CN117199429A - 一种低压氢源的燃料电池系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低压氢源的燃料电池系统，包括：燃料电池电堆、氢泵、空气泵、水泵、散热器、氢进气阀组、分水器、节流阀和单向阀。所述空气泵入口端与大气环境相通，空气泵出口端与燃料电池电堆空气入口端相连接，燃料电池电堆的空气出口端与节流阀相连接，所述水泵的入口端与散热器的出口端相连接，所述水泵的出口端与燃料电池电堆冷却液入口端相连接，所述燃料电池电堆冷却液出口端与散热器入口端相连接。因此该系统具有如下优势：在燃料电池系统中，不采用高压氢瓶情况下，可采用低压氢源满足燃料电池系统供氢要求；该系统有利于实现不同氢源的系统匹配。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池控制技术领域，尤其涉及一种低压氢源的燃料电池系统。
背景技术
氢燃料电池是一种以氢气和氧气为原料进行电化学反应生成水、同时将化学能转化成电能的电化学发电装置，具有能量转化效率高、环境友好、结构简单、操作方便等优点。
燃料电池系统需要在一定压力工况下工作，因此需要在氢进气阀组前具有一定的压力条件，才能配合引射器，形成完整的燃料电池系统，目前，燃料电池系统一般采用高压氢瓶作为燃料电池系统氢源，但高压氢源存在加注困难，同时高压氢带有安全隐患，气瓶的体积较大，会使整套系统的比功率降低，并且在使用中氢气瓶需要留存一定压力的气体，导致气源存在一定的浪费，减少系统运行时间。
发明内容
根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种低压氢源的燃料电池系统，包括：燃料电池电堆、氢泵、空气泵、水泵、散热器、氢进气阀组、分水器、节流阀和单向阀。所述空气泵入口端与大气环境相通，空气泵出口端与燃料电池电堆空气入口端相连接，燃料电池电堆的空气出口端与节流阀相连接，所述水泵的入口端与散热器的出口端相连接，所述水泵的出口端与燃料电池电堆冷却液入口端相连接，所述燃料电池电堆冷却液出口端与散热器入口端相连接。
所述氢进气阀组包括进气入口、回流引射口和喷射口，所述氢进气阀组的进气入口通过缓冲罐与氢泵的出口端相连接，氢进气阀组的喷射口与燃料电池电堆的氢气入口端相连接，所述燃料电池电堆的氢气出口端与分水器相连接，所述分水器的出气口与单向阀的入口端相连接，所述单向阀的出口端与所述氢进气阀组的回流引射口相连接、从而形成一套完整的燃料电池系统；
所述氢泵包括低压侧入口和高压侧出口，所述低压侧入口与氢源相通，所述氢泵的低压侧出口与循环泵相连接、使低压氢进行循环，所述氢泵的高压侧出口与氢进气阀组的入口端相连接。
所述分水器具有进气口、出气口和出水口，其中出气口位于进气口的上方，出水口位于进气口的下方，所述分水器内设有气水分离的滤芯和液位传感器，所述滤芯用于将进入分水器的气体内的水分离至出水口，所述液位传感器用于判定分水器内的液位高度并及时从出水口排出，所述分水器的排水口设置有排水阀，通过控制排水阀从而将分水器出水口的水排出。
当低压氢源通入氢泵入口中，采用循环泵使低压氢气进行循环，通过在氢泵两端施加电压，通过控制氢泵出口端的压力使之保持稳定、并通入缓冲罐中，使缓冲罐保持稳定的压力，从而得到完整的低压氢源系统。
所述空气泵将一定流量的新鲜空气泵入燃料电池电堆中，该空气化学计量比为2-5倍。
所述氢泵入口压力为0.1-5bar，出口压力为10-30bar。
所述燃料电池电堆(1)运行压力为0.2～0.5bar。
该燃料电池系统的电堆冷却液出口温度为50-70℃。
由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种低压氢源的燃料电池系统，该系统通过电化学方式将低压氢源升压并提供到氢气供给侧，实现低压氢源在燃料电池系统中的使用，具体说是在燃料电池系统运行中，通过电化学氢泵将氢气升压，实现低压氢源配套的燃料电池系统，因此该系统具有如下优势：在燃料电池系统中，不采用高压氢瓶情况下，可采用低压氢源满足燃料电池系统供氢要求；该系统有利于实现不同氢源的系统匹配。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，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为本发明一种低压氢源的燃料电池系统
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：
如图1所示的一种低压氢源的燃料电池系统，包括燃料电池电堆1、氢泵2、空气泵3、水泵4、散热器9、氢进气阀组5、分水器6、节流阀7和单向阀8。其中空气泵3入口与大气环境相通，空气泵3出口与燃料电池电堆1的空气入口相连接，燃料电池电堆1的空气出口与节流阀7相连接。水泵4的入口与散热器9的出口相连接，水泵4的出口与燃料电池电堆1冷却液入口相连接，燃料电池电堆1的冷却液出口与散热器9的入口相连接。所述氢进气阀5组包括进气入口、回流引射口和喷射口，氢进气阀组5的进气入口与氢泵2出口相连接，氢进气阀组5的喷射口与燃料电池电堆1的氢气入口相连接，燃料电池电堆1的氢气出口与分水器6相连接。
进一步的，所述氢泵2包含低压侧进出口和高压侧出口，低压侧入口与氢源连接，低压侧出口与循环泵11连接，使低压氢进行循环，高压侧出口与氢进气阀组5的入口端相连接。
进一步的，所述分水器6具有进气口、出气口和出水口，所述出气口位于所述进气口的上方，所述出水口位于所述进气口的下方，所述分水器6内设有气水分离的滤芯和液位传感器，所述滤芯用于将进入分水器的气体内的水分离至所述出水口，所述液位传感器用于判定分水器内的液位高度，并及时从所述出水口排出，所述排水口设置有排水阀，通过控制排水阀从而将出水口的水排出，所述分水器6的出气口与单向阀8的入口相连接，单向阀8出口与所述氢进气阀组5的回流引射口相连接，从而形成一套完整的燃料电池系统。
进一步的，低压氢源通入氢泵2入口中，采用循环泵11使低压氢气进行循环，通过锂离子电池在氢泵2两端施加电压，通过控制氢泵2出口端的压力，使之保持稳定，并通入缓冲罐10中，使缓冲罐10保持稳定的压力，缓冲罐10与氢进气阀组5相连接，并满足引射器进气压力要求，从而得到完整的低压氢源系统。
进一步的，空气泵将一定流量的新鲜空气泵入燃料电池电堆中，该空气化学计量比为2-5倍。
进一步的，氢泵入口压力为0.1-5bar，出口压力为10-30bar。
进一步的，燃料电池电堆运行压力为0.2-0.5bar。
进一步的，该燃料电池系统的电堆冷却液出口温度约为50-70℃。
实施例
采用110节燃料电池电堆，通过空气泵送风方式，为燃料电池阴极入口提供空气，空气流量计量比约为2.5倍，空气绝压约为1.4bar，氢源压力为1bar，通过氢泵升压后达到6bar，氢泵功耗约为500W，通入进气阀组中，控制燃料电池电堆氢压约为1.6bar，燃料电池电堆冷却液出口温度约为50℃，此时，燃料电池电压约为83V，功率约为3.3kW，从而可以看到，采取低压氢源仍可以实现燃料电池系统的运行。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种低压氢源的燃料电池系统，其特征在于包括：燃料电池电堆(1)、氢泵(2)、空气泵(3)、水泵(4)、散热器(9)、氢进气阀组(5)、分水器(6)、节流阀(7)和单向阀(8)；
所述空气泵(3)入口端与大气环境相通，空气泵(3)出口端与燃料电池电堆(1)空气入口端相连接，燃料电池电堆(1)的空气出口端与节流阀(7)相连接，所述水泵(4)的入口端与散热器(9)的出口端相连接，所述水泵(4)的出口端与燃料电池电堆(1)冷却液入口端相连接，所述燃料电池电堆(1)冷却液出口端与散热器(9)入口端相连接；
所述氢进气阀组(5)包括进气入口、回流引射口和喷射口，所述氢进气阀组(5)的进气入口通过缓冲罐(10)与氢泵(2)的出口端相连接，氢进气阀组(5)的喷射口与燃料电池电堆(1)的氢气入口端相连接，所述燃料电池电堆(1)的氢气出口端与分水器(6)相连接，所述分水器(6)的出气口与单向阀(8)的入口端相连接，所述单向阀(8)的出口端与所述氢进气阀组(5)的回流引射口相连接、从而形成一套完整的燃料电池系统；
所述氢泵(2)包括低压侧入口和高压侧出口，所述低压侧入口与氢源相通，所述氢泵(2)的低压侧出口与循环泵(11)相连接、使低压氢进行循环，所述氢泵(2)的高压侧出口与氢进气阀组(5)的入口端相连接。
2.根据权利要求1所述的一种低压氢源的燃料电池系统，其特征在于：所述分水器(6)具有进气口、出气口和出水口，其中出气口位于进气口的上方，出水口位于进气口的下方，所述分水器(6)内设有气水分离的滤芯和液位传感器，所述滤芯用于将进入分水器的气体内的水分离至出水口，所述液位传感器用于判定分水器内的液位高度并及时从出水口排出，所述分水器(6)的排水口设置有排水阀，通过控制排水阀从而将分水器(6)出水口的水排出。
3.根据权利要求1所述的一种低压氢源的燃料电池系统，其特征在于：当低压氢源通入氢泵(2)入口中，采用循环泵(11)使低压氢气进行循环，通过在氢泵(2)两端施加电压，通过控制氢泵(2)出口端的压力使之保持稳定、并通入缓冲罐(10)中，使缓冲罐(10)保持稳定的压力，从而得到完整的低压氢源系统。
4.根据权利要求1所述的一种低压氢源的燃料电池系统，其特征在于：所述空气泵(3)将一定流量的新鲜空气泵入燃料电池电堆(1)中，该空气化学计量比为2-5倍。
5.根据权利要求1所述的一种低压氢源的燃料电池系统，其特征在于：所述氢泵入口压力为0.1-5bar，出口压力为10-30bar。
6.根据权利要求1所述的一种低压氢源的燃料电池系统，其特征在于：所述燃料电池电堆(1)运行压力为0.2～0.5bar。
7.根据权利要求1所述的一种低压氢源的燃料电池系统，其特征在于：该燃料电池系统的电堆冷却液出口温度为50-70℃。
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| CN118888789A (zh) * | 2024-09-27 | 2024-11-01 | 深圳市氢蓝时代动力科技有限公司 | 氢燃料电池的供氢系统、控制方法及设备 |
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