一种氢气燃料电池系统技术方案

本发明专利技术公开了一种氢气燃料电池系统，涉及燃料电池技术领域，该系统包括：电池堆、空压机、第一湿度交换装置和控制器，第一湿度交换装置设于所述空压机与电池堆之间，所述第一湿度交换装置接收所述空压机的干空气，并将干空气与所述电池堆的阳极尾气进行湿度交换，再将湿度交换后的阳极尾气输送至所述电池堆的阳极入口；控制器获取所述第一湿度交换装置的水迁移系数、所述电池堆的阳极出口的温度和压力、所述空压机出口的温度和压力，控制所述第一湿度交换装置接收干空气的流量。本发明专利技术除湿效果好，不涉及液态水的排放，避免氢气排出，氢气利用率高，且能精确控制尾气中的氢气湿度，满足电池堆在不同工况功率下阳极电化学反应的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种氢气燃料电池系统
本专利技术涉及电池
，特别涉及一种氢气燃料电池系统。
技术介绍
目前，环境与能源问题日益严峻，具有氢气燃料电池系统的汽车因其无污染、能量转换效率高、原料来源广等优点，被认为是未来最具前景的能源动力装置。电池堆是氢气燃料电池系统的主要组成部分。电池堆的阳极电化学反应时为了节约氢气，通常循环使用阳极尾气中的氢气。但是阳极尾气湿度较高，不利于电池堆阳极的电化学反应。因此，阳极尾气重新进入电池堆阳极之前要经过除湿，以使电池堆阳极入口的氢气控制在一定湿度范围。现有技术中，一般采用气液分离器与加热排水阀组合装置为阳极尾气除湿。但是，气液分离器只能去除液态水，除湿效果较差，阳极尾气中的氢气湿度控制精度不高，而且气液分离器形成的液态水排放过程中，很多氢气随着加热排水阀打开时排出，降低了氢气利用率，也容易造成氢气排放超标，存在安全隐患。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种氢气燃料电池系统，以解决相关技术中的氢气燃料电池系统阳极尾气除湿效果不理想，氢气湿度控制精度不高，氢气利用率的技术问题。第一方面，提供了一种氢气燃料电池系统，包括：电池堆；空压机，其与所述电池堆间隔设置；第一湿度交换装置，其设于所述空压机与电池堆之间，所述第一湿度交换装置用于接收所述空压机的干空气，并将干空气与所述电池堆的阳极尾气进行湿度交换后的阳极尾气输送至所述电池堆的阳极入口；控制器，其用于获取所述第一湿度交换装置的水迁移系数、所述电池堆的阳极出口的温度和压力、所述空压机出口的温度和压力，以控制所述第一湿度交换装置接收干空气的流量。一些实施例中，所述第一湿度交换装置包括：第一壳体，其两端设有与所述空压机出口连接的入口A、与所述电池堆的阴极入口连接的出口B，侧面设有与所述电池堆的阳极出口连接的入口C以及与所述电池堆的阳极入口连接的出口D；两个第一封堵件，其将所述第一壳体内部间隔为第一腔体、第二腔体以及第三腔体，所述入口A和出口B分别与所述第一腔体、第三腔体连通，所述入口C和出口D均与第三腔体连通；多根第一湿度交换膜管，其间隔排列布置于所述第二腔体内，每根所述第一湿度交换膜管的两端分别与两个所述第一封堵件连接，且均将所述第一腔体、第三腔体连通。一些实施例中，所述氢气燃料电池系统还包括：第一压力、温度传感器组，其用于采集所述电池堆的阳极出口的压力P2和温度T2；第二压力、温度传感器组，其用于采集所述空压机出口的压力P3和温度T3；第一控制阀，其设于所述空压机出口与所述入口A之间；所述控制器用于获取所述第一压力、温度传感器组采集的所述电池堆的阳极出口的压力P2和温度T2，并结合所述电池堆的阳极入口的需求氢气流量Q1、需求湿度RH1、需求温度T1、需求压力P1以及阳极出口的湿度RH2，计算得到阳极尾气需求除湿量QW；其中，需求氢气流量Q1、需求湿度RH1、需求温度T1以及需求压力P1均根据所述电池堆的一个工况功率设定，阳极出口的湿度RH2根据所述电池堆标定的功率-阳极出口湿度对应关系表取值；所述控制器用于获取所述第一湿度交换装置的水迁移系数ki、所述需求除湿量QW、第二压力、温度传感器组采集的所述空压机出口的压力P3和温度T3，计算得到所述第一湿度交换装置接收干空气的流量Q2，并根据所述流量Q2控制所述第一控制阀的开度。一些实施例中，所述第一湿度交换装置还用于将干空气与所述电池堆的阳极尾气进行湿度交换后的湿空气输送至所述电池堆的阴极入口；所述氢气燃料电池系统还包括第二湿度交换装置，所述第二湿度交换装置设于所述空压机与所述电池堆之间，所述第二湿度交换装置用于接收所述空压机的干空气，并将干空气与所述电池堆的阴极尾气进行湿度交换后的湿空气输送至所述电池堆的阴极入口；所述控制器还用于获取所述第一湿度交换装置接收干空气的流量Q2，控制所述第二湿度交换装置接收干空气的流量Q3。一些实施例中，所述第二湿度交换装置包括：第二壳体，其两端设有与所述空压机出口连接的入口E、与所述电池堆的阴极入口连接的出口F，侧面设有与所述电池堆的阴极尾气出口连接的入口G以及与外界空气连通的出口H；两个第二封堵件，其将所述第二壳体内部间隔为第四腔体、第五腔体以及第六腔体，所述入口E和出口F分别与所述第四腔体、第六腔体连通，所述入口G和出口H均与第五腔体连通；多根第二湿度交换膜管，其间隔排列布置于所述第五腔体内，每根所述第二湿度交换膜管的两端分别与两个所述第二封堵件连接，且均将所述第四腔体、第六腔体连通。一些实施例中，所述氢气燃料电池系统还包括：第二控制阀，其设于所述空压机出口与所述入口E之间；所述控制器用于根据所述第一湿度交换装置接收干空气的流量Q2和所述电池堆阴极入口需求空气流量Q4，计算得到所述第二湿度交换装置接收干空气的流量Q3，并根据所述流量Q3控制所述第二控制阀的开度；其中，所述电池堆阴极入口需求空气流量Q4根据所述电池堆的工况功率设定。一些实施例中，所述第二壳体与所述第一壳体连接。一些实施例中，所述第二湿度交换膜管和第一湿度交换膜管均为Nafion管。一些实施例中，所述氢气燃料电池系统还包括：空气过滤器，其设于所述空压机的入口处。一些实施例中，所述氢气燃料电池系统还包括：中冷器，其设于所述空压机的出口处。本专利技术提供的技术方案带来的有益效果包括：本专利技术实施例提供了一种氢气燃料电池系统，其设置有第一湿度交换装置，所述第一湿度交换装置接收所述空压机的干空气，并将干空气与所述电池堆的阳极尾气进行湿度交换，再将湿度交换后的阳极尾气输送至所述电池堆的阳极入口。一方面，使用干空气与阳极尾气进行湿度交换，阳极尾气的除湿效果好，不涉及液态水的排放，避免氢气排出，氢气利用率高。另一方面，根据所述第一湿度交换装置的水迁移系数、所述电池堆的阳极出口的温度和压力、所述空压机出口的温度和压力，可以精确控制进入所述第一湿度交换装置空气的流量，进而精确控制阳极尾气中氢气的湿度，使得除湿后的阳极尾气中的氢气，满足所述电池堆在不同工况功率下阳极电化学反应的需求。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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。图1为本专利技术实施例提供的一种氢气燃料电池系统的原理示意图；图2为本专利技术实施例提供的第一湿度交换装置和第二湿度交换装置的结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的第一湿度交换膜管进行湿度交换的原理示意图；图中：1、电池堆；2、空压机；3、第一湿度交换装置；31、第一壳体；311、第一腔体；312、第二腔体；313、第三腔体；32、第一封堵件；33、第一湿度交换膜管；4、控制器；5、第一压力、温度传感器组；6、第二压力、温本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氢气燃料电池系统，其特征在于，包括：/n电池堆(1)；/n空压机(2)，其与所述电池堆(1)间隔设置；/n第一湿度交换装置(3)，其设于所述空压机(2)与电池堆(1)之间，所述第一湿度交换装置(3)用于接收所述空压机(2)的干空气，并将干空气与所述电池堆(1)的阳极尾气进行湿度交换后的阳极尾气输送至所述电池堆(1)的阳极入口；/n控制器(4)，其用于获取所述第一湿度交换装置(3)的水迁移系数、所述电池堆(1)的阳极出口的温度和压力、所述空压机(2)出口的温度和压力，以控制所述第一湿度交换装置(3)接收干空气的流量。/n

【技术特征摘要】
1.一种氢气燃料电池系统，其特征在于，包括：
电池堆(1)；
空压机(2)，其与所述电池堆(1)间隔设置；
第一湿度交换装置(3)，其设于所述空压机(2)与电池堆(1)之间，所述第一湿度交换装置(3)用于接收所述空压机(2)的干空气，并将干空气与所述电池堆(1)的阳极尾气进行湿度交换后的阳极尾气输送至所述电池堆(1)的阳极入口；
控制器(4)，其用于获取所述第一湿度交换装置(3)的水迁移系数、所述电池堆(1)的阳极出口的温度和压力、所述空压机(2)出口的温度和压力，以控制所述第一湿度交换装置(3)接收干空气的流量。


2.如权利要求1所述的一种氢气燃料电池系统，其特征在于，所述第一湿度交换装置(3)包括：
第一壳体(31)，其两端设有与所述空压机(2)出口连接的入口A、与所述电池堆(1)的阴极入口连接的出口B，侧面设有与所述电池堆(1)的阳极出口连接的入口C以及与所述电池堆(1)的阳极入口连接的出口D；
两个第一封堵件(32)，其将所述第一壳体(31)内部间隔为第一腔体(311)、第二腔体(312)以及第三腔体(313)，所述入口A和出口B分别与所述第一腔体(311)、第三腔体(313)连通，所述入口C和出口D均与第三腔体(313)连通；
多根第一湿度交换膜管(33)，其间隔排列布置于所述第二腔体(312)内，每根所述第一湿度交换膜管(33)的两端分别与两个所述第一封堵件(32)连接，且均将所述第一腔体(311)、第三腔体(313)连通。


3.如权利要求2所述的一种氢气燃料电池系统，其特征在于，还包括：
第一压力、温度传感器组(5)，其用于采集所述电池堆(1)的阳极出口的压力P2和温度T2；
第二压力、温度传感器组(6)，其用于采集所述空压机(2)出口的压力P3和温度T3；
第一控制阀(7)，其设于所述空压机(2)出口与所述入口A之间；
所述控制器(4)用于获取所述第一压力、温度传感器组(5)采集的所述电池堆(1)的阳极出口的压力P2和温度T2，并结合所述电池堆(1)的阳极入口的需求氢气流量Q1、需求湿度RH1、需求温度T1、需求压力P1以及阳极出口的湿度RH2，计算得到阳极尾气需求除湿量QW；其中，需求氢气流量Q1、需求湿度RH1、需求温度T1以及需求压力P1均根据所述电池堆(1)的一个工况功率设定，阳极出口的湿度RH2根据所述电池堆(1)标定的功率-阳极出口湿度对应关系表取值；
所述控制器(4)用于获取所述第一湿度交换装置(3)的水迁移系数ki、所述需求除湿量QW、第二压力、温度传感器组(6)采集的所述空压机(2)出口的压力P3和温度T3，计算得到所述第一湿度交换装置(3)接收干空气的流量Q2，并根据所述流量Q2控制所述第一控制阀(7)的开度。

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【专利技术属性】
技术研发人员：李学锐，史建鹏，张剑，李洪涛，李波，
申请(专利权)人：东风汽车集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42