CN215771232U - 一种燃料电池电压控制系统及燃料电池系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种燃料电池电压控制系统及燃料电池系统，涉及燃料电池技术领域。该燃料电池电压控制系统包括燃料电池模块、空气过滤器、氧浓度传感器、流量计、空压机、中冷器、压力调节阀、阴极废气循环流量控制阀、电压监控模块、催化燃烧器和控制器，压力调节阀、阴极废气循环流量控制阀、催化燃烧器、流量计、空压机和中冷器依次连接，电压监控模块设置在燃料电池模块上，氧浓度传感器设置在催化燃烧器和流量计之间的管路上，控制器与流量计、氧浓度传感器、空压机和阴极废气循环流量控制阀均通信连接。本实用新型可以使燃料电池输出功率维持在较低水平，维持燃料电池在低输出功率下的性能并提高燃料电池的耐久性。

Description

一种燃料电池电压控制系统及燃料电池系统

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池电压控制系统及燃料电池系统。

背景技术

在包含有燃料电池组成的的电力系统中，由于电力系统整体能量匹配和负载动态变化的原因，存在短暂的或长时间电负荷要求极小的情况。在此种情况下，会要求燃料电池系统维持在零净输出功率的水平，燃料电池系统效率在较高范围内，且能保持平稳运行。

若外部电负荷在趋近于零和正常状态之间频繁切换时，燃料电池系统也随之进行关机和开机运行操作，会造成燃料电池频繁开关机，由此会造成燃料电池在开路电压和正常工作电压之间循环，加剧燃料电池催化剂的劣化，造成燃料电池系统的输出性能和耐久性能下降。因此在电负荷要求极小的时候，希望燃料电池系统可以保持持续运行而不关机，此种情况下燃料电池的电压需要维持在适当的范围内，燃料电池系统的能量消耗和输出功率也要维持在极低的水平。

专利CN105609837涉及一种电源系统及燃料电池的电压控制方法，该燃料电池的电压控制方法包括：在低负载状态时，切断燃料电池与负载的电连接；在将电连接的切断期间，以预先设定的条件向所述燃料电池供给氧；以所述预先设定的条件向所述燃料电池供给了氧之后，检测所述燃料电池的开路电压；在所述开路电压比目标电压高第一值以上时，减少向所述燃料电池供给的氧量；在所述开路电压比所述目标电压低第二值以上时，增加向所述燃料电池供给的氧量；及在所述开路电压小于所述目标电压与所述第一值之和且大于从所述目标电压减去所述第二值所得到的值时，维持向所述燃料电池供给的氧量。但是，本实用新型存在以下技术问题：1）燃料电池系统难以维持输出电压在合理范围的同时处于低电流和低输出功率的运行状态。2）燃料电池长时间维持在低输出功率会对催化剂造成严重损伤，降低燃料电池的寿命。3）目前控制燃料电池的电压在合理范围的同时较难实现维持燃料电池的低功率输出状态。

因此，亟需提供一种燃料电池电压控制系统及燃料电池系统，以解决现有技术中存在的上述技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种燃料电池电压控制系统及燃料电池系统，可以使燃料电池输出功率维持在较低水平，同时燃料电池电堆的电压控制在要求的合理范围内，维持燃料电池在低输出功率下的性能并提高燃料电池在此种情况下的耐久性。

为实现上述目的，提供以下技术方案：

本实用新型提供了一种燃料电池电压控制系统，包括燃料电池模块、空气过滤器、氧浓度传感器、流量计、空压机、中冷器、压力调节阀、阴极废气循环流量控制阀、电压监控模块、催化燃烧器和控制器，所述压力调节阀、阴极废气循环流量控制阀、催化燃烧器、流量计、空压机和中冷器依次连接在自所述燃料电池模块的阴极出口至所述燃料电池模块的阴极入口的循环管路上，所述电压监控模块设置在所述燃料电池模块上用于监测所述燃料电池模块的电压，所述氧浓度传感器设置在所述催化燃烧器和所述流量计之间的管路上，所述控制器与所述流量计、氧浓度传感器、空压机和阴极废气循环流量控制阀均通信连接。

进一步地，所述燃料电池电压控制系统还包括氢气流量控制阀，所述氢气流量控制阀设置在氢气输送管路上，所述氢气输送管路通入所述催化燃烧器内。

进一步地，所述燃料电池电压控制系统还包括储氢装置，所述储氢装置通过所述氢气输送管路输送至所述催化燃烧器。

进一步地，所述燃料电池电压控制系统还包括空气过滤器，所述空气过滤器设置在所述流量计之前的进气管路上。

进一步地，所述压力调节阀之后设置有出口管路，用于排出废气。

进一步地，所述出口管路上设置有尾排阀。

进一步地，所述燃料电池电压控制系统的控制方法包括以下步骤：

S100：检测燃料电池电压，判断燃料电池电压是否低于目标值，若是，则重复S100，若否，则进入S200；

S200：开启电压控制打开阴极废气循环流量控制阀和氢气流量控制阀；

S300：当空压机入口的氧浓度和流量达到目标值后，判断燃料电池输出电压是否达到目标值范围，若是，则结束，若否，则进入S200。

进一步地，S200的具体方法为：通过打开阴极废气循环流量控制阀和氢气流量控制阀，使得一定量的阴极废气和氢气进入催化燃烧装置，两者在催化燃烧装置内混合反应后，形成氧浓度较低的混合气体引入空压机入口。

进一步地，S300的具体方法为：控制器通过氧浓度传感器和空压机入口处的流量计监测空压机入口的氧浓度和流量，之后通过调节阴极废气循环流量控制阀和氢气流量控制阀，使得空压机入口的氧浓度和流量达到目标值，之后判断燃料电池输出电压是否达到目标值范围。

本实用新型还提供了一种燃料电池系统，包括以上任一项技术方案所述的燃料电池电压控制系统。

与现有技术相比，本实用新型提供的燃料电池电压控制系统及其控制方法及燃料电池系统，使得外部电负荷趋近于零的情况下使得燃料电池输出功率维持在较低水平，同时燃料电池电堆的电压控制在要求的合理范围内，维持燃料电池在低输出功率下的性能并提高燃料电池在此种情况下的耐久性。本实用新型可以有效控制燃料电池电堆的电压，避免高电位对电堆催化剂造成损伤，可以使低电流下入堆空气维持在低氧浓度、高湿度和合理的流量水平，有利于燃料电池在低功率输出条件下稳定运行，可以使燃料电池长期维持在较低的净输出水平，适应外部电负荷需求。

提供实用新型内容部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。实用新型内容部分无意标识本公开的重要特征或必要特征，也无意限制本公开的范围。

附图说明

通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了本实用新型实施例的燃料电池电压控制系统的结构示意图；

图2示出了本实用新型实施例的燃料电池电压控制系统的控制方法的流程图。

附图标记：

1-燃料电池模块；2-空气过滤器；3-氧浓度传感器；4-流量计；5-空压机；6-中冷器；7-压力调节阀；8-阴极废气循环流量控制阀；9-电压监控模块；10-催化燃烧器；11-氢气流量控制阀；12-控制器。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。

如图1所示，本实施例提供了一种燃料电池电压控制系统，包括燃料电池模块1、空气过滤器2、氧浓度传感器2、流量计4、空压机5、中冷器6、压力调节阀7、阴极废气循环流量控制阀8、电压监控模块9、催化燃烧器10和控制器12，压力调节阀7、阴极废气循环流量控制阀8、催化燃烧器10、流量计4、空压机5和中冷器6依次连接在自燃料电池模块1的阴极出口至燃料电池模块1的阴极入口的循环管路上，电压监控模块9设置在燃料电池模块1上用于监测燃料电池模块1的电压，氧浓度传感器2设置在催化燃烧器10和流量计4之间的管路上，控制器12与流量计4、氧浓度传感器2、空压机5和阴极废气循环流量控制阀8均通信连接。

进一步地，本实施例的燃料电池电压控制系统还包括氢气流量控制阀11，氢气流量控制阀11设置在氢气输送管路上，氢气输送管路通入催化燃烧器10内，能够便于控制氢气通入量，调节氧气浓度。更进一步地，本实施例的燃料电池电压控制系统还包括储氢装置，储氢装置通过氢气输送管路输送至催化燃烧器10。

优选地，本实施例的燃料电池电压控制系统还包括空气过滤器2，空气过滤器2设置在流量计4之前的进气管路上，空气过滤器2能够过滤通入燃料电池系统的空气。

可选地，压力调节阀7之后设置有出口管路，用于排出废气。具体地，出口管路上设置有尾排阀，便于将废弃排出管路。

如图2所示，本实施例还提供了一种上述燃料电池电压控制系统的控制方法，包括以下步骤：

S100：开始；

S200：检测燃料电池电压，判断燃料电池电压是否低于目标值，若是，则重复进行S200，即重复进行检测燃料电池电压，若否，则进入S300，具体地，燃料电池系统接收到控制器12命令进入低功率输出状态后开始检测燃料电池电压；

S300：开启电压控制打开阴极废气循环流量控制阀8和氢气流量控制阀11，使得一定量的阴极废气和氢气进入催化燃烧装置，两者在催化燃烧装置内混合反应后，形成氧浓度较低的混合气体引入空压机5入口；

S400：当空压机5入口的氧浓度和流量达到目标值后，判断燃料电池输出电压是否达到目标值范围，若是，则进入S500，若否，则进入S300，具体地，燃料电池运行在目标电流下，获取该电流下燃料电池输出目标电压对应的氧浓度和空压机5入口流量，具体地，控制器12通过氧浓度传感器2和空压机5入口处的流量计4监测空压机5入口的氧浓度和流量，之后通过调节阴极废气循环流量控制阀8和氢气流量控制阀11，使得空压机5入口的氧浓度和流量达到目标值，之后判断燃料电池输出电压是否达到目标值范围；

S500：结束。

本实施例还提供了一种燃料电池系统，包括上述燃料电池电压控制系统。

本实施例提供的燃料电池电压控制系统及其控制方法及燃料电池系统，使得外部电负荷趋近于零的情况下使得燃料电池输出功率维持在较低水平，同时燃料电池电堆的电压控制在要求的合理范围内，维持燃料电池在低输出功率下的性能并提高燃料电池在此种情况下的耐久性。本实施例可以有效控制燃料电池电堆的电压，避免高电位对电堆催化剂造成损伤，可以使低电流下入堆空气维持在低氧浓度、高湿度和合理的流量水平，有利于燃料电池在低功率输出条件下稳定运行，可以使燃料电池长期维持在较低的净输出水平，适应外部电负荷需求。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (7)

1.一种燃料电池电压控制系统，其特征在于，包括燃料电池模块（1）、空气过滤器（2）、氧浓度传感器（3）、流量计（4）、空压机（5）、中冷器（6）、压力调节阀（7）、阴极废气循环流量控制阀（8）、电压监控模块（9）、催化燃烧器（10）和控制器（12），所述压力调节阀（7）、阴极废气循环流量控制阀（8）、催化燃烧器（10）、流量计（4）、空压机（5）和中冷器（6）依次连接在自所述燃料电池模块（1）的阴极出口至所述燃料电池模块（1）的阴极入口的循环管路上，所述电压监控模块（9）设置在所述燃料电池模块（1）上用于监测所述燃料电池模块（1）的电压，所述氧浓度传感器（3）设置在所述催化燃烧器（10）和所述流量计（4）之间的管路上，所述控制器（12）与所述流量计（4）、氧浓度传感器（3）、空压机（5）和阴极废气循环流量控制阀（8）均通信连接。

2.根据权利要求1所述的燃料电池电压控制系统，其特征在于，还包括氢气流量控制阀（11），所述氢气流量控制阀（11）设置在氢气输送管路上，所述氢气输送管路通入所述催化燃烧器（10）内。

3.根据权利要求2所述的燃料电池电压控制系统，其特征在于，还包括储氢装置，所述储氢装置通过所述氢气输送管路输送至所述催化燃烧器（10）。

4.根据权利要求1所述的燃料电池电压控制系统，其特征在于，还包括空气过滤器（2），所述空气过滤器（2）设置在所述流量计（4）之前的进气管路上。

5.根据权利要求1所述的燃料电池电压控制系统，其特征在于，所述压力调节阀（7）之后设置有出口管路，用于排出废气。

6.根据权利要求5所述的燃料电池电压控制系统，其特征在于，所述出口管路上设置有尾排阀。

7.一种燃料电池系统，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的燃料电池电压控制系统。

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