CN115823489A - 一种燃料电池电站氢气稳压控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池电站氢气稳压控制系统及方法，氢气在输送过程中的压力调节主要通过两路并联的隔膜阀进行调节，主路上的第一个隔膜阀起到主要的调节功能，为氢气的压力调节主要路径，通过调节第一个隔膜阀的开度能够快速改变氢气的压力，支路上的第二隔膜阀主要起微调作用，搭配针阀共同作用，对氢气的压力进行微调，通过主路和支路的协调作用，使得输送的氢气压力趋于稳定，避免了压力的不稳定变化对燃料电池电堆造成冲击，提高了燃料电池电堆的使用寿命，同时对隔膜阀的开度是通过空气进行控制的，稳压控制系统内对氢气的压力控制不涉及电力控制，减少了安全隐患。

Description

一种燃料电池电站氢气稳压控制系统及方法

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池电站氢气稳压控制系统及方法。

背景技术

燃料电池系统是一种常用的电池系统，在燃料极中，供给的燃料气体中的H2分解成H和e-，H移动到电解质中与空气极侧供给的O2发生反应。e-经由外部的负荷回路，再反回到空气极侧，参与空气极侧的反应。一系例的反应促成了e-不间断地经由外部回路，因而就构成了发电。

在向燃料电池系统供给氢气的过程中，通常采用减压阀或比例阀实现氢气的减压和稳压，由于燃料电池系统的工作压力随负载大小不断变化，因此会导致燃料电池供气系统内空气压力不断变化，而减压阀是固定压力，使用减压阀的燃料电池系统启动和加载过程中氢气压力不能随空气压力变化而变化，这就造成可空气和氢气压差不稳定，对燃料电池电堆有一定的冲击，降低了燃料电池电堆的使用寿命；而比例调节阀通常是电动调节的，特别是大型分布式发电系统中，比例阀往往是220V或380V电压供电，用在氢气管道中有一定的安全隐患。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种燃料电池电站氢气稳压控制系统及方法，利用隔膜阀控制氢气的流量和压力随空气压力的变化而变化，使系统内氢气和空气压差稳定，减少了对燃料电池电堆造成的冲击，系统内氢气流动的部分不涉及电力控制，减少了安全隐患。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种燃料电池电站氢气稳压控制系统，包括针阀、气动阀、第一隔膜阀、第二隔膜阀和三通电动阀；所述第一隔膜阀和第二隔膜阀均为气动隔膜阀且包括一个进气端、一个出气端和一个气控端，所述气动阀的进气端接入氢气，所述气动阀的出气端与所述第一隔膜阀的进气端连通，所述第一隔膜阀的出气端接燃料电池系统，所述第二隔膜阀与所述第一隔膜阀并联，所述针阀与第二隔膜阀串联且位于所述第二隔膜阀进气端的一侧，所述三通电动阀包括一个进气端和两个出气端，所述三通电动阀的进气端接入空气，所述三通电动阀的两个出气端分别与第一个隔膜阀和第二隔膜阀的气控端连通。

作为优选，还包括减压阀，所述减压阀与所述第一隔膜阀和所述气动阀并联。

作为优选，一种燃料电池电站氢气稳压控制方法，包括以下步骤：

S1.氢气供应设备和空气供应设备开始供气；

S2.开启减压阀；

S3.检测三通电动阀进气端空气压力；

S4.根据三通电动阀进气端的空气压力调整三通电动阀的进气端开度；

S5.打开针阀；

S6.将三通电动阀的两出气端与第一隔膜阀和第二隔膜阀的气控端导通；

S7.打开气动阀；

S8.检测稳压控制系统出气端氢气压力是否达到预设值；

S9.若稳压控制系统出气端氢气压力未达到预设值，则通过调整三通电动阀的出气端气流量进而调整第一隔膜阀和第二隔膜阀的开度。

本发明采用上述技术方案的一种燃料电池电站氢气稳压控制系统及方法的优点是：

氢气在输送过程中的压力调节主要通过两路并联的隔膜阀进行调节，主路上的第一个隔膜阀起到主要的调节功能，为氢气的压力调节主要路径，通过调节第一个隔膜阀的开度能够快速改变氢气的压力，支路上的第二隔膜阀主要起微调作用，搭配针阀共同作用，对氢气的压力进行微调，通过主路和支路的协调作用，使得输送的氢气压力趋于稳定，避免了压力的不稳定变化对燃料电池电堆造成冲击，提高了燃料电池电堆的使用寿命，同时对隔膜阀的开度是通过空气进行控制的，稳压控制系统内对氢气的压力控制不涉及电力控制，减少了安全隐患。

附图说明

图1是本发明连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

如图1所示，本实施例的燃料电池电站氢气稳压控制系统包括：包括针阀、气动阀、减压阀、第一隔膜阀、第二隔膜阀和三通电动阀；第一隔膜阀和第二隔膜阀均为气动隔膜阀且包括一个进气端、一个出气端和一个气控端，气动阀的进气端接入氢气，所述气动阀的出气端与所述第一隔膜阀的进气端连通，所述第一隔膜阀的出气端接燃料电池系统，所述第二隔膜阀与所述第一隔膜阀并联，所述针阀与第二隔膜阀串联且位于第二隔膜阀进气端的一侧，所述三通电动阀包括一个进气端和两个出气端，所述三通电动阀的进气端接入空气，所述三通电动阀的两个出气端分别与第一个隔膜阀和第二隔膜阀的气控端连通，减压阀与第一隔膜阀和气动阀并联

工作流程：

S1.氢气供应设备和空气供应设备开始供气；

S2.开启减压阀；氢气进入稳压系统，此时气动阀2处于关闭状态，氢气经减压阀6减压输送给燃料电池电堆；

S3.空气供应设备供应的空气进入三通电动阀进气端，检测三通电动阀进气端空气压力；根据检测到的空气压力调节电动阀5出气端的空气压力；

S4.根据三通电动阀进气端的空气压力调整三通电动阀的进气端开度；

S5.打开针阀；

S6.将三通电动阀的两出气端与第一隔膜阀和第二隔膜阀的气控端导通；空气经过电动阀5的两个出气端分别到达第一隔膜阀3和第二隔膜阀4的气控端，进而使第一隔膜阀3和第二隔膜阀4的进气端和出气端开启；

S7.打开气动阀2；氢气通过气动阀2进入第一隔膜阀3和第二隔膜阀4针阀1对第二隔膜阀4所在支路中的氢气流量进行调整，第二隔膜阀4与针阀1所在支路用于平衡第一隔膜阀3两端的氢气压力，对供给给燃料电池系统的氢气压力进行微调，针阀1使得氢气进入第二隔膜阀4所在支路的氢气量少于第一隔膜阀3所在主路的氢气量，在第一隔膜阀3和第二隔膜阀4开度做相同调整的时候，流过第二隔膜阀4的氢气变化量小于流过第一隔膜阀3的氢气变化量，因此针阀1起到了是的隔膜阀4对系统出气端氢气压力进行微调的效果，同时避免突然开启隔膜阀4时产生的冲击；

S8.检测稳压控制系统出气端氢气压力是否达到预设值；

S9.若稳压控制系统出气端氢气压力未达到预设值，则通过调整三通电动阀的出气端气流量进而调整第一隔膜阀和第二隔膜阀的开度，直到稳压控制系统出气端氢气压力达到预设值，停止调整。

系统通过PID调节，PID控制器(比例-积分-微分控制器)是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件，燃料电池系统正常工作时，由于燃料电池系统的工作压力随负载大小不断变化，所需的氢气压力也不断变化，通过调整空气的气源压力，进而可实现控制第一隔膜阀3和第二隔膜阀4的开度变化，从而控制氢气流量和氢气压力，直至稳压控制系统出气端氢气压力达到预设目标，此时氢气供气成功，燃料电池系统开启成功，使得进入燃料电池系统内的气体压力稳定，减少了对燃料电池系统的冲击，提高了燃料电池系统的使用寿命，稳压系统内均未采用电动调节阀门，保证了氢气使用的安全，减少了安全隐患。

本发明是通过实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种燃料电池电站氢气稳压控制系统，其特征在于，包括针阀(1)、气动阀(2)、第一隔膜阀(3)、第二隔膜阀(4)和三通电动阀(5)；所述第一隔膜阀(3)和第二隔膜阀(4)均为气动隔膜阀且包括一个进气端、一个出气端和一个气控端，所述气动阀(2)的进气端接入氢气，所述气动阀(2)的出气端与所述第一隔膜阀(3)的进气端连通，所述第一隔膜阀(4)的出气端接燃料电池系统，所述第二隔膜阀(4)与所述第一隔膜阀(3)并联，所述针阀(1)与第二隔膜阀(4)串联且位于所述第二隔膜阀(4)进气端的一侧，所述三通电动阀(5)包括一个进气端和两个出气端，所述三通电动阀(5)的进气端接入空气，所述三通电动阀(5)的两个出气端分别与第一个隔膜阀(3)和第二隔膜阀(4)的气控端连通。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池电站氢气稳压控制系统，其特征在于，还包括减压阀(6)，所述减压阀(6)与所述第一隔膜阀(3)和所述气动阀(2)并联。

3.根据权利要求1-2任一项所述的一种燃料电池电站氢气稳压控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.氢气供应设备开始供应氢气；

S2.开启减压阀(6)；

S3.检测三通电动阀(5)进气端空气压力；

S4.根据三通电动阀(5)进气端的空气压力调整三通电动阀(5)的进气端开度；

S5.打开针阀(1)；

S6.将三通电动阀(5)的两出气端与第一隔膜阀(3)和第二隔膜阀(4)的气控端导通；

S7.打开气动阀(2)；

S8.检测稳压控制系统出气端氢气压力是否达到预设值；

S9.若稳压控制系统出气端氢气压力未达到预设值，则通过调整三通电动阀(5)的出气端气流量进而调整第一隔膜阀(3)和第二隔膜阀(4)的开度。

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