一种车载燃料电池水管理系统及方法技术方案

本发明专利技术属于燃料电池领域，公开了一种车载燃料电池水管理系统及方法，其系统包括供氢组件、第一气水分离器、电堆、第一排水阀、第二气水分离器、第二排水阀、排气阀和循环泵；第一气水分离器的入口与供氢组件的出口连接，第一气水分离器的出气口与电堆的氢气入口连接，第一气水分离器的出水口与第一排水阀连接；第二气水分离器的入口与电堆的氢气出口连接，第二气水分离器的第一出气口分别与排气阀及第一排水阀连接，第二气水分离器的第二出气口通过循环泵与第一气水分离器的入口连接，第二气水分离器的出水口与第二排水阀连接。本发明专利技术在不同工作条件下，配置不同的排水排气回路，防止电堆阳极加湿不足或加湿过量，提高燃料电池的性能。

A Water Management System and Method for Vehicle Fuel Cell

【技术实现步骤摘要】
一种车载燃料电池水管理系统及方法
本专利技术属于燃料电池
，特别涉及一种车载燃料电池水管理系统及方法。
技术介绍
质子交换膜燃料电池(ProtonExchangeMembraneFuelCell，PEMFC)是一种以氢气为燃料，以氧气为氧化剂的电化学发电装置。燃料电池中唯一的反应产物水在阴极由氢气和氧气在催化剂的作用下结合而成。在燃料电池中，液态水的存在会导致气体在电极内和系统内各单元之间分布不均匀，这将导致燃料电池的性能下降，并造成系统内各单电池电压不一致。液态水过多或过少，对质子交换膜燃料电池都会带来负面影响。目前，现有技术中，多采用单一气水分离器与循环装置串联构成循环回路的方式，将燃料电池阳极出口夹带液态水的剩余氢气经气水分离器分离出液态水，然后由循环装置送入电堆阳极入口。这种方式会使得由循环装置循环回电堆的氢气几乎处于饱和状态并仍夹带少量液态水滴，当与压力调节阀出口的低温干氢气混合时，高温高湿回流氢气将析出液态水，液态水进入电堆阳极而造成水淹，影响燃料电池的性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种车载燃料电池水管理系统及方法，在不同的工作条件下，选择不同的排水排气回路实现将循环氢气在低压氢气管路中由于冷凝形成的液态水通过辅助气水分离器分离，并将液态水排出或对氢气进行加湿，以防止电堆阳极加湿不足或加湿过量，提高电堆的性能。本专利技术提供的技术方案如下：一方面，提供一种车载燃料电池水管理系统，包括供氢组件、第一气水分离器、电堆、第一排水阀、第二气水分离器、第二排水阀、排气阀和循环泵；所述第一气水分离器的入口与所述供氢组件的出口管路连接，所述第一气水分离器的出气口与所述电堆的氢气入口管路连接，所述第一气水分离器的出水口与所述第一排水阀管路连接；所述第二气水分离器的入口与所述电堆的氢气出口管路连接，所述第二气水分离器的第一出气口通过三通阀分别与所述排气阀及所述第一排水阀管路连接，所述第二气水分离器的第二出气口通过所述循环泵与所述第一气水分离器的入口管路连接，所述第二气水分离器的出水口与所述第二排水阀管路连接。进一步优选地，还包括：压力传感器，所述压力传感器设置在所述第一气水分离器与所述电堆连接的管路上。进一步优选地，还包括：泄压阀，所述第一气水分离器的出气口通过所述泄压阀与所述电堆的氢气入口管路连接；混合器，所述泄压阀的泄压口与所述混合器管路连接，所述排气阀的出口和所述第二排水阀的出口分别与所述混合器管路连接。进一步优选地，还包括：温度传感器，所述温度传感器设置在所述第一气水分离器与所述电堆连接的管路上。进一步优选地，所述供氢组件包括依次管路连接的高压供氢部件、进氢阀和压力调节阀；所述压力调节阀的出口与所述第一气水分离器的入口管路连接。另一方面，还提供一种车载燃料电池水管理方法，包括：供氢组件、第一气水分离器、电堆、第一排水阀、第二气水分离器、第二排水阀、排气阀和循环泵；所述第一气水分离器的入口与所述供氢组件的出口管路连接，所述第一气水分离器的出气口与所述电堆的氢气入口管路连接，所述第一气水分离器的出水口与所述第一排水阀管路连接；所述第二气水分离器的入口与所述电堆的氢气出口管路连接，所述第二气水分离器的第一出气口通过三通阀分别与所述排气阀及所述第一排水阀管路连接，所述第二气水分离器的第二出气口通过所述循环泵与所述第一气水分离器的入口管路连接，所述第二气水分离器的出水口与所述第二排水阀管路连接；所述车载燃料电池水管理方法包括：所述电堆常温运行时，检测所述电堆的阳极加湿情况；当所述电堆的阳极加湿不足时，开启所述第一排水阀；当所述电堆的阳极加湿过量时，开启所述第二排水阀；或同时开启所述第一排水阀、所述第二排水阀和所述排气阀；所述电堆低温启动时，开启所述第一排水阀和所述排气阀。进一步优选地，还包括：当检测到所述电堆的氢气入口的压力波动量持续小于正常波动范围时，延长所述第二排水阀的开启时间；当检测到所述电堆的氢气入口的压力波动量从小于正常波动范围变为大于或等于正常波动范围时，关闭所述第二排水阀。进一步优选地，还包括：在所述电堆正常关机时，开启所述第一排水阀、所述第二排水阀和所述排气阀，并对所述第一排水阀、所述第二排水阀和所述排气阀进行吹扫。进一步优选地，还包括：根据所述电堆的输出电流和电压，确定所述电堆的氢气消耗量；根据所述氢气消耗量，调节进入所述电堆的氢气流量。进一步优选地，还包括：根据所述电堆在不同功率下的氢气消耗量，调节所述循环泵的转速。与现有技术相比，本专利技术提供的一种车载燃料电池水管理系统及方法具有的有益效果为：本专利技术通过控制第一排水阀、第二排水阀和排气阀的启闭，可配置出多种排水排气回路，本系统在不同的工作条件下，选择不同的排水排气回路实现将循环氢气在低压氢气管路中由于冷凝形成的液态水通过辅助气水分离器分离，并将液态水排出或对氢气进行加湿，以防止电堆阳极加湿不足或加湿多量，进而避免气体在电极内和各单元之间分布不均匀，使得燃料电池性能下降，并造成燃料电池电堆内各单电池电压一致性变差，进而提高燃料电池电堆的运行效率和性能；此外，还可避免因阀门在低温环境因结冰而无法正常开启，出现电堆低温冷启动失败的现象。附图说明下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种车载燃料电池水管理系统及方法的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。图1是本专利技术一种车载燃料电池水管理系统的结构示意图。附图标号说明1、高压供氢部件；2、进氢阀；3、压力调节阀；4、第一气水分离器；5、泄压阀；6、温度传感器；7、压力传感器；8、电堆；9、第二气水分离器；10、循环泵；11、第二排水阀；12、排气阀；13、第一排水阀；14、混合器。具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本专利技术的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，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，并获得其他的实施方式。为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本专利技术相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。根据本专利技术提供的第一实施例，如图1所示，一种车载燃料电池水管理系统，包括供氢组件、第一气水分离器4、电堆8、第一排水阀13、第二气水分离器9、第二排水阀11、排气阀12和循环泵10；第一气水分离器4的入口与供氢组件的出口管路连接，供氢组件用于提供氢气，第一气水分离器4的出气口与电堆8的氢气入口管路连接，第一气水分离器4的出水口与第一排水阀13管路连接。第二气水分离器9的入口与电堆8的氢气出口管路连接，第二气水分离器9的第一出气口通过三通阀分别与排气阀12及第一排水阀13管路连接，第二气水分离器9的第二出气口通过循环泵10与第一气水分离器4的入口管路连接，第二气水分离器9的出水口与第二排水阀11管路连接。车载燃料电池水管理系统的工作过程为：从供氢组件出来的氢气经第一气水分离器4后进入电堆8进行反应，在电堆8内未反应完的氢气进入第二气水分离器9。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种车载燃料电池水管理系统，其特征在于，包括供氢组件、第一气水分离器、电堆、第一排水阀、第二气水分离器、第二排水阀、排气阀和循环泵；所述第一气水分离器的入口与所述供氢组件的出口管路连接，所述第一气水分离器的出气口与所述电堆的氢气入口管路连接，所述第一气水分离器的出水口与所述第一排水阀管路连接；所述第二气水分离器的入口与所述电堆的氢气出口管路连接，所述第二气水分离器的第一出气口通过三通阀分别与所述排气阀及所述第一排水阀管路连接，所述第二气水分离器的第二出气口通过所述循环泵与所述第一气水分离器的入口管路连接，所述第二气水分离器的出水口与所述第二排水阀管路连接。

【技术特征摘要】
1.一种车载燃料电池水管理系统，其特征在于，包括供氢组件、第一气水分离器、电堆、第一排水阀、第二气水分离器、第二排水阀、排气阀和循环泵；所述第一气水分离器的入口与所述供氢组件的出口管路连接，所述第一气水分离器的出气口与所述电堆的氢气入口管路连接，所述第一气水分离器的出水口与所述第一排水阀管路连接；所述第二气水分离器的入口与所述电堆的氢气出口管路连接，所述第二气水分离器的第一出气口通过三通阀分别与所述排气阀及所述第一排水阀管路连接，所述第二气水分离器的第二出气口通过所述循环泵与所述第一气水分离器的入口管路连接，所述第二气水分离器的出水口与所述第二排水阀管路连接。2.根据权利要求1所述的一种车载燃料电池水管理系统，其特征在于，还包括：压力传感器，所述压力传感器设置在所述第一气水分离器与所述电堆连接的管路上。3.根据权利要求1或2所述的一种车载燃料电池水管理系统，其特征在于，还包括：泄压阀，所述第一气水分离器的出气口通过所述泄压阀与所述电堆的氢气入口管路连接；混合器，所述泄压阀的泄压口与所述混合器管路连接，所述排气阀的出口和所述第二排水阀的出口分别与所述混合器管路连接。4.根据权利要求1所述的一种车载燃料电池水管理系统，其特征在于，还包括：温度传感器，所述温度传感器设置在所述第一气水分离器与所述电堆连接的管路上。5.根据权利要求1所述的一种车载燃料电池水管理系统，其特征在于，所述供氢组件包括依次管路连接的高压供氢部件、进氢阀和压力调节阀；所述压力调节阀的出口与所述第一气水分离器的入口管路连接。6.一种车载燃料电池水管理方法，其特征在于，包括供氢组件、第一气水分离器、电堆、第一排水阀、第二气水分离器、第二排水阀、排气阀和循环泵；所述第一气水分离器的入口...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨秋香，王晓华，徐永明，
申请(专利权)人：上海燃料电池汽车动力系统有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31