CN116207307B - 燃料电池及其压力控制装置及压力控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种燃料电池及其压力控制装置及压力控制方法，涉及燃料电池的技术领域，包括电池电堆、空气输送系统、调节机构和氢气输送系统；滑动密封板能够将储气腔内部形成空气腔体和氢气腔体，通过利用滑动密封板的物理特定，使得电池电堆内的氢气压力和空气压力能够随着空气压力变化进行反馈，以能够利用反馈的信息对应调节电池电堆内的空气氢气压力范围，提高了氢燃料电池的稳定性和使用寿命，降低了氢气压力和流量控制部件的功耗和成本，缓解了现有技术中存在的燃料电池系统故障急停状态下，空气压力与阳极氢气压力差值大，导致阳极与阴极之间的质子交换膜损伤或撕裂，燃料电池系统电堆损坏，以及增加燃料电池的功耗的技术问题。

Description

燃料电池及其压力控制装置及压力控制方法

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其是涉及一种燃料电池及其压力控制装置及压力控制方法。

背景技术

氢燃料电池系统，通过控制氢气压力和空气压力及流量，在质子交换膜的作用下发生化学反应，并输出电能的装置；由于反应生成物只有水，氢气燃料电池系统是一种高效无污染的发电装置。

现有技术中，燃料电池氢气子系统主要由开关阀、比例阀、引射器、氢气循环泵、气液分离器、压力传感器、排水阀和控制器组成，其中开关阀控制氢气进入供氢阀组（供氢阀组由开关阀和比例阀及结构件组成），比例阀控制氢气进气压力，引射器的作用使氢气在燃料电池系统氢气腔内循环，气液分离器起到分离水和氢气的作用，压力传感器采集压力信号传输给控制器，排水阀起到排出水和排气的作用，控制器控制以上被控部件；燃料电池空气子系统主要由空压机、进气组合阀、背压阀控制、压力传感器控制空气压力；根据燃料电池功率需求，确定相应的空气压力和氢气的压力，控制器通过调节比例阀开度来控制氢气压力，通过调节空压机转速和背压开度控制空气压力，使系统在各工况点运行。

但是，当燃料电池系统故障急停，空压机停止工作、背压阀的阀板关闭、进气组合阀关闭、比例阀关闭，电堆停止消耗氢气和氧气，会导致阴极气体在短时间内通过背压阀泄气，阴极压力降至大气压力。由于阳极比例阀关闭，排气阀关闭，电堆停止消耗氢气，阳极维持在系统停机前的工作压力，此时阴极是大气压力，阳极是系统停机前的工作压力，空气压力与阳极氢气压力差值较大，导致阳极与阴极之间的质子交换膜损伤或撕裂，阴极与阳极之间气体窜气，燃料电池系统电堆损坏；另外，氢气压力和流量控制主要采用开关阀、比例阀、氢气循环泵、气液分离器等，这些部件不仅需要低压供电，还需要高压供电，不仅导致系统成本居高不下，还增加了燃料电池系统的功耗。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃料电池及其压力控制装置及压力控制方法，以缓解现有技术中存在的燃料电池系统故障急停状态下，空气压力与阳极氢气压力差值大，导致阳极与阴极之间的质子交换膜损伤或撕裂，阴极与阳极之间气体窜气，燃料电池系统电堆损坏，以及氢气压力和流量控制会增加燃料电池的功耗的技术问题。

本发明提供的一种燃料电池压力控制装置，包括：电池电堆、空气输送系统、调节机构和氢气输送系统；

所述调节机构包括储气主体、滑动密封板和检测主体；所述储气主体具有储气腔，所述滑动密封板位于所述储气腔内部，且所述滑动密封板与所述储气腔内壁滑动密封连接，所述检测主体位于所述储气腔内部；

所述滑动密封板用于将所述储气腔内部形成空气腔体和氢气腔体，所述空气输送系统分别与所述调节机构和所述电池电堆连接，且所述空气输送系统与所述空气腔体连通，所述氢气输送系统通过所述调节机构与所述电池电堆连接，且所述氢气输送系统与所述氢气腔体连通，所述滑动密封板能够在所述空气腔体和所述氢气腔体的压力差作用下沿着所述储气腔的内壁滑动，且所述滑动密封板能够与所述检测主体抵接，以通过所述检测主体反馈所述储气腔内的空气与氢气压力差。

在本发明较佳的实施例中，所述检测主体包括空气侧传感器和氢气侧传感器；

所述空气侧传感器位于所述空气腔体内部，所述氢气侧传感器位于所述氢气腔体内部，所述滑动密封板能够在所述储气腔内部滑动过程分别与所述空气侧传感器或所述氢气侧传感器抵接，以通过所述空气侧传感器反馈所述电池电堆的氢气压力大于空气压力，或，通过所述氢气侧传感器反馈所述电池电堆的空气压力大于氢气压力。

在本发明较佳的实施例中，所述储气腔内部具有空气阈值点和氢气阈值点；

所述储气腔内部的空气氢气压力比与所述电池电堆内的空气氢气压力比相同，所述空气侧传感器位于所述空气阈值点，所述空气阈值点能够反馈所述电池电堆内氢气压力大于空气压力阈值，所述氢气侧传感器位于所述氢气阈值点，所述氢气阈值点能够反馈所述电池电堆内空气压力大于氢气压力阈值。

在本发明较佳的实施例中，所述调节机构还包括平衡弹簧；

所述平衡弹簧位于所述氢气腔体内，且所述平衡弹簧的两端分别与所述滑动密封板和所述储气腔的内壁连接，所述平衡弹簧具有令所述滑动密封板沿着挤压所述氢气腔体的运动趋势，在电池电堆运行过程中，所述空气腔体内的空气压力加所述平衡弹簧的作用力等于所述氢气腔体内的氢气压力，以使所述滑动密封板呈静止状态。

在本发明较佳的实施例中，所述调节机构还包括控制器和第一开关阀；

所述第一开关阀位于所述氢气输送系统和所述调节机构之间，所述氢气输送系统通过所述第一开关阀与所述氢气腔体连通，所述控制器与所述第一开关阀电信号连接；

所述控制器与所述空气侧传感器电信号连接，所述空气侧传感器用于向所述控制器反馈所述电池电堆的氢气压力大于空气压力，所述控制器用于控制所述第一开关阀关闭；或者，所述控制器与所述氢气侧传感器电信号连接，所述氢气侧传感器用于向所述控制器反馈所述电池电堆的空气压力大于氢气压力，所述控制器用于控制所述第一开关阀开启。

在本发明较佳的实施例中，还包括空气背压阀和空气压力传感器；

所述空气压力传感器位于所述空气输送系统与所述电池电堆之间，所述电池电堆具有空气出口，所述空气背压阀与所述空气出口连通，所述控制器分别与所述空气背压阀和所述空气压力传感器电信号连接，所述空气压力传感器用于检测所述电池电堆的入口处的空气压力，并将此空气压力输送至所述控制器处，所述控制器能够对应控制所述空气背压阀的开度范围。

在本发明较佳的实施例中，还包括第二开关阀；

所述电池电堆具有氢气出口，所述第二开关阀与所述氢气出口连通，所述第二开关阀与所述控制器电信号连接，所述控制器能够根据所述电池电堆的运行工况对应控制所述第二开关阀的开阀频次。

在本发明较佳的实施例中，所述空气输送系统包括空压机、第一三通阀和第二三通阀；

所述空压机与所述第一三通阀连通，所述第一三通阀与所述电池电堆连通，所述第一三通阀能够将所述空压机输送的压缩空气输送至所述电池电堆内部；

所述第二三通阀与所述空气背压阀连通，所述第二三通阀分别与所述第一三通阀和外部管道连通，所述第二三通阀能够将所述电池电堆输出的压缩空气分别回流至所述第一三通阀和外部管道处。

本发明提供的一种基于所述的燃料电池压力控制装置的压力控制方法，包括以下步骤：

在电池电堆未通气工况下，滑动密封板停滞在氢气阈值点位置处，此时第一开关阀处于开启状态；

在电池电堆通气运行工况下，滑动密封板根据空气腔体和氢气腔体内压力处于平衡点位置，此时第一开关阀处于开启状态，电池电堆内部的空气氢气压力通过空气背压阀和第二开关阀形成平衡；

在电池电堆氢气压力上升工况下，滑动密封板滑动至空气阈值点处，关闭第一开关阀，直至滑动密封板与空气阈值点分离后，开启第一开关阀；

在电池电堆氢气压力下降工况下，滑动密封板滑动至氢气阈值点，开启第一开关阀，同步调节空气背压阀的开度。

本发明提供的一种燃料电池，包括所述的燃料电池压力控制装置。

本发明提供的燃料电池压力控制装置，包括：电池电堆、空气输送系统、调节机构和氢气输送系统；调节机构包括储气主体、滑动密封板和检测主体；储气主体具有储气腔，滑动密封板位于储气腔内部，且滑动密封板与储气腔内壁滑动密封连接，检测主体位于储气腔内部；滑动密封板能够将储气腔内部形成空气腔体和氢气腔体，空气输送系统分别与调节机构和电池电堆连接，且空气输送系统与空气腔体连通，氢气输送系统通过调节机构与电池电堆连接，且氢气输送系统与氢气腔体连通，滑动密封板能够在空气腔体和氢气腔体的压力差作用下沿着储气腔的内壁滑动，且滑动密封板能够与检测主体抵接，以通过检测主体反馈储气腔内的空气与氢气压力差；通过利用滑动密封板的物理特定，使得电池电堆内的氢气压力和空气压力能够随着空气压力变化进行反馈，以能够利用反馈的信息对应调节电池电堆内的空气氢气压力范围，提高了氢燃料电池的稳定性和使用寿命，降低了氢气压力和流量控制部件的功耗和成本，缓解了现有技术中存在的燃料电池系统故障急停状态下，空气压力与阳极氢气压力差值大，导致阳极与阴极之间的质子交换膜损伤或撕裂，阴极与阳极之间气体窜气，燃料电池系统电堆损坏，以及氢气压力和流量控制会增加燃料电池的功耗的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的燃料电池压力控制装置的整体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的燃料电池压力控制装置的调节机构的示意图；

图3为本发明实施例提供的燃料电池压力控制装置的控制器的局部放大示意图。

图标：100-电池电堆；101-空气出口；102-氢气出口；200-空气输送系统；201-空压机；202-第一三通阀；203-第二三通阀；300-调节机构；301-储气主体；311-空气腔体；321-氢气腔体；302-滑动密封板；303-检测主体；313-空气侧传感器；323-氢气侧传感器；304-平衡弹簧；305-控制器；306-第一开关阀；400-氢气输送系统；500-空气背压阀；600-空气压力传感器；700-第二开关阀；800-外部管道。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图3所示，本实施例提供的一种燃料电池压力控制装置，包括：电池电堆100、空气输送系统200、调节机构300和氢气输送系统400；调节机构300包括储气主体301、滑动密封板302和检测主体303；储气主体301具有储气腔，滑动密封板302位于储气腔内部，且滑动密封板302与储气腔内壁滑动密封连接，检测主体303位于储气腔内部；滑动密封板302用于将储气腔内部形成空气腔体311和氢气腔体321，空气输送系统200分别与调节机构300和电池电堆100连接，且空气输送系统200与空气腔体311连通，氢气输送系统400通过调节机构300与电池电堆100连接，且氢气输送系统400与氢气腔体321连通，滑动密封板302能够在空气腔体311和氢气腔体321的压力差作用下沿着储气腔的内壁滑动，且滑动密封板302能够与检测主体303抵接，以通过检测主体303反馈储气腔内的空气与氢气压力差。

需要说明的是，本实施例提供的燃料电池压力控制装置能够基于调节机构300的物理特性，反馈得出电池电堆100内质子交换膜两侧的氢气空气压力差，从而能够通过对空气输送系统200和氢气输送系统400的调节，保证电池电堆100内质子交换膜两侧的氢气空气压力差在合理范围内；具体地，空气输送系统200能够向电池电堆100输送压缩空气，氢气输送系统400能够向电池电堆100输送氢气，并且压缩空气和氢气能够在电池电堆100的质子交换膜形成反应，滑动密封板302与储气腔的内壁密封连接，利用滑动密封板302将储气腔分割成独立的两个腔体，分别为空气腔体311和氢气腔体321，其中，空气输送系统200的输出端具有两个出口，其中一个出口向空气腔体311内部输送压缩空气，另一个出口向电池电堆100输送压缩空气，并且空气腔体311内的压缩空气的压力值与电池电堆100内部的压力值相同，氢气输送系统400能够先向氢气腔体321输送氢气，再通过氢气腔体321向电池电堆100输送氢气，滑动密封板302与储气腔的内壁密封连接，滑动密封板302的两个侧面分别接受压缩空气作用力和氢气作用力，在电池电堆100正常运行工况下，滑动密封板302处于平衡点处，当电池电堆100出现故障急停的情况下，当检测主体303检测到滑动密封板302移动到预设的位置后，检测主体303能够在储气腔内部反馈出此时电池电堆100的氢气空气压力差，从而可以根据检测主体303反馈的压力差，进一步对氢气输送系统400和空气系统系统进行对应调节，以实现氢气压力自动跟随空气压力变化而变化，提高了氢燃料电池稳定性和使用寿命。

本实施例提供的燃料电池压力控制装置，包括：电池电堆100、空气输送系统200、调节机构300和氢气输送系统400；调节机构300包括储气主体301、滑动密封板302和检测主体303；储气主体301具有储气腔，滑动密封板302位于储气腔内部，且滑动密封板302与储气腔内壁滑动密封连接，检测主体303位于储气腔内部；滑动密封板302能够将储气腔内部形成空气腔体311和氢气腔体321，空气输送系统200分别与调节机构300和电池电堆100连接，且空气输送系统200与空气腔体311连通，氢气输送系统400通过调节机构300与电池电堆100连接，且氢气输送系统400与氢气腔体321连通，滑动密封板302能够在空气腔体311和氢气腔体321的压力差作用下沿着储气腔的内壁滑动，且滑动密封板302能够与检测主体303抵接，以通过检测主体303反馈储气腔内的空气与氢气压力差；通过利用滑动密封板302的物理特定，使得电池电堆100内的氢气压力和空气压力能够随着空气压力变化进行反馈，以能够利用反馈的信息对应调节电池电堆100内的空气氢气压力范围，提高了氢燃料电池的稳定性和使用寿命，降低了氢气压力和流量控制部件的功耗和成本，缓解了现有技术中存在的燃料电池系统故障急停状态下，空气压力与阳极氢气压力差值大，导致阳极与阴极之间的质子交换膜损伤或撕裂，阴极与阳极之间气体窜气，燃料电池系统电堆损坏，以及氢气压力和流量控制会增加燃料电池的功耗的技术问题。

在上述实施例的基础上，进一步地，在本发明较佳的实施例中，检测主体303包括空气侧传感器313和氢气侧传感器323；空气侧传感器313位于空气腔体311内部，氢气侧传感器323位于氢气腔体321内部，滑动密封板302能够在储气腔内部滑动过程分别与空气侧传感器313或氢气侧传感器323抵接，以通过空气侧传感器313反馈电池电堆100的氢气压力大于空气压力，或，通过氢气侧传感器323反馈电池电堆100的空气压力大于氢气压力。

本实施例中，空气侧传感器313和氢气侧传感器323均可以采用接触传感器，即当滑动密封板302在氢气空气压力差的作用下移动至空气侧传感器313位置或氢气侧传感器323位置时，通过利用空气侧传感器313发出信号反馈电池电堆100的氢气压力大于空气压力，以及利用氢气侧传感器323反馈电池电堆100的空气压力大于氢气压力，通过机械接触方式的进行信号反馈，使得信号输出更加稳定。

在本发明较佳的实施例中，储气腔内部具有空气阈值点和氢气阈值点；储气腔内部的空气氢气压力比与电池电堆100内的空气氢气压力比相同，空气侧传感器313位于空气阈值点，空气阈值点能够反馈电池电堆100内氢气压力大于空气压力阈值，氢气侧传感器323位于氢气阈值点，氢气阈值点能够反馈电池电堆100内空气压力大于氢气压力阈值。

本实施例中，储气腔内部的空气氢气压力比与电池电堆100内的空气氢气压力比相同，电池电堆100在运行过程中，滑动密封板302位于平衡点处，空气侧传感器313位于空气阈值点，氢气侧传感器323位于氢气阈值点，由于电池电堆100内的氢气空气压力差处于动态，即当滑动密封板302在空气阈值点和氢气阈值点之间滑动时，此时滑动密封板302并不会与空气侧传感器313以及氢气侧传感器323发生接触，此时电池电堆100一直处于正常工况运行下，只有当电池电堆100内的氢气空气压力差达到预设的最大值时，滑动密封板302在接触到空气侧传感器313或者氢气侧传感器323时，此时空气侧传感器313或者氢气侧传感器323才会反馈电池电堆100内的氢气空气压力差超出阈值，需要进行干涉调节；需要说明的是，空气压力阈值和氢气压力阈值可以根据电池电堆100的质子交换膜能够接受的最大压力差进行具体确定。

在本发明较佳的实施例中，调节机构300还包括平衡弹簧304；平衡弹簧304位于氢气腔体321内，且平衡弹簧304的两端分别与滑动密封板302和储气腔的内壁连接，平衡弹簧304具有令滑动密封板302沿着挤压氢气腔体321的运动趋势，在电池电堆100运行过程中，空气腔体311内的空气压力加平衡弹簧304的作用力等于氢气腔体321内的氢气压力，以使滑动密封板302呈静止状态。

本实施例中，由于电池电堆100在正常运行过程中，氢气输送系统400的氢气压力大于压缩空气压力，为了保证滑动密封板302在储气腔内的平衡状态，滑动密封板302与平衡弹簧304进行连接，平衡弹簧304可以采用拉力弹簧，平衡弹簧304的选择可以根据氢气压力和空气压力差进行确定，例如：燃料电池系统要求氢气侧压力大于空气侧压力10Kpa，拉力弹簧的拉力要等于10Kpa的压力，也就是0.98牛的拉力，此时滑动密封板302在电池电堆100正常运行工况下处于静止状态；另外，当储气腔内为通入气体时，此时滑动密封板302在平衡弹簧304的作用力下位于氢气阈值点位置处。

在本发明较佳的实施例中，调节机构300还包括控制器305和第一开关阀306；第一开关阀306位于氢气输送系统400和调节机构300之间，氢气输送系统400通过第一开关阀306与氢气腔体321连通，控制器305与第一开关阀306电信号连接；控制器305与空气侧传感器313电信号连接，空气侧传感器313用于向控制器305反馈电池电堆100的氢气压力大于空气压力，控制器305用于控制第一开关阀306关闭；或者，控制器305与氢气侧传感器323电信号连接，氢气侧传感器323用于向控制器305反馈电池电堆100的空气压力大于氢气压力，控制器305用于控制第一开关阀306开启。

可选地，控制器305可以为燃料电池主控制器305（FCU），是燃料电池发动机系统的控制“大脑”，主要实现对燃料电池系统的在线检测、实时控制及故障诊断，确保系统稳定可靠工作，燃料电池主控制器305功能包括气路管理，水热管理，电气管理，通信功能和故障诊断等；另外，控制器305也可以采用单独控制器305，例如：MCU，计算机，PLC控制器305等；举例说明，控制器305可以采用例如型号为STM32F103C8T6的单片机，控制器305也可以采用PLC控制，此处对此不做限定。

本实施例中，第一开关阀306作为氢气输送系统400向电池电堆100输送氢气的控制阀门，第一开关阀306能够在控制器305的控制下进行自动启闭，具体地，当空气侧传感器313向控制器305反馈电池电堆100的氢气压力大于空气压力时，此时控制器305通过控制关闭第一开关阀306，从而降低氢气腔体321内的压力值，直至当滑动密封板302与空气侧传感器313分离后，控制器305控制第一开关阀306再次开启即可；或者，当氢气侧传感器323向控制器305反馈电池电堆100的空气压力大于氢气压力时，此时控制器305能够控制空气输送系统200减小压缩空气，同时将第一开关阀306开启至最大开度。

在本发明较佳的实施例中，还包括空气背压阀500和空气压力传感器600；空气压力传感器600位于空气输送系统200与电池电堆100之间，电池电堆100具有空气出口101，空气背压阀500与空气出口101连通，控制器305分别与空气背压阀500和空气压力传感器600电信号连接，空气压力传感器600用于检测电池电堆100的入口处的空气压力，并将此空气压力输送至控制器305处，控制器305能够对应控制空气背压阀500的开度范围。

本实施例中，空气背压阀500能够将电池电堆100内的压缩空气进行排放，空气压力传感器600能够检测电池电堆100的入口处的空气压力，控制器305预设有空气压力对应程序，控制器305能够根据空气压力传感器600检测到的压缩空气压力值对应调节空气背压阀500的开度；另外，当氢气侧传感器323反馈此时电池电堆100的空气压力大于氢气压力达到最大值时，此时控制器305能够控制空气背压阀500开到最大开度，以能够将电池电堆100内的压缩空气进行及时释放。

在本发明较佳的实施例中，还包括第二开关阀700；电池电堆100具有氢气出口102，第二开关阀700与氢气出口102连通，第二开关阀700与控制器305电信号连接，控制器305能够根据电池电堆100的运行工况对应控制第二开关阀700的开阀频次。

本实施例中，第二开关阀700作为电池电堆100的氢气排放和排水阀门，控制器305预设有电池电堆100的不同工况运行状态，控制器305能够根据电池电堆100的当前工况控制第二开关阀700的开阀频次，以通过第二开关阀700完成排水排气的操作；另外，当空气侧传感器313反馈此时电池电堆100的氢气压力大于空气压力达到最大值时，此时控制器305能够控制第二开关阀700开启，第一开关阀306关闭，以保证电池电堆100内的氢气能够及时释放。

在本发明较佳的实施例中，空气输送系统200包括空压机201、第一三通阀202和第二三通阀203；空压机201与第一三通阀202连通，第一三通阀202与电池电堆100连通，第一三通阀202能够将空压机201输送的压缩空气输送至电池电堆100内部；第二三通阀203与空气背压阀500连通，第二三通阀203分别与第一三通阀202和外部管道800连通，第二三通阀203能够将电池电堆100输出的压缩空气分别回流至第一三通阀202和外部管道800处。

本实施例中，空压机201能够向电池电堆100输送压缩空气，第一三通阀202的具有两个入口端，其中一个入口端能够接收空压机201输送的压缩空气，另一个入口端能够接收第二三通阀203输出的电池电堆100压缩空气，第一三通阀202能够将接收到的压缩空气输送至电池电堆100，第二三通阀203具有一个入口端和两个出口端，入口端能够接收经空气背压阀500输出的压缩空气，其中一个出口端能够将压缩空气回流至第一三通阀202，另一个出口端能够利用外部管道800将压缩空气排出。

本实施例提供的一种基于所述的燃料电池压力控制装置的压力控制方法，包括以下步骤：在电池电堆100未通气工况下，滑动密封板302停滞在氢气阈值点位置处，此时第一开关阀306处于开启状态；在电池电堆100通气运行工况下，滑动密封板302根据空气腔体311和氢气腔体321内压力处于平衡点位置，此时第一开关阀306处于开启状态，电池电堆100内部的空气氢气压力通过空气背压阀500和第二开关阀700形成平衡；在电池电堆100氢气压力上升工况下，滑动密封板302滑动至空气阈值点处，关闭第一开关阀306，直至滑动密封板302与空气阈值点分离后，开启第一开关阀306；在电池电堆100氢气压力下降工况下，滑动密封板302滑动至氢气阈值点，开启第一开关阀306，同步调节空气背压阀500的开度。

本实施例中，通过将电池电堆100划分出不同的运行工况，首先当电池电堆100未通气工况下，此时滑动密封板302与氢气侧传感器323抵接，控制器305能够第一开关阀306处于开启状态；当电池电堆100正常运行工况下，滑动密封板302在氢气腔体321和空气腔体311两侧分别基于氢气空气压力差和平衡弹簧304作用下，处于动态平衡的状态；当空气侧传感器313向控制器305反馈电池电堆100的氢气压力大于空气压力时，此时控制器305通过控制关闭第一开关阀306，从而降低氢气腔体321内的压力值，直至当滑动密封板302与空气侧传感器313分离后，控制器305控制第一开关阀306再次开启即可；当氢气侧传感器323向控制器305反馈电池电堆100的空气压力大于氢气压力时，此时控制器305能够控制空气背压阀500开度为最大开度，同时保证第一开关阀306的开启状态；本实施例主要依靠调节机构300的物理特性，保证氢气压力能够自动跟随空气压力变化而变化，提高了燃料电池的稳定性和使用寿命，降低了氢气压力和流量控制部件的功耗和成本，缓解了现有技术中存在的燃料电池系统故障急停状态下，空气压力与阳极氢气压力差值大，导致阳极与阴极之间的质子交换膜损伤或撕裂，阴极与阳极之间气体窜气，燃料电池系统电堆损坏，以及氢气压力和流量控制会增加燃料电池的功耗的技术问题。

本实施例提供的一种燃料电池，包括所述的燃料电池压力控制装置；由于本实施例提供的燃料电池的技术效果与上述实施例提供的燃料电池压力控制装置的技术效果相同，此处对此不再赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种燃料电池压力控制装置，其特征在于，包括：电池电堆（100）、空气输送系统（200）、调节机构（300）和氢气输送系统（400）；

所述调节机构（300）包括储气主体（301）、滑动密封板（302）和检测主体（303）；所述储气主体（301）具有储气腔，所述滑动密封板（302）位于所述储气腔内部，且所述滑动密封板（302）与所述储气腔内壁滑动密封连接，所述检测主体（303）位于所述储气腔内部；

所述滑动密封板（302）用于将所述储气腔内部形成空气腔体（311）和氢气腔体（321），所述空气输送系统（200）分别与所述调节机构（300）和所述电池电堆（100）连接，且所述空气输送系统（200）与所述空气腔体（311）连通，所述氢气输送系统（400）通过所述调节机构（300）与所述电池电堆（100）连接，且所述氢气输送系统（400）与所述氢气腔体（321）连通，所述滑动密封板（302）能够在所述空气腔体（311）和所述氢气腔体（321）的压力差作用下沿着所述储气腔的内壁滑动，且所述滑动密封板（302）能够与所述检测主体（303）抵接，以通过所述检测主体（303）反馈所述储气腔内的空气与氢气压力差；

所述检测主体（303）包括空气侧传感器（313）和氢气侧传感器（323）；

所述空气侧传感器（313）位于所述空气腔体（311）内部，所述氢气侧传感器（323）位于所述氢气腔体（321）内部，所述空气侧传感器（313）和所述氢气侧传感器（323）均采用接触传感器，所述滑动密封板（302）能够在所述储气腔内部滑动过程分别与所述空气侧传感器（313）或所述氢气侧传感器（323）抵接，以通过所述空气侧传感器（313）反馈所述电池电堆（100）的氢气压力大于空气压力，或，通过所述氢气侧传感器（323）反馈所述电池电堆（100）的空气压力大于氢气压力；

所述储气腔内部具有空气阈值点和氢气阈值点；

所述储气腔内部的空气氢气压力比与所述电池电堆（100）内的空气氢气压力比相同，所述空气侧传感器（313）位于所述空气阈值点，所述空气阈值点能够反馈所述电池电堆（100）内氢气压力大于空气压力阈值，所述氢气侧传感器（323）位于所述氢气阈值点，所述氢气阈值点能够反馈所述电池电堆（100）内空气压力大于氢气压力阈值；

所述调节机构（300）还包括控制器（305）和第一开关阀（306）；

所述第一开关阀（306）位于所述氢气输送系统（400）和所述调节机构（300）之间，所述氢气输送系统（400）通过所述第一开关阀（306）与所述氢气腔体（321）连通，所述控制器（305）与所述第一开关阀（306）电信号连接；

所述控制器（305）与所述空气侧传感器（313）电信号连接，所述空气侧传感器（313）用于向所述控制器（305）反馈所述电池电堆（100）的氢气压力大于空气压力，所述控制器（305）用于控制所述第一开关阀（306）关闭；或者，所述控制器（305）与所述氢气侧传感器（323）电信号连接，所述氢气侧传感器（323）用于向所述控制器（305）反馈所述电池电堆（100）的空气压力大于氢气压力，所述控制器（305）用于控制所述第一开关阀（306）开启。

2.根据权利要求1所述的燃料电池压力控制装置，其特征在于，所述调节机构（300）还包括平衡弹簧（304）；

所述平衡弹簧（304）位于所述氢气腔体（321）内，且所述平衡弹簧（304）的两端分别与所述滑动密封板（302）和所述储气腔的内壁连接，所述平衡弹簧（304）具有令所述滑动密封板（302）沿着挤压所述氢气腔体（321）的运动趋势，在电池电堆（100）运行过程中，所述空气腔体（311）内的空气压力加所述平衡弹簧（304）的作用力等于所述氢气腔体（321）内的氢气压力，以使所述滑动密封板（302）呈静止状态。

3.根据权利要求2所述的燃料电池压力控制装置，其特征在于，还包括空气背压阀（500）和空气压力传感器（600）；

所述空气压力传感器（600）位于所述空气输送系统（200）与所述电池电堆（100）之间，所述电池电堆（100）具有空气出口（101），所述空气背压阀（500）与所述空气出口（101）连通，所述控制器（305）分别与所述空气背压阀（500）和所述空气压力传感器（600）电信号连接，所述空气压力传感器（600）用于检测所述电池电堆（100）的入口处的空气压力，并将此空气压力输送至所述控制器（305）处，所述控制器（305）能够对应控制所述空气背压阀（500）的开度范围。

4.根据权利要求3所述的燃料电池压力控制装置，其特征在于，还包括第二开关阀（700）；

所述电池电堆（100）具有氢气出口（102），所述第二开关阀（700）与所述氢气出口（102）连通，所述第二开关阀（700）与所述控制器（305）电信号连接，所述控制器（305）能够根据所述电池电堆（100）的运行工况对应控制所述第二开关阀（700）的开阀频次。

5. 根据权利要求4所述的燃料电池压力控制装置，其特征在于， 所述空气输送系统（200）包括空压机（201）、第一三通阀（202）和第二三通阀（203）；

所述空压机（201）与所述第一三通阀（202）连通，所述第一三通阀（202）与所述电池电堆（100）连通，所述第一三通阀（202）能够将所述空压机（201）输送的压缩空气输送至所述电池电堆（100）内部；

所述第二三通阀（203）与所述空气背压阀（500）连通，所述第二三通阀（203）分别与所述第一三通阀（202）和外部管道（800）连通，所述第二三通阀（203）能够将所述电池电堆（100）输出的压缩空气分别回流至所述第一三通阀（202）和外部管道（800）处。

6.一种基于如权利要求4-5任一项所述的燃料电池压力控制装置的压力控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

在电池电堆（100）未通气工况下，滑动密封板（302）停滞在氢气阈值点位置处，此时第一开关阀（306）处于开启状态；

在电池电堆（100）通气运行工况下，滑动密封板（302）根据空气腔体（311）和氢气腔体（321）内压力处于平衡点位置，此时第一开关阀（306）处于开启状态，电池电堆（100）内部的空气氢气压力通过空气背压阀（500）和第二开关阀（700）形成平衡；

在电池电堆（100）氢气压力上升工况下，滑动密封板（302）滑动至空气阈值点处，关闭第一开关阀（306），直至滑动密封板（302）与空气阈值点分离后，开启第一开关阀（306）；

在电池电堆（100）氢气压力下降工况下，滑动密封板（302）滑动至氢气阈值点，开启第一开关阀（306），同步调节空气背压阀（500）的开度。

7.一种燃料电池，其特征在于，包括如权利要求1-5任一项所述的燃料电池压力控制装置。