CN113903951A - 一种用于多堆燃料电池系统的供氢集成装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于多堆燃料电池系统的供氢集成装置，包括共轨供氢单元、氢气共轨循环单元、气瓶组合阀、供氢集成阀、氢气源组件、加氢单元及排空单元，气瓶组合阀包括依次连接的第一阻火器、第一过滤器、第一截止电磁阀、一级减压阀、与一级减压阀相连接的第一氢瓶安全阀及加氢单向阀；供氢集成阀包括依次连接的第二阻火器、第二过滤器、第二截止电磁阀、二级减压阀、及与二级减压阀相连接的第二氢瓶安全阀，第二阻火器与气瓶组合阀的一级减压阀相连接，二级减压阀与共轨供氢单元相连接；氢气源组件与气瓶组合阀的第一阻火器相连接；加氢单元与气瓶组合阀的加氢单向阀相连接。本供氢集成装置集成化程度更高、占用空间更小、结构更加简化。

Description

一种用于多堆燃料电池系统的供氢集成装置

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，特别是涉及一种用于多堆燃料电池系统的供氢集成装置。

背景技术

氢燃料电池具有零排放、加氢速度快和供电能力强等优势，近年来使用十分广泛。由于其在成本及功率方面的限制，氢燃料电池通常以单电堆的方式出现，绝大部分都被应用于新一代燃料汽车动力源，且已被世界各大国视为战略产品，各大汽车公司都在致力燃料电池的研究及应用。

面对更大电功率需求的应用场景时，普通单堆燃料电池其电压及功率满足不了实际需要，目前有两种技术路线可以提高电堆功率，分别是1)研发、设计、生产、制造更高功率等级的电堆及其零部件，并为其匹配相应的子系统；2)并联两套及以上的燃料电池系统，为各电堆都配备一套已有技术的子系统。其中方案1)的研发制造周期较长且投入成本极其高昂，对于燃料电池技术应用的快速推广十分不利；方案2)仅仅是两套及以上的多套完整燃料电池系统的并联工作，其本质是一种电气组合，故其零部件较多，特别是分别用于给多套燃料电池系统供给氢气的多套供氢装置，集成化低，成本高昂，占空间较大。

在多堆燃料电池系统中，为了使各电堆功率输出满足拉载需求，需要氢气子系统将适量的氢气稳定有效地提供给各反应电堆阳极。常规的电堆氢气工作流道多采用二级减压阀来稳压，加以氢气循环泵或引射器来循环未反应的氢气，提高氢气利用率。控制不当容易造成低负荷区间氢气供应过量，导致氢气浪费；高负荷区间系统总体效率降低；若氢气供应不足，并导致阳极流道发生欠气故障，将严重影响电堆的寿命及电功率输出性能。

因此，在设计一套适用于多套并联电堆的集成化氢气子系统时，应尽可能集成化，减少泄漏点，减少空间占用量，并保证在全工况下氢气子系统的安全性；在各电堆拉载不同电流时，还需保证各阳极流道氢气的适量供应。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种集成化程度更高、占用空间更小、结构更加简化的用于多堆燃料电池系统的供氢集成装置。

为实现上述目的，本发明提供一种用于多堆燃料电池系统的供氢集成装置，包括：

共轨供氢单元，与多堆燃料电池系统的全部电堆的阳极相连接；

氢气共轨循环单元，与多堆燃料电池系统的全部电堆的阳极相连接、且与共轨供氢单元相连接；

气瓶组合阀，包括依次连接的第一阻火器、第一过滤器、第一截止电磁阀、一级减压阀，且所述气瓶组合阀还包括与一级减压阀相连接的第一氢瓶安全阀和加氢单向阀，所述加氢单向阀与连接于第一过滤器和第一截止电磁阀之间的管路相连接；

供氢集成阀，包括依次连接的第二阻火器、第二过滤器、第二截止电磁阀、二级减压阀，所述供氢集成阀还包括与二级减压阀相连接的第二氢瓶安全阀，所述第二阻火器与气瓶组合阀的一级减压阀相连接，所述二级减压阀与共轨供氢单元相连接；

氢气源组件，与气瓶组合阀的第一阻火器相连接；

加氢单元，与气瓶组合阀的加氢单向阀相连接；

排空单元，与氢气源组件、第一阻火器、第一氢瓶安全阀及第二氢瓶安全阀相连接。

进一步地，所述气瓶组合阀还包括第一温度传感器和第一压力传感器，所述第一温度传感器和第一压力传感器均与连接于第一阻火器和氢气源组件之间的管路相连接。

进一步地，所述气瓶组合阀包括组合阀体，所述第一阻火器、第一过滤器及加氢单向阀的外壳均与组合阀体相固接、且形成一体式组合主阀体，所述一体式组合主阀体的内部设有所述第一温度传感器和第一压力传感器，所述第一截止电磁阀、一级减压阀、及第一氢瓶安全阀相固接、且形成一体式组合子阀体，所述一体式组合子阀体插装在所述一体式组合主阀体上。

进一步地，所述供氢集成阀还包括第二温度传感器和第二压力传感器，所述第二温度传感器和第二压力传感器均与连接于一级减压阀和第二阻火器之间的管路相连接。

进一步地，所述供氢集成阀包括集成阀体，所述第二阻火器和第二过滤器均与集成阀体固接、且形成一体式集成主阀体，所述一体式集成主阀体的内部设有第二温度传感器和第二压力传感器，所述第二截止电磁阀、二级减压阀、及第二氢瓶安全阀相固接、且形成一体式集成子阀体，所述一体式集成子阀体插装在一体式集成主阀体上。

进一步地，所述氢气共轨循环单元包括氢气输出共轨管和与氢气输出共轨管相连接的排水子单元，所述氢气输出共轨管与多堆燃料电池系统的全部电堆的阳极相连接。

进一步地，所述氢气共轨循环单元包括氢气输出共轨管和与氢气输出共轨管相连接的排氢子单元，所述氢气输出共轨管与多堆燃料电池系统的全部电堆的阳极相连接。

进一步地，所述排空单元包括依次连接的排空节流阀、易熔栓、排空电磁阀，所述氢气源组件和第一阻火器均与排空节流阀相连接，所述第一氢瓶安全阀及第二氢瓶安全阀均与、连接于易熔栓和排空电磁阀之间的管路相连接。

进一步地，所述共轨供氢单元包括氢气输入共轨管、及连接于氢气输入共轨管和二级减压阀之间的引射器，所述氢气共轨循环单元包括与引射器相连接的氢气输出共轨管，所述氢气输入共轨管与全部电堆的阳极入口端相连接，所述氢气输出共轨管与全部电堆的阳极出口端相连接。

进一步地，所述共轨供氢单元包括与二级减压阀相连接的氢气输入共轨管，所述氢气共轨循环单元包括氢气输出共轨管和与氢气输出共轨管相连接的氢气循环泵，所述氢气循环泵与氢气输入共轨管相连接，所述氢气输入共轨管与全部电堆的阳极入口端相连接，所述氢气输出共轨管与全部电堆的阳极出口端相连接。

如上所述，本发明涉及的用于多堆燃料电池系统的供氢集成装置，具有以下有益效果：

本用于多堆燃料电池系统的供氢集成装置，在氢气源组件后端应用气瓶组合阀，该气瓶组合阀将包括一级减压阀在内的多个阀体及相应的元器件组合在一起，提高了集成化程度，且有效减少了高压管路接头以及泄漏点，有效缩短了高压管路的长度，并提升了整个多堆燃料电池系统的可靠性与安全性；同时，在气瓶组合阀的后端应用供氢集成阀，该供氢集成阀将包括二级减压阀在内的多个阀体及相应的元器件集成在一起，不仅能利用二级减压技术有效降低高压端的压力波动，有效提高后端共轨供氢单元的鲁棒性，且进一步提高了集成化程度，结合气瓶组合阀的集成作用，大幅减小了整个多堆燃料电池系统所占空间；另外，上述连接关系，使得加氢单元能通过气瓶组合阀的加氢单向阀、第一阻火器、第一过滤器向氢气源组件加入氢气，且氢气源组件也能通过气瓶组合阀的第一阻火器、第一过滤器、第一截止电磁阀、一级减压阀向共轨供氢单元供给氢气，此种设计简化了整个系统的结构。

附图说明

图1为本发明实施例中用于多堆燃料电池系统的供氢集成装置的连接结构示意图。

图2为本发明实施例中氢气喷嘴的控制原理框图。

图3为本发明实施例中氢气循环泵的控制原理框图。

图4为本发明实施例中排氢子单元的控制原理框图。

图5为本发明实施例中排水子单元的控制原理框图。

元件标号说明

1 第一温度传感器 28 堆后单向阀

2 第一压力传感器 29 氢气输出共轨管

3 第一阻火器 30 排水子单元

4 第一过滤器 31 第一氢瓶安全阀

5 第一截止电磁阀 32 一体插装式气瓶组合阀

6 加氢节流阀 33 排空节流阀

7 加氢单向阀 34 手动瓶阀

8 一级减压阀 35 氢气源插接头

9 加氢压力计 36 氢气源

10 氢气加注口 37 易熔栓

11 加氢单元 38 一体插装式供氢集成阀

12 第二压力传感器 39 排空单元

13 第二温度传感器 40 排空电磁阀

14 第二阻火器 41 第二氢瓶安全阀

15 第二过滤器 42 共轨供氢单元

16 第二截止电磁阀 43 氢气输入共轨管

17 二级减压阀 44 氢气喷嘴

18 轨前插接头 45 输氢支管

19 比例流量阀 46 球阀

20 引射器 47 第三阻火器

21 流量计 48 第四温度传感器

22 第三温度传感器 49 第四压力传感器

23 第三压力传感器 50 氢气共轨输入系统

24 供氢闭环控制器 51 回氢支管

25 堆前插接头 52 氢气共轨循环单元

26 燃料电池阳极空间 53 排氢子单元

27 堆后插接头 54 氢气循环泵

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等用语，亦仅为便于叙述明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1所示，本实施例提供一种用于多堆燃料电池系统的供氢集成装置，包括：

共轨供氢单元42，与多堆燃料电池系统的全部电堆的阳极相连接；

氢气共轨循环单元52，与多堆燃料电池系统的全部电堆的阳极相连接、且与共轨供氢单元42相连接；

气瓶组合阀，包括依次连接的第一阻火器3、第一过滤器4、第一截止电磁阀5、一级减压阀8，且气瓶组合阀还包括与一级减压阀8相连接的第一氢瓶安全阀31和加氢单向阀7，加氢单向阀7与连接于第一过滤器4和第一截止电磁阀5之间的管路相连接；

供氢集成阀，包括依次连接的第二阻火器14、第二过滤器15、第二截止电磁阀16、二级减压阀17，供氢集成阀还包括与二级减压阀17相连接的第二氢瓶安全阀41，第二阻火器14与气瓶组合阀的一级减压阀8相连接，二级减压阀17与共轨供氢单元42相连接；

氢气源组件，与气瓶组合阀的第一阻火器3相连接；

加氢单元11，与气瓶组合阀的加氢单向阀7相连接；

排空单元39，与氢气源组件、第一阻火器3、第一氢瓶安全阀31及第二氢瓶安全阀41相连接。

本用于多堆燃料电池系统的供氢集成装置，在氢气源组件后端应用气瓶组合阀，该气瓶组合阀将包括一级减压阀8在内的多个阀体及相应的元器件组合在一起，提高了集成化程度，且有效减少了高压管路接头以及泄漏点，有效缩短了高压管路的长度，并提升了整个多堆燃料电池系统的可靠性与安全性；同时，在气瓶组合阀的后端应用供氢集成阀，该供氢集成阀将包括二级减压阀17在内的多个阀体及相应的元器件集成在一起，不仅能利用二级减压技术有效降低高压端的压力波动，有效提高后端共轨供氢单元42的鲁棒性，且进一步提高了集成化程度，结合气瓶组合阀的集成作用，大幅减小了整个多堆燃料电池系统所占空间；另外，上述连接关系，使得加氢单元11能通过气瓶组合阀的加氢单向阀7、第一阻火器3、第一过滤器4向氢气源组件加入氢气，且氢气源组件也能通过气瓶组合阀的第一阻火器3、第一过滤器4、第一截止电磁阀5、一级减压阀8向共轨供氢单元42供给氢气，此种设计简化了整个系统的结构。

本实施例中气瓶组合阀还包括第一温度传感器1和第一压力传感器2，第一温度传感器1和第一压力传感器2均与连接于第一阻火器3和氢气源组件之间的管路相连接。具体地，气瓶组合阀包括组合阀体，第一阻火器3、第一过滤器4及加氢单向阀7的外壳均与组合阀体相固接、且形成一体式组合主阀体，一体式组合主阀体的内部设有第一温度传感器1和第一压力传感器2，第一截止电磁阀5、一级减压阀8、及第一氢瓶安全阀31相固接、且形成一体式组合子阀体，一体式组合子阀体插装在一体式组合主阀体上。本实施例中气瓶组合阀具体为一体插装式气瓶组合阀32。此种设计，方便了加工及组装工作，且使得气瓶组合阀的集成化程度更高。

本实施例中一体插装式气瓶组合阀32是一种高度集成装置，其将第一阻火器3、第一过滤器4、第一截止电磁阀5、加氢单向阀7、一级减压阀8、第一压力传感器2、以及第一温度传感器1、第一氢瓶安全阀31集成装嵌到一起；其中第一压力传感器2也称为高压压力传感器；一级减压阀8也称为高压减压阀。集成装嵌方法首先需要根据上述零部件外壳尺寸设计相应的组合阀体，以实现上述各零部件的插装，且组合阀体内应提前布好第一压力传感器2与第一温度传感器1；其次需要将第一阻火器3、第一过滤器4、加氢单向阀7的外壳按照正确的相对位置关系直接加工在组合阀体上、形成一体式组合主阀体；再将第一截止电磁阀5、一级减压阀8、第一氢瓶安全阀31加工成一体，将其直接插装在一体式组合主阀体上完成最终集成装嵌；特别注意一级减压阀8处应留有与第二阻火器14的插接口。在高压氢瓶后端应用此集成装置有效减少了高压管路接头以及泄漏点，大幅减小了系统所占空间，在有效缩短了高压管路的长度的同时提升了系统的可靠性与安全性。

如图1所示，本实施例中供氢集成阀还包括第二温度传感器13和第二压力传感器12，第二温度传感器13和第二压力传感器12均与连接于一级减压阀8和第二阻火器14之间的管路相连接。供氢集成阀包括集成阀体，第二阻火器14和第二过滤器15均与集成阀体固接、且形成一体式集成主阀体，一体式集成主阀体的内部设有第二温度传感器13和第二压力传感器12，第二截止电磁阀16、二级减压阀17、及第二氢瓶安全阀41相固接、且形成一体式集成子阀体，一体式集成子阀体插装在一体式集成主阀体上。本实施例中供氢集成阀具体为一体插装式供氢集成阀38。此种设计同样方便了供氢集成阀的加工及组装，且使得供氢集成阀集成化程度更高。

本实施例中一体插装式供氢集成阀38是一种高度集成装置，其将第二阻火器14、第二过滤器15、第二截止电磁阀16、二级减压阀17、第二氢瓶安全阀41集成装嵌在一起。集成装嵌方法首先需要根据上述零部件外壳尺寸设计相应的集成阀体，以实现上述各零部件的插装，且集成阀体内应提前布好第二压力传感器12及第二温度传感器13；其次需要将第二阻火器14、第二过滤器15的外壳按照正确的相对位置关系直接加工在集成阀体上、形成一体式集成主阀体；再将第二截止电磁阀16、二级减压阀17、第二氢瓶安全阀41加工成一体，将其直接插装在一体式集成主阀体上完成最终集成装嵌。本发明在高压减压阀后采用了二级减压技术，此技术可以有效降低高压端的压力波动，能有效提高后端共轨供氢单元42的鲁棒性。

本实施例中一级减压阀8与二级减压阀17均是通过减压阀出口侧的弹簧预紧力与阀体后端压力相平衡来控制其减压效果以及目标压力值，后期可通过减压阀上调节弹簧预紧力的机构来调节出口压力，进而实现不同的减压目的。

本实施例中共轨供氢单元42包括依次连接的比例流量阀19、引射器20、流量计21、氢气输入共轨管43、输氢支管45，比例流量阀19的前端通过轨前插接头17与二级减压阀17相连接，氢气输入共轨管43的后端与多条输氢支管45连接，输氢支管45的数量与电堆的数量相等，全部输氢支管45分别与各个电堆的阳极入口端相连通，通过各输氢支管45上的氢气喷嘴44向各电堆阳极流道独立供氢。每个输氢支管45上设有氢气喷嘴44、球阀46和第三阻火器47。其中氢气喷嘴44同时还与氢气输入共轨管43后端相连。输氢支管45的后端通过堆前插接头25与电堆的阳极入口端相连接，即第三阻火器47同时还与堆前插接头25相连。具体地，电堆的阳极具有燃料电池阳极空间26，氢气输入共轨管43通过输氢支管45及堆前插接头25与燃料电池阳极空间26相连通。氢气输入共轨管43外接有第三温度传感器22与第三压力传感器23。第三阻火器47与堆前插接头25之间连有第四温度传感器48与第四压力传感器49。氢气输入共轨管43上布置有多套供氢电磁阀，各供氢电磁阀后端都与各输氢支管45上的氢气喷嘴44相连。球阀46在燃料电池系统无拉载电流时将会阻断工作管路；第三阻火器47用于防止后端火焰通过供氢管路传回氢气源36。本实施例中供氢电磁阀组使用的是常开式电磁阀，其工作特性为在通电时动铁芯吸合，打开泄压孔，主阀芯上部压力降低，导致主阀芯下落，阀门关闭，断电时动铁芯互斥打开，堵住泄压孔，阀芯回升，阀门打开。

如图1所述，本实施例中氢气共轨循环单元52包括回氢支管51、氢气输出共轨管29、排水子单元30、排氢子单元53、及氢气循环泵54，氢气输出共轨管29的前端通过多条回氢支管51分别连接各电堆的阳极流道出口端，后端与排水子单元30、排氢子单元53、引射器20、以及氢气循环泵54相连接。回氢支管51的数量与电堆的数量相等。每个回氢支管51上设有堆后单向阀28，回氢支管51通过堆后插接头27与燃料电池阳极空间26相连通。氢气循环泵54的后端与氢气输入共轨管43的前端相连接。引射器20同时还与氢气循环泵54的前端相连。通过引射器20与氢气循环泵54并联的方式将部分剩余氢气输入到氢气输入共轨管43中。具体地，从电堆中流出含余氢的混合气体经氢气共轨循环单元52汇集到一起后通过并联的引射器20、氢气循环泵54重新进入氢气输入共轨管43。同时在满足一定条件时将氢气输出共轨管29中的水通过排水子单元30排出，并将氢气输出共轨管29中的氢气、氮气经排氢子单元53排出；且排水子单元30根据氢气输出共轨管29中的水含量决定排水频率，排氢子单元53根据氢气输出共轨管29中的氮含量决定排氮频率。本实施例中堆后单向阀28防止氢气输出共轨管29中压力波动可能导致的氢气回流；氢气输出共轨管29用于稳压及反应后余氢的集成。本发明考虑到循环氢气供给模式下的燃料电池长时间运作后，阳极流道的氮气含量会逐渐升高，从而影响氢气与燃料电池催化层表面的接触，导致燃料电池电化学反应效率的降低，故本发明采用在氢气输出共轨管29后加设排氢子单元53以保证燃料电池阳极流道中氮气和其它惰性气体的含量低于一定值；本发明考虑到在电堆中，阴极中的水通过质子交换膜跨膜运输到阳极中，并冷凝成液态水，液态水的积累会导致质子交换膜发生电化学反应的有效面积降低，阻碍电化学反应的进行，严重时导致电堆发生水淹的故障，因此本发加设上述排水子单元30以排出阳极空间中积累的液态水。

本实施例中排空单元39包括依次连接的排空节流阀33、易熔栓37、排空电磁阀40，氢气源组件的手动瓶阀34和第一阻火器3均与排空单元39的排空节流阀33相连接。排空单元39的后端与大气相通。第一氢瓶安全阀31及第二氢瓶安全阀41均与连接于易熔栓37和排空电磁阀40之间的排空管路相连接。其中易熔栓37将会在高温情况下熔断打开，氢气流经排空电磁阀40进入大气，从而实现对氢气源36放气。该排空单元39的功能是在系统中起过压释放及安全保护作用。

本实施例中氢气源组件具体包括依次连接的氢气源36、氢气源插接头35、手动瓶阀34。上述第一阻火器3同时还与氢气源36相连接，具体与手动瓶阀34直接连接。

本实施例中加氢单元11的主要功能是将纯氢自氢气加注口10加入加氢管道后依次流经加氢单元11、一体插装式气瓶组合阀32、手动瓶阀34、氢气源插接头35流入氢气源36，实现氢瓶的充装。具体地，加氢单元11包括依次连接的氢气加注口10、加氢节流阀6。其中，加氢单向阀7同时还与加氢节流阀6相连，氢气加注口10同时还与加氢设备外接。氢气加注口10与加氢节流阀6之间连有加氢压力计9。

本用于多堆燃料电池系统的供氢集成装置还包括控制系统，控制系统包括供氢闭环控制器24和传感器总成。供氢闭环控制器24需根据传感器信号，按照一定的控制算法对整个多堆燃料电池的供氢系统的各执行器发出控制信号。供氢闭环控制器24分别与第三温度传感器22、第三压力传感器23、氢气输入共轨管43、第四温度传感器48、第四压力传感器49、排水子单元30、排氢子单元53、氢气循环泵54相连。具体地，该供氢闭环控制器24接受压力传感器、温度传感器、流量计21等传感器的信号，对比例阀、氢气喷嘴44、电磁阀、排氢子单元53以及排水子单元30发出控制信号，控制多堆燃料电池氢气系统的氢气供应、循环和排放。本实施例通过传感器总成反馈给供氢闭环控制器24以发出控制信号，调节各供氢电磁阀的开启时间及开闭频率，以控制各氢气喷嘴44的压力和流量。比如，供氢闭环控制器24发出控制信号，调节氢气循环泵54转速、排氢子单元53的排氢频率、排水子单元30的排水频率来实现氢气循环的闭环控制。

整个多堆燃料电池系统的工作原理具体为：氢气从氢气源36中流出依次通过一体插装式气瓶组合阀32、一体插装式供氢集成阀38、轨前插接头18、共轨供氢单元42、堆前插接头25后喷入燃料电池反应堆发生电化学反应；从电堆中流出含余氢的混合气体经氢气共轨循环单元52汇集到一起后通过并联的引射器20、氢气循环泵54重新进入氢气输入共轨管43；加氢单元11自氢气加注口10流入加氢管路，依次通过加氢单元11、一体插装式气瓶组合阀32、手动瓶阀34、插接头流入氢气源36；供氢闭环控制器24分别与各级压力传感器、温度传感器、流量计21及排氢、排水单元上的传感器相连，接受传感器信号并向各执行器发出控制信号。本发明高度集成，可以实现多堆燃料电池系统各堆在变工况下的氢气供给。

本实施例中加氢单元11、氢气源组件、一体插装式气瓶组合阀32、一体插装式供氢集成阀38、轨前插接头18、共轨供氢单元42、及供氢闭环控制器24构成氢气共轨输入系统50或供氢喷氢系统。多堆燃料电池系统中，燃料电池电堆单元的个数和每个电池电堆单元的功率根据实际应用场景和DC/DC模块的负载需求来确定。供氢喷氢系统需根据实际应用场景和DC/DC模块的负载控制喷入每个电堆的氢气。氢气共轨循环单元52需根据氢气输出共轨管29中的气体状态及应用场景和DC/DC模块的负载决定循环氢气的流量。

本供氢集成装置按照功能分为供氢管路、加氢管路、排空管路和回氢管路。其中供氢管路包括依次连接的氢气源36、氢气源插接头35、手动瓶阀34、一体插装式气瓶组合阀32、一体插装式供氢集成阀38、轨前插接头18、共轨供氢单元42、堆前插接头25、燃料电池阳极空间26；加氢管路包括依次连接的加氢单元11、一体插装式气瓶组合阀32、手动瓶阀34、氢气源插接头35、氢气源36；排空管路即排空单元39，排空管路设有多个连接口，分别与手动瓶阀34、一体插装式气瓶组合阀32、一体插装式供氢集成阀38相连；回氢管路包括依次连接的燃料电池阳极空间26、堆后插接头27、氢气共轨循环单元52、共轨供氢单元42。供氢管路中氢气源36通过氢气源插接头35后接手动瓶阀34，最终在一体插装式气瓶组合阀32实现气瓶组合；同时氢气流经上述组件后于一体插装式供氢集成阀38中完成氢气的集成，通过轨前插接头18向共轨供氢单元42供氢。加氢管路为系统充装氢气时氢气的流道，由于加氢过程中会对燃料电池系统作下电操作，同时由于第一截止电磁阀5与第二截止电磁阀16采用常闭式电磁阀，故加氢下电时上述量电磁阀将处于截止状态；氢气依次流经氢气加注口10、加氢压力计9、加氢节流阀6、加氢单向阀7、第一过滤器4、第一阻火器3、手动瓶阀34、氢气源插接头35、氢气源36；其中通过加氢压力计9实时显示加氢管路内部压力，以避免过充；加氢单向阀7用于防止氢气充装结束时氢气的外流；加氢节流阀6与排空节流阀33将会防止氢气充装过程中的过流现象，保障加氢时的系统安全。

请参考图2，本实施例中，对于氢气喷嘴44的控制是通过氢气循环泵54的回氢量以及电堆化学反应所需的氢气计算出氢气喷嘴44应为阳极提供的氢气量，从而控制氢气喷嘴44的开度和开启时间。

请参考图3，本实施例中，氢气循环泵54转速控制采用查表的方法，需事先得到电堆电流和氢气循环泵54转速之间的关系，控制时根据电堆电流的大小直接得到需要的氢气循环泵54转速。本实施例中氢气循环泵54作用是将阳极空间中未反应的氢气流量循环阳极入口重新与来自氢气源的干氢气进行混合。供氢闭环控制器24根据当前引射器20出口处的压力和流量，通过控制氢气循环泵54的转速满足不同工况下气体循环流量的需要。

请参考图4，本实施例中，排氢子单元53的控制主要采用基于规则的控制方法，即脉冲排氢，根据工作条件以一定时间间隔周期性地进行排氢，即通过控制排氢子单元53内部的电磁阀门开启和关闭的时间来进行控制。当阳极中惰性气体浓度增加时，输出电压降低，利用电压传感器检测电压损失，根据预先标定的电压偏差信号，通过控制排氢子单元53内部电磁阀的开启和关闭时间来达到调节阳极惰性气体的浓度的目的。

请参考图5，本实施例中，排水子单元30的控制逻辑为当液态水的体积超过一定的阈值时进行排水，排水的阈值可根据电堆的参数进行确定，即设定当液态水的体积超过一定的阳极体积进行排水。

本实施例中多堆燃料电池系统为一种大功率燃料电池系统。本供氢集成装置使用更安全，使得氢气供应量动态可调节，阳极流道前后端压力稳定且可调节，且使得大小流量都具备较好的响应性与稳定性，同时具备喷氢、加氢与回氢的高度集成化。

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种用于多堆燃料电池系统的供氢集成装置，其特征在于，包括：

共轨供氢单元(42)，与多堆燃料电池系统的全部电堆的阳极相连接；

氢气共轨循环单元(52)，与多堆燃料电池系统的全部电堆的阳极相连接、且与共轨供氢单元(42)相连接；

气瓶组合阀，包括依次连接的第一阻火器(3)、第一过滤器(4)、第一截止电磁阀(5)、一级减压阀(8)，且所述气瓶组合阀还包括与一级减压阀(8)相连接的第一氢瓶安全阀(31)和加氢单向阀(7)，所述加氢单向阀(7)与连接于第一过滤器(4)和第一截止电磁阀(5)之间的管路相连接；

供氢集成阀，包括依次连接的第二阻火器(14)、第二过滤器(15)、第二截止电磁阀(16)、二级减压阀(17)，所述供氢集成阀还包括与二级减压阀(17)相连接的第二氢瓶安全阀(41)，所述第二阻火器(14)与气瓶组合阀的一级减压阀(8)相连接，所述二级减压阀(17)与共轨供氢单元(42)相连接；

氢气源组件，与气瓶组合阀的第一阻火器(3)相连接；

加氢单元(11)，与气瓶组合阀的加氢单向阀(7)相连接；

排空单元(39)，与氢气源组件、第一阻火器(3)、第一氢瓶安全阀(31)及第二氢瓶安全阀(41)相连接。

2.根据权利要求1所述用于多堆燃料电池系统的供氢集成装置，其特征在于，所述气瓶组合阀还包括第一温度传感器(1)和第一压力传感器(2)，所述第一温度传感器(1)和第一压力传感器(2)均与连接于第一阻火器(3)和氢气源组件之间的管路相连接。

3.根据权利要求2所述用于多堆燃料电池系统的供氢集成装置，其特征在于，所述气瓶组合阀包括组合阀体，所述第一阻火器(3)、第一过滤器(4)及加氢单向阀(7)的外壳均与组合阀体相固接、且形成一体式组合主阀体，所述一体式组合主阀体的内部设有所述第一温度传感器(1)和第一压力传感器(2)，所述第一截止电磁阀(5)、一级减压阀(8)、及第一氢瓶安全阀(31)相固接、且形成一体式组合子阀体，所述一体式组合子阀体插装在所述一体式组合主阀体上。

4.根据权利要求1所述用于多堆燃料电池系统的供氢集成装置，其特征在于，所述供氢集成阀还包括第二温度传感器(13)和第二压力传感器(12)，所述第二温度传感器(13)和第二压力传感器(12)均与连接于一级减压阀(8)和第二阻火器(14)之间的管路相连接。

5.根据权利要求4所述用于多堆燃料电池系统的供氢集成装置，其特征在于，所述供氢集成阀包括集成阀体，所述第二阻火器(14)和第二过滤器(15)均与集成阀体固接、且形成一体式集成主阀体，所述一体式集成主阀体的内部设有第二温度传感器(13)和第二压力传感器(12)，所述第二截止电磁阀(16)、二级减压阀(17)、及第二氢瓶安全阀(41)相固接、且形成一体式集成子阀体，所述一体式集成子阀体插装在一体式集成主阀体上。

6.根据权利要求1所述用于多堆燃料电池系统的供氢集成装置，其特征在于，所述氢气共轨循环单元(52)包括氢气输出共轨管(29)和与氢气输出共轨管(29)相连接的排水子单元(30)，所述氢气输出共轨管(29)与多堆燃料电池系统的全部电堆的阳极相连接。

7.根据权利要求1所述用于多堆燃料电池系统的供氢集成装置，其特征在于，所述氢气共轨循环单元(52)包括氢气输出共轨管(29)和与氢气输出共轨管(29)相连接的排氢子单元(53)，所述氢气输出共轨管(29)与多堆燃料电池系统的全部电堆的阳极相连接。

8.根据权利要求1所述用于多堆燃料电池系统的供氢集成装置，其特征在于，所述排空单元(39)包括依次连接的排空节流阀(33)、易熔栓(37)、排空电磁阀(40)，所述氢气源组件和第一阻火器(3)均与排空节流阀(33)相连接，所述第一氢瓶安全阀(31)及第二氢瓶安全阀(41)均与、连接于易熔栓(37)和排空电磁阀(40)之间的管路相连接。

9.根据权利要求1所述用于多堆燃料电池系统的供氢集成装置，其特征在于，所述共轨供氢单元(42)包括氢气输入共轨管(43)、及连接于氢气输入共轨管(43)和二级减压阀(17)之间的引射器(20)，所述氢气共轨循环单元(52)包括与引射器(20)相连接的氢气输出共轨管(29)，所述氢气输入共轨管(43)与全部电堆的阳极入口端相连接，所述氢气输出共轨管(29)与全部电堆的阳极出口端相连接。

10.根据权利要求1所述用于多堆燃料电池系统的供氢集成装置，其特征在于，所述共轨供氢单元(42)包括与二级减压阀(17)相连接的氢气输入共轨管(43)，所述氢气共轨循环单元(52)包括氢气输出共轨管(29)和与氢气输出共轨管(29)相连接的氢气循环泵(54)，所述氢气循环泵(54)与氢气输入共轨管(43)相连接，所述氢气输入共轨管(43)与全部电堆的阳极入口端相连接，所述氢气输出共轨管(29)与全部电堆的阳极出口端相连接。

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