一种车用燃料电池系统及其工作方法技术方案

本发明专利技术公开了一种车用燃料电池系统，包括空气压缩机(1)，储气罐(2)，空气减压阀(3)，空气调节阀(4)，空气流量计(5)，数据接收器(6)，检测装置，燃料电池(10)，氢气流量计(11)，氢气调压阀(12)，氢气减压阀(13)，氢气罐(14)和综合控制装置(15)。检测装置包含一个温度传感器、一个湿度传感器和一个压力传感器。本发明专利技术还公开了该车用燃料电池系统的工作方法。采用本发明专利技术可以使车辆实现纯电动驱动，突破了内燃机燃烧的卡诺循环限制，用燃料的电化学反应替代了燃烧，通过对燃料电池温度、湿度、压力的监控有效实施了燃料电池内部水管理，提高了燃料使用效率和做功能力，消除了燃料燃烧生成的各种污染物，实现了车辆的零排放。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种车用燃料电池系统及其工作方法。
技术介绍
当前节能减排要求日趋严格，节能与环保成为研究的热点，车用燃料电池技术也成为研究的重点。与传统内燃机汽车相比，燃料电池利用氢气作为燃料，车用燃料电池不通过热机过程，不受卡诺循环的限制，具有能量转化效率高、环境友好等内燃机汽车不可比拟的优点，同时仍然可以保持传统内燃机汽车高速度、长距离行驶和安全、舒适等性能。利用燃料电池的车辆被认为是21世纪首选的洁净、高效运输工具。由于车用燃料电池为低温状态工作，必须有水做导体，但水太多容易发生水淹现象。低温运转的燃料电池堆，热量排出很困难。燃料电池需要潮化薄膜和阳极、阴极气体,使质子转移以产生电力，当在冰点以下温度停车时，发生冷启动问题。因此电池内部的水/热管理成为车用燃料电池的技术瓶颈。专利技术专利(ZL2013100459183)给出了一种质子交换膜燃料电池测试平台温度控制系统及其控制方法，但对进气温度控制装置的设计还不充分，还需要进一步研究。在某些发电厂使用的的燃料电池在高温工作，不需要水做导体，没有水淹现象。但这种高温工作的燃料电池不能应用于车辆上。因此需要设计出一种具有切实应用前景的车用燃料电池系统，能够有效避免燃料电池的缺水和水淹问题。
技术实现思路
本专利技术通过对车用燃料电池的进气和水管理系统进行控制，保障了车用燃料电池的正常工作，并能实现车辆的零排放，符合现在中国目前节能减排改革的现状。本专利技术的一种车用燃料电池系统，车用燃料电池系统，包括空气压缩机、储气罐、空气减压阀、空气调节阀、空气流量计、数据接收器、燃料电池、氢气流量计、氢气调节阀、氢气减压阀、氢气罐、综合控制器和检测装置。空气压缩机与储气罐相连，为储气罐提供高压空气。储气罐通过压力管道与空气减压阀的高压空气入口相连。空气减压阀具有外壳，高压空气入口设置于外壳一侧，空气减压阀的减压空气出口设置于外壳另一侧，减压空气出口连接空气调节阀。空气调节阀经空气流量计连接燃料电池的阴极。氢气罐通过压力管道与氢气减压阀的高压氢气入口相连。氢气减压阀具有外壳，高压氢气入口设置于外壳一侧，氢气减压阀的减压氢气出口设置于外壳另一侧，减压氢气出口连接氢气调节阀。氢气调节阀经氢气流量计连接燃料电池的阳极。检测装置共有两组，每一组均包含一个温度传感器、一个湿度传感器和一个压力传感器。检测装置中的一组设置于空气流量计与燃料电池相连接的管道上，该组中的温度传感器和湿度传感器贴近燃料电池安装；检测装置中的另一组设置于氢气流量计与燃料电池相连接的管道上，该组中的温度传感器和湿度传感器贴近燃料电池安装。检测装置中的温度传感器、湿度传感器和压力传感器均与数据接收器相连。空气流量计、氢气流量计分别以无线方式向数据接收器传送数据。数据接收器与综合控制器相连。综合控制器通过控制总线分别连接空气减压阀、空气调节阀、氢气调节阀、氢气减压阀。本专利技术还提供了所述车用燃料电池系统的工作方法，空气和氢气分别通过两条路径连接燃料电池，空气经过空器压缩机进入储气罐，再依次经空气减压阀、空气调节阀和空气流量计连接燃料电池阴极；氢气罐中的氢气经过氢气减压阀、氢气调压阀和氢气流量计进入燃料电池阳极。燃料电池出现缺水时，燃料电池内部温度上升、湿度下降，温度传感器的实测温度高于数据接收器中预设的最高温度阈值，并且湿度传感器的实测湿度低于数据接收器中预设的最低湿度阈值，数据接收器进行数据比较处理后向综合控制器发送高电平信号，综合控制器控制空气减压阀、空气调节阀、氢气调节阀、氢气减压阀的开度，增大空气和氢气的供应量，从而在燃料电池内生成更多的水。燃料电池出现水淹时，燃料电池内部温度下降、湿度上升，温度传感器的实测温度低于数据接收器中预设的最低温度阈值，并且湿度传感器的实测湿度高于数据接收器中预设的最高湿度阈值，数据接收器进行数据比较处理后将向综合控制器发送低电平信号，综合控制器控制空气减压阀、空气调节阀、氢气调节阀、氢气减压阀的开度，减小空气和氢气的供应量，从而在燃料电池内生成较少的水。本专利技术是通过监控空气和氢气的流量、温度、压力和湿度，使燃料电池不发生缺水和水淹现象，保证车用燃料电池的正常工作，实现汽车的零排放。采用本专利技术可以使车辆实现纯电动驱动，突破了内燃机燃烧的卡诺循环限制，用燃料的电化学反应替代了燃烧，通过对燃料电池温度、湿度、压力的监控有效实施了燃料电池内部水管理，提高了燃料使用效率和做功能力，消除了燃料燃烧生成的各种污染物，实现了车辆的零排放。附图说明图1是本专利技术的总体方案流程图。图中：1-空气压缩机，2-储气罐，3-空气减压阀，4-空气调节阀，5-空气流量计，6-数据接收器，7-温度传感器，8-湿度传感器，9-压力传感器，10-燃料电池，11-氢气流量计，12-氢气调节阀，13-氢气减压阀，14-氢气罐，15-综合控制器。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述：如图1所示，本专利技术的一种车用燃料电池系统，包括空气压缩机1、储气罐2、空气减压阀3、空气调节阀4、空气流量计5、数据接收器6、燃料电池10、氢气流量计11、氢气调节阀12、氢气减压阀13、氢气罐14、综合控制器15和检测装置。空气压缩机1与储气罐2相连，为储气罐2提供高压空气。车用燃料电池的功率密度随氧气压力的增大而升高，因此本专利技术使用空气压缩机提高空气供给压力，借以增大空气中的氧气压力。储气罐2通过压力管道与空气减压阀3的高压空气入口相连。本专利技术的空气减压阀3具有外壳，高压空气入口设置于外壳一侧，减压空气出口设置于另一侧，减压空气出口连接空气调节阀4。空气调节阀4经空气流量计5连接燃料电池10的阴极。氢气罐14通过压力管道与氢气减压阀13的高压氢气入口相连。本专利技术的氢气减压阀13具有外壳，高压氢气入口设置于外壳一侧，减压氢气出口设置于另一侧，减压氢气出口连接氢气调节阀12。氢气调节阀12经氢气流量计11连接燃料电池10的阳极。本专利技术中的检测装置共有两组，每一组均包含一个温度传感器7、一个湿度传感器8和一个压力传感器9。检测装置中的一组设置于空气流量计5与燃料电池10相连接的管道上，其中温度传感器7和湿度传感器8贴近燃料电池10安装；检测装置中的另一组设置于氢气流量计11与燃料电池10相连接的管道上，其中温度传感器7和湿度传感器8贴近燃料电池10安装。检测装本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种车用燃料电池系统，其特征在于，包括空气压缩机、储气罐、空气减压阀、空气调节阀、空气流量计、数据接收器、燃料电池、氢气流量计、氢气调节阀、氢气减压阀、氢气罐、综合控制器和检测装置；所述空气压缩机与所述储气罐相连；所述储气罐通过压力管道与所述空气减压阀的高压空气入口相连。所述空气减压阀具有外壳，所述高压空气入口设置于所述外壳一侧，所述空气减压阀的减压空气出口设置于所述外壳另一侧，所述减压空气出口连接所述空气调节阀；所述空气调节阀经所述空气流量计连接燃料电池的阴极；所述氢气罐通过压力管道与所述氢气减压阀的高压氢气入口相连；所述氢气减压阀具有外壳，所述高压氢气入口设置于所述外壳一侧，所述氢气减压阀的减压氢气出口设置于所述外壳另一侧，所述减压氢气出口连接所述氢气调节阀；所述氢气调节阀经所述氢气流量计连接燃料电池的阳极；所述检测装置共有两组，每一组所述检测装置均包含一个所述温度传感器、一个所述湿度传感器和一个所述压力传感器；所述检测装置中的一组设置于所述空气流量计与燃料电池相连接的管道上，该组中的所述温度传感器和所述湿度传感器贴近燃料电池安装；所述检测装置中的另一组设置于所述氢气流量计与燃料电池相连接的管道上，该组中的所述温度传感器和所述湿度传感器贴近燃料电池安装；所述检测装置中的所述温度传感器、所述湿度传感器和所述压力传感器均与所述数据接收器相连；所述空气流量计、所述氢气流量计分别以无线方式向所述数据接收器传送数据；所述数据接收器与所述综合控制器相连；所述综合控制器通过控制总线分别连接所述空气减压阀、所述空气调节阀、所述氢气调节阀、所述氢气减压阀。...

【技术特征摘要】
1.一种车用燃料电池系统，其特征在于，包括空气压缩机、储气罐、空气减压阀、
空气调节阀、空气流量计、数据接收器、燃料电池、氢气流量计、氢气调节阀、氢气减压
阀、氢气罐、综合控制器和检测装置；
所述空气压缩机与所述储气罐相连；
所述储气罐通过压力管道与所述空气减压阀的高压空气入口相连。
所述空气减压阀具有外壳，所述高压空气入口设置于所述外壳一侧，所述空气减压阀
的减压空气出口设置于所述外壳另一侧，所述减压空气出口连接所述空气调节阀；
所述空气调节阀经所述空气流量计连接燃料电池的阴极；
所述氢气罐通过压力管道与所述氢气减压阀的高压氢气入口相连；
所述氢气减压阀具有外壳，所述高压氢气入口设置于所述外壳一侧，所述氢气减压阀
的减压氢气出口设置于所述外壳另一侧，所述减压氢气出口连接所述氢气调节阀；
所述氢气调节阀经所述氢气流量计连接燃料电池的阳极；
所述检测装置共有两组，每一组所述检测装置均包含一个所述温度传感器、一个所述
湿度传感器和一个所述压力传感器；所述检测装置中的一组设置于所述空气流量计与燃料
电池相连接的管道上，该组中的所述温度传感器和所述湿度传感器贴近燃料电池安装；所
述检测装置中的另一组设置于所述氢气流量计与燃料电池相连接的管道上，该组中的所述
温度传感器和所述湿度传感器贴近燃料电池安装；
所述检测装置中的所述温度传感器、所述湿度传感器和所述压力传感器均与所述数据
接...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘永峰，王娜，姚圣卓，秦建军，裴普成，
申请(专利权)人：北京建筑大学，
类型：发明
国别省市：北京;11