地开关控制所述尾气排放管路排出尾气。
14.根据权利要求12所述的燃料电池系统，进一步包括一混合消音装置，其中经所述尾气排放管路排出的尾气与经所述气液分离器分离的液体相混合后经所述混合消音装置进行排放。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114420977A (zh) * 2022-01-14 2022-04-29 中汽创智科技有限公司 一种燃料电池阳极系统、控制方法及燃料电池

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009129643A (ja) * 2007-11-21 2009-06-11 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
CN109301402A (zh) * 2018-10-23 2019-02-01 郑州佛光发电设备有限公司 一种基于空气电池和氢燃料电池的一体化发电系统
CN208753438U (zh) * 2018-08-17 2019-04-16 西安瀚海氢能源科技有限公司 车载液态有机储氢供氢系统
CN109818012A (zh) * 2019-02-21 2019-05-28 山东大学 一种燃料电池发动机系统的水热管理系统

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009129643A (ja) * 2007-11-21 2009-06-11 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
CN208753438U (zh) * 2018-08-17 2019-04-16 西安瀚海氢能源科技有限公司 车载液态有机储氢供氢系统
CN109301402A (zh) * 2018-10-23 2019-02-01 郑州佛光发电设备有限公司 一种基于空气电池和氢燃料电池的一体化发电系统
CN109818012A (zh) * 2019-02-21 2019-05-28 山东大学 一种燃料电池发动机系统的水热管理系统

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114420977A (zh) * 2022-01-14 2022-04-29 中汽创智科技有限公司 一种燃料电池阳极系统、控制方法及燃料电池
CN114420977B (zh) * 2022-01-14 2024-01-16 中汽创智科技有限公司 一种燃料电池阳极系统、控制方法及燃料电池

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