一种高效的燃料流量及压力可控的燃料电池电源系统技术方案

本实用新型专利技术为一种高效的燃料流量及压力可控的燃料电池电源系统，其包括燃料电堆模块和与所述燃料电堆模块连接的氢气回路、空气回路、电堆冷却回路及负载，所述氢气回路上设有氢气背压控制阀及氢气增湿器，所述氢气背压控制阀与所述氢气增湿器连接，所述空气回路上设有空气背压控制阀及空气增湿器，所述空气背压控制阀与所述空气增湿器连接。与现有技术相比，本实用新型专利技术通过背压处理，能够根据实际负载需求对系统燃料供给流量进行控制，提高了燃料的利用率，节约了成本，通过同时对氢气回路和空气回路的增湿保证了质子交换膜在低电流密度下有足够的湿度，从而提高了质子交换膜的质子传导率，并且延长了质子交换膜的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种燃料电池电源系统，尤其涉及一种高效的燃料流量及压力可控的燃料电池电源系统。
技术介绍
为保护环境，减少大气污染，解决当前的全球能源危机，科学家们正在寻找一种新型的能源技术来代替传统的化石燃料。以氢气和氧气为燃料的质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell，英文简称PEMFC)具有工作温度低、启动快、此功率高、结构简单、操作方便等优点，因此受到了越来越多的关注。目前，PEMFC在交通、通讯等领域均有一定的应用。PEMFC以氢气与氧气为反应物，氢气在催化剂的作用下解离成氢离子，即质子，并释放出电子。氢离子穿过电解质膜到达阴极，实现质子导电。电子则通过外电路到达阴极，而阴极的氧气与氢离子和电子发生电化学反应生成水，整个过程的产物有水、电能和热能。其反应过程如下列方程式表示：阳极(负极)：H2→2H++2e阴极(正极)：1/2O2+2H++2e→H2O电池反应：H2+1/2O2→H2O燃料的压力不仅影响化学反应中的吉布斯自由能，进而直接影响到燃料电池的效率极限，还和气体扩散以及燃料电池内部排水有关，而且燃料压力的波动会使质子交换膜受损，因此在电堆的运行过程中燃料的压力应当控制在一个固定的值。同时，在不同负载电流下燃料的消耗量不同，所以应根据实际的负载的需求合理调整燃料的流量，以使得燃料的利用率最大。因此，为提高燃料电池电堆发电功率、发电效率及使用寿命，燃料电池系统应对燃料的流量及压力进行精确而稳定的控制。与此同时，在低电流密度下电堆产生的水分较少，质子交换膜的湿度难以得到保证，影响了质子交换膜的质子传导率，进而降低了电堆的工作性能和质子交换膜的寿命，所以燃料在进入电堆前应具有一定的湿度。因此，有必要提供一种高效的燃料流量及压力可控的燃料电池电源系统来解决上述问题。
技术实现思路
本技术的主要目的在于提供一种燃料利用率高、寿命长的高效的燃料流量及压力可控的燃料电池电源系统。本技术通过如下技术方案实现上述目的：一种高效的燃料流量及压力可控的燃料电池电源系统，其包括燃料电堆模块和与所述燃料电堆模块连接的氢气回路、空气回路、电堆冷却回路及负载，所述氢气回路上设有氢气背压控制阀及氢气增湿器，所述氢气背压控制阀与所述氢气增湿器连接，所述空气回路上设有空气背压控制阀及空气增湿器，所述空气背压控制阀与所述空气增湿器连接。与现有技术相此，本技术高效的燃料流量及压力可控的燃料电池电源系统的有益效果在于：本技术高效的燃料流量及压力可控的燃料电池电源系统通过背压处理，能够根据实际负载需求对系统燃料供给流量进行控制，通过对氢气回路和空气回路的增湿保证了质子交换膜在低电流密度下有足够的湿度。【附图说明】图1为本技术高效的燃料流量及压力可控的燃料电池电源系统的结构示意图。图2为图1中氢气回路的结构示意图。图3为图1中空气回路的结构示意图。图4为图1中电堆冷却回路的结构示意图。附图中各部件的标记如下：1、燃料电堆模块，2、氢气回路，3、空气回路，4、电堆冷却回路，5、负载，6、氢气气源，7、氢气减压阀，8、氢气过滤器，9、氢气流量控制阀，10、氢气增湿器，11、氢进电磁阀，12、氢排电磁阀，13、氢气背压控制阀，14、氢气泄压电磁阀，15、氢气气液分离器，16、排水电磁阀，17、氢气循环泵，18、单向阀，19、氧气气源，20、空气过滤器，21、空气增湿器，22、空进电磁阀，23、空排电磁阀，24、空气背压控制阀，25、空气泄压电磁阀，26、水箱，27、第一电磁阀，28、第二电磁阀，29、去离子水处理装置，30、第三电磁阀，31、水泵，32、液体流量计，33、散热装置，34、水质监测仪，201、第一管道，202、第二管道，203、第三管道，204、第四管道，305、第五管道，306、第六管道，307、第七管道，308、第八管道，409、第九管道，410、第十管道。【具体实施方式】请参照图1-4所示，本技术一种高效的燃料流量及压力可控的燃料电池电源系统，其包括燃料电堆模块1和与所述燃料电堆模块1连接的氢气回路2、空气回路3、电堆冷却回路4及负载5。氢气回路2包括第一管道201，所述第一管道201的一端连接有供应氢气的氢气气源6，所述第一管道201的另一端有两路分支，一路为第二管道202，另一路为第三管道303，氢气经过所述第一管道201分别输送至所述第二管道202和所述第三管道203，所述第二管道202与所述第三管道203形成第一连接点P，所述氢气气源6与所述第一连接点P之间按氢气流向依次串联有氢气减压阀7和氢气过滤器8，所述第二管道202上按氢气流向依次串联有氢气流量控制阀9、氢气增湿器10、氢进电磁阀11和氢排电磁阀12，所述氢排电磁阀12与所述氢气增湿器10连接，所述燃料电堆模1块位于氢进电磁阀11与所述氢排电磁阀12之间，所述第三管道203的末端与所述第一管道201连接形成第二连接点Q，所述第二连接点Q位于所述氢气过滤器8与所述第一连接点P之间，所述第三管道203上按氢气流向依次串联有氢气背压控制阀13、氢气气液分离器15、氢气循环泵17、单向阀18，所述氢气背压控制阀13上设有第四管道204，所述第四管道204上设有氢气泄压电磁阀14，所述氢气增湿器10与所述第四管道204连接，形成第三连接点R，所述第三连接点R位于所述氢气背压控制阀13与所述氢气泄压电磁阀14之间，所述氢气气液分离器15的末端连接有排水电磁阀16，所述氢气流量控制阀9为质量流量控制器或此例阀或伺服阀，所述氢气增湿器10为膜增湿器或焓轮增湿器，所述氢气背压控制阀13为比例阀或开度可调节的阀门，所述的氢气泄压电磁阀14为安全阀或泄压阀或电磁阀。氢气回路的工作原理为：氢气从氢气气源6流出，进入第一管道201，经过氢气减压阀7和氢气过滤器8后在第一连接点P分为两路，一路进入第二管道202，先通过氢气流量控制阀9，再进入氢气增湿器10进行增湿，再通过氢进电磁阀11进入燃料电堆模块1与氧气发生反应后，尾排氢气经过氢排电磁阀12进入氢气增湿器10用于增湿干燥的氢气，另一路进入第三管道203，进入氢气背压控制阀24后，在第四管道204上的第三连接点R处遇到从氢气增湿器10中排出的氢气尾气后，相当于对尾气进行了“气堵”，因而燃料电堆模块1的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高效的燃料流量及压力可控的燃料电池电源系统，其包括燃料电堆模块和与所述燃料电堆模块连接的氢气回路、空气回路、电堆冷却回路及负载，其特征在于：所述氢气回路上设有氢气背压控制阀及氢气增湿器，所述氢气背压控制阀与所述氢气增湿器连接，所述空气回路上设有空气背压控制阀及空气增湿器，所述空气背压控制阀与所述空气增湿器连接。

【技术特征摘要】
1.一种高效的燃料流量及压力可控的燃料电池电源系统，其包括燃料
电堆模块和与所述燃料电堆模块连接的氢气回路、空气回路、电堆冷却回
路及负载，其特征在于：所述氢气回路上设有氢气背压控制阀及氢气增湿
器，所述氢气背压控制阀与所述氢气增湿器连接，所述空气回路上设有空
气背压控制阀及空气增湿器，所述空气背压控制阀与所述空气增湿器连接。
2.如权利要求1所述的高效的燃料流量及压力可控的燃料电池电源系
统，其特征在于：所述电堆冷却回路上设有用于对水进行去离子化的去离
子水处理装置。
3.如权利要求1所述的高效的燃料流量及压力可控的燃料电池电源系
统，其特征在于：所述氢气回路包括第一管道，所述第一管道的一端连接
有供应氢气的氢气气源，所述第一管道的另一端有两路分支，一路为第二
管道，另一路为第三管道，氢气经过所述第一管道分别输送至所述第二管
道和所述第三管道，所述第二管道与所述第三管道形成第一连接点，所述
氢气气源与所述第一连接点之间按氢气流向依次串联有氢气减压阀和氢气
过滤器，所述第二管道上按氢气流向依次串联有氢气流量控制阀、氢气增
湿器、氢进电磁阀和氢排电磁阀，所述氢排电磁阀与所述氢气增湿器连接，
所述燃料电堆模块位于氢进电磁阀与所述氢排电磁阀之间，所述第三管道
的末端与所述第一管道连接形成第二连接点，所述第二连接点位于所述氢
气过滤器与所述第一连接点之间，所述第三管道上按氢气流向依次串联有
氢气背压控制阀、氢气气液分离器、氢气循环泵、单向阀，所述氢气背压
控制阀上设有第四管道，所述第四管道上设有氢气泄压电磁阀，所述氢气
增湿器与所述第四管道连接，形成第三连接点，所述第三连接点位于所述
氢气背压控制阀与所述氢气泄压电磁阀之间。
4.如权利要求3所述的高效的燃料流量及压力可控的燃料电池电源系
统，其特征在于：所述氢气气液分离器的末端连接有排水电磁阀。
5.如权利要求1所述的高效的燃料...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾荣鑫，杨凤银，张超，靳宏建，管俊生，
申请(专利权)人：昆山弗尔赛能源有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32