一种燃料电池堆水管理控制系统技术方案

本发明专利技术公开的一种燃料电池堆水管理控制系统，包括阴极端、阳极端、两侧气体流路、燃料气体、氧化剂气体，所述阳极端设有电磁阀组合，通过控制所述电磁阀组合使所述燃料气体以上端进气下端出气和下端进气上端出气交替的方式通过阳极端气体流路，从而燃料电池堆内部的水分均匀分布，本发明专利技术的有益效果为，系统功耗小；成本低，只需要更换电磁阀；控制策略简单；减少体积，节省空间，提高了燃料电池堆系统功率密度；电堆内部阳极流道内的水双向循环，使得水分布更为均匀，解决了燃料电池靠近入口部分电极容易失水干燥，靠近出口部分电极容易水淹的问题，本方案不仅适用于阴极敞开式电堆，同样适用于阴极封闭式电堆。

A Fuel Cell Reactor Water Management and Control System

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池堆水管理控制系统
本专利技术涉及燃料电池
，具体涉及一种燃料电池堆水管理控制系统。
技术介绍
燃料电池堆是一种直接将燃料的化学能转化为电能的发电装置，具有功率密度高，无污染，噪声低等优点，具有广阔的应用前景。燃料电池可以分为质子交换膜燃料电池、直接甲醇燃料电池、碱性燃料电池、固体氧化物燃料电池、熔融盐燃料电池、微生物燃料电池等。燃料电池堆工作时，其内部发生了电化学反应。以质子交换膜燃料电池PEMFC为例。以氢气做为燃料，PEMFC的电极反应如下所示：阳极：H2→2H++2e-阴极：½O2+2H++2e-→H2O从电极反应可以看出，在PEMFC中阳极反应气体氢气通入阳极流道。反应气体通入电池后，在催化剂的作用下解离为质子和电子，质子通过质子交换膜到达电池的阴极，电子则经过集流板收集，对外电路做功；氧气通过气体扩散层到达阴极催化侧表面，在催化剂的作用下，氧气与通过质子交换膜的质子、外电路电子，结合生成水，放出大量热。在此过程中为了保持电池堆的性能、可靠性以及寿命，电堆内部尤其是膜电极需要有一定的含水量，以保证膜良好的质子传导性，否则膜易脱水，皱缩严重，影响质子传导；同时水也不能太多，膜的含水量过多，水就会淹没电极，造成电极水淹。同时，燃料电池工作时其内部环境的水分布的不均匀性导致了燃料电池靠近入口部分电极容易失水干燥，导致局部内阻升高，靠近出口部分电极容易水淹，使得燃料电池电堆的性能、可靠性、寿命都受到影响。为了解决此类问题，在系统结构上采用增加氢气循环泵的方式，其有体积重量大、功耗大、成本高的缺点，并且只能单向循环，并未从根本上解决燃料电池电堆内部水分布不均的问题，对稳定性以及可靠性有较大影响，现有技术中，专利201720491876.X所述的一种自增湿燃料电池堆的水管理控制系统此方案中阳极进气口和排气口各增加一个，并没有阴极进气口和排气口，这样只能适合于阴极敞开式电堆，不适用于阴极封闭式电堆。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供一种燃料电池堆水管理控制系统，氢气的上进下出和下进上出的方式可相互转换，使得燃料电池阳极流道内的水分布趋于平衡，从而增加燃料电池的可靠性和寿命，本方案不仅适用于阴极敞开式电堆，同样适用于阴极封闭式电堆。本专利技术解决的技术方案是提供一种燃料电池堆水管理控制系统，包括阴极端、阳极端、两侧气体流路、燃料气体、氧化剂气体，其特征在于，所述阳极端设有电磁阀组合，阳极端上部设有第一通气口、阳极端下部设有第二通气口，通过控制所述电磁阀组合使燃料气体从第一通气口进气从第二通气口出气，或使燃料气体从第二通气口进气从第一通气口出气，所述阴极端设有仅供氧化剂气体的出气口和进气口。优选地，所述电磁阀组合包括第一电磁阀组合、第二电磁阀组合、第三电磁阀组合中的一种。优选地，所述第一电磁阀组合包括第一单向电磁阀、第二单向电磁阀、第三单向电磁阀313、第四单向电磁阀、第一三通电磁阀、第二三通电磁阀，所述的第一单向电磁阀为第一进气阀口，第二单向电磁阀为第二进气阀口，第三单项电磁阀为吹扫阀口，第四进气阀口为排气阀口，第一单向电磁阀和第二单向电磁阀与燃料供气设备相连，第一三通电磁阀一端与第二三通电磁阀一端并联于阳极上端，第一三通电磁阀一端与第二三通电磁阀的另一端并联于阳极下端。打开第一三通电磁阀一端与第二三通电磁阀一端，燃料气体经阳极上端进气阳极下端出气；打开第一三通电磁阀一端与第二三通电磁阀的另一端，燃料气体经阳极下端进气阳极上端出气。优选地，所述第二电磁阀组合包括第一三进两出电磁阀、第五单向电磁阀、第六单向电磁阀，所述第一三进两出电磁阀设有第一进气阀口、第二进气阀口、第三吹扫阀口，所述第一进气阀口一端与燃料供气设备连接，第五单向电磁阀与第一进气阀口的另一端并联于阳极上端，第二进气阀口一端与燃料供气设备连接，第六单向电磁阀与第二进气阀口的另一端并联于阳极下端，打开第一进气阀口关闭第二进气阀口，燃料气体经阳极上端进气阳极下端出气；打开第二进气阀口关闭第一进气阀口，燃料气体经阳极下端进气阳极上端出气。优选地，所述第三电磁阀组合包括第七单向电磁阀，第八单向电磁阀，第一三位五通电磁阀、第二三位五通电磁阀，第七单项电磁阀为吹扫阀，第一三位五通电磁阀的右端和下端分别连接阳极上端和下端，由第一三位五通阀控制进气方向。第二三位五通电磁阀的右端和上端分别连接阳极上端和下端，由第二三位五通阀控制排气方向。打开一三位五通电磁阀右端和第二三位五通电磁阀右端，燃料气体经阳极上端进气阳极下端出气；打开一三位五通电磁阀上端和第二三位五通电磁阀的下端，燃料气体经阳极下端进气阳极上端出气。本专利技术的有益效果为，系统功耗小；成本低，只需要更换电磁阀；控制策略简单；减少体积，节省空间，提高了燃料电池堆系统功率密度；电堆内部阳极流道内的水双向循环，使得水分布更为均匀，解决了燃料电池靠近入口部分电极容易失水干燥，靠近出口部分电极容易水淹的问题，本方案不仅适用于阴极敞开式电堆，同样适用于阴极封闭式电堆。附图图1为现有技术燃料电池堆内部水分分布图；图2为实施例2中燃料电池堆进气示意图；图3为实施例3中燃料电池堆进气示意图；图4为实施例4中燃料电池堆进气示意图；图中：1、阴极端；2、阳极端；3、电磁阀组合；4、第一通气口；5、第二通气口；6、出气口；7、进气口；311、第一单向电磁阀；312、第二单向电磁阀；313、第三单向电磁阀；314、第四单向电磁阀；315、第一三通电磁阀；316、第二三通电磁阀；321、第一三进两出电磁阀；322、第五单向电磁阀；323、第六单向电磁阀；331、第七单向电磁阀；332、第一三位五通电磁阀；333、第二三位五通电磁阀。具体实施方式为了使本专利技术所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本专利技术所述的技术方案做进一步的说明，但是本专利技术不仅限于此。实施例1如图1所示，为现有技术的燃料电池堆内部水分分布图，具体为阴极封闭式电堆，氢气在氢气入口到氢气出口的路径上，流道中内的含量不断升高，同时，由于阳极并未增湿，因此氢气入口湿度随着氢气的不断进入逐渐降低，而氢气出口湿度随着流道内水含量的升高而升高，所以出现了图中所示的干区及湿区，燃料电池工作时其内部环境的水分布的不均匀性导致了燃料电池靠近入口部分电极容易失水干燥，导致局部内阻升高，靠近出口部分电极容易水淹，使得燃料电池电堆的性能、可靠性、寿命都受到影响。实施例2如图2所示，一种燃料电池堆水管理控制系统，1.一种燃料电池堆水管理控制系统，包括阴极端1、阳极端2、两侧气体流路、燃料气体、氧化剂气体，其特征在于，所述阳极端1设有电磁阀组合3，阳极端1上部设有第一通气口4、阳极端1下部设有第二通气口5，通过控制所述电磁阀组合3使燃料气体从第一通气口4进气从第二通气口5出气，或使燃料气体从第二通气口5进气从第一通气口4出气，所述阴极端2设有仅供氧化剂气体的出气口6和进气口7，通过控制所述电磁阀组合3使所述燃料气体以上端进气下端出气以下简称上进下出和下端进气上端出气以下简称下进上出交替的方式通过阳极端2气体流路，从而燃料电池堆内部的水分均匀分布，所述燃料气体为氢气，氧化剂气体为空气，本方案中当第一通气口4为进气口6时，第二通气口5为出气口7，反之亦然。所述电磁阀组合3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池堆水管理控制系统，包括阴极端（1）、阳极端（2）、两侧气体流路、燃料气体、氧化剂气体，其特征在于，所述阳极端（2）设有电磁阀组合（3），阳极端（2）上部设有第一通气口（4）、阳极端（2）下部设有第二通气口（5），通过控制所述电磁阀组合（3）使燃料气体从第一通气口（4）进气从第二通气口（5）出气，或使燃料气体从第二通气口（5）进气从第一通气口（4）出气，所述阴极端（1）设有仅供氧化剂气体的出气口（6）和进气口（7）。

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池堆水管理控制系统，包括阴极端（1）、阳极端（2）、两侧气体流路、燃料气体、氧化剂气体，其特征在于，所述阳极端（2）设有电磁阀组合（3），阳极端（2）上部设有第一通气口（4）、阳极端（2）下部设有第二通气口（5），通过控制所述电磁阀组合（3）使燃料气体从第一通气口（4）进气从第二通气口（5）出气，或使燃料气体从第二通气口（5）进气从第一通气口（4）出气，所述阴极端（1）设有仅供氧化剂气体的出气口（6）和进气口（7）。2.根据权利要求1所述的一种燃料电池堆水管理控制系统，其特征在于，所述电磁阀组合（3）包括第一电磁阀组合（31）、第二电磁阀组合（32）、第三电磁阀组合（33）中的一种。3.根据权利要求2所述的一种燃料电池堆水管理控制系统，其特征在于，所述第一电磁阀组合（31）包括第一单向电磁阀（311）、第二单向电磁阀（312）、第三单向电磁阀（313）、第四单向电磁阀（314）、第一三通电磁阀（315）、第二三通电磁阀（316），第一单向电磁阀（311）和第二单向电磁阀（312）与燃料供气设备相连，第一三通电磁阀（315）一端与第二三通电磁阀（316）一端并联于阳极端上部，第一三通电磁阀（315）一端与第二三通电磁阀（316）的另一端并联于阳极端（2）下部，打开第一三通电磁阀（315）一端与第二三通电磁阀（316）一端，燃料气体经阳极端（2）第一通气口（4）进气第二通气口（5）出气；打开第一三通电磁阀（315）一端与第二三通电磁阀（316）的另一端，燃料气体经第二通气口（5）进气第一通气口（4）出气。4.根据权利要求2所述的一种燃料电池堆水管理控制系统，其特征在于，所述第二电磁阀...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚宇希，裴昱，张晨，
申请(专利权)人：浙江高成绿能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33