本发明专利技术公开了一种基于低功率氢燃料电池的轻型动力系统及方法，该系统包括氢气供给模块、空气供给模块、燃料电池模块、尾气处理模块、混动模块和电控模块，模块化设计便于检修，也可拓展模块二次开发，利用空气所含的水和反应生成的水进行增湿，利用中冷器和电堆散热风扇进行散热，尾气处理模块与空气供给模块共用加湿器，结构更简单、控制更高效、运行更可靠；混合气体排出前需经氢浓度传感器监测，并设有消声器减少噪音震动，系统停机后，先分别向阴极、阳极通入氢气、空气，利用反应释放的热量进行温差吹扫；再从空气供给侧引入干燥的氮气进行吹扫，排出残留的氢气和空气；最后关闭所有球阀，使氮气充满燃料电池电堆内部及系统管路。路。路。
【技术实现步骤摘要】
一种基于低功率氢燃料电池的轻型动力系统及方法
[0001]本专利技术属于燃料电池
，特别涉及一种基于低功率氢燃料电池的轻型动力系统及方法。
技术介绍
[0002]氢能因其清洁无污染的特点，受到国家和地方政府的高度重视。作为氢能利用的重要载体，氢燃料电池及相关技术近年来迅速发展。其中，氢燃料电池动力系统已成为交通运输领域研究的重点。氢燃料电池动力系统通过燃料电池电堆内部的氢氧电化学反应，产生电能供负载使用。对于低功率的氢燃料电池动力系统，在保证性能与寿命的同时，需要尽量简化系统的设计和组成，以提高系统整体的便携性和对不同场景的适应性。
[0003]便携式燃料电池动力系统(CN209948669U)，该技术中的排气通道输入端与燃料电池堆相连接，输出端与外界大气相连接，反应剩余的混合气体在排向外界大气前，没有监测调节氢气浓度，如果应用在相对密闭的环境中存在安全隐患；此外，该专利技术没有涉及停机吹扫，在低温环境下燃料电池堆内部残留的水会发生相变，对燃料电池堆造成损坏，同时会阻碍气体进入燃料电池堆内部参加反应。
技术实现思路
[0004]为了克服现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种基于低功率氢燃料电池的轻型动力系统及方法。
[0005]本专利技术的目的至少通过如下技术方案之一实现。
[0006]一种基于低功率氢燃料电池的轻型动力系统，包括氢气供给模块、空气供给模块、燃料电池模块、尾气处理模块、混动模块和电控模块；所述氢气供给模块、空气供给模块、燃料电池模块、尾气处理模块和混动模块均与所述电控模块连接；所述氢气供给模块、空气供给模块、尾气处理模块和混动模块均与所述燃料电池模块连接。
[0007]进一步地，所述氢气供给模块包括第一球阀、第一过滤器、第一单向阀、便于更换的高压氢气瓶、第一质量流量计、第一减压阀、第二减压阀、调压阀、第二球阀、第一压力传感器、第一温湿度传感器和用于氢循环的汽水分离器、第三球阀、氢循环泵、第二单向阀；所述第一球阀、第一过滤器、第一单向阀、高压氢气瓶、第一质量流量计、第一减压阀、第二减压阀、调压阀、第二球阀、第一压力传感器、第一温湿度传感器依次连接，第一温湿度传感器接入燃料电池电堆的阳极入口；所述汽水分离器、第三球阀、氢循环泵、第二单向阀依次连接。
[0008]进一步地，汽水分离器、第二单向阀分别与燃料电池电堆的阳极出口、调压阀的前端口连接。
[0009]进一步地，所述空气供给模块包括第二过滤器、第二质量流量计、空压机、第四球阀、加湿器、中冷器、第二压力传感器、第二温湿度传感器；所述第二过滤器、第二质量流量计、空压机、第四球阀、加湿器、中冷器、第二压力传感器、第二温湿度传感器依次连接，第二
温湿度传感器接入燃料电池电堆的阴极入口。
[0010]进一步地，所述燃料电池模块包括依次连接的燃料电池电堆、电堆散热风扇。
[0011]进一步地，所述混动模块包括依次连接的蓄电池、输入可控数字DC/DC、电压传感器、电流传感器；所述电流传感器与燃料电池电堆连接。
[0012]进一步地，所述电控模块通过传感器实时采集氢气供给模块、空气供给模块、尾气处理模块、混动模块的信息，计算蓄电池的SOC值，调整燃料电池电堆的输出，保证系统正常工作。
[0013]进一步地，所述尾气处理模块包括调节混合气体的氢浓度的第五球阀、氢浓度传感器、第六球阀、消声器、第三温湿度传感器、第三压力传感器、与空气供给模块共用的加湿器、背压阀、用于停机吹扫的第七球阀和第八球阀；所述第五球阀、氢浓度传感器、第六球阀、消声器依次连接；所述第三温湿度传感器、第三压力传感器、加湿器、背压阀依次连接，第三温湿度传感器、背压阀分别与燃料电池电堆的阴极出口、氢浓度传感器的前端口连接。
[0014]进一步地，所述第五球阀与氢气供给模块的汽水分离器的后端口相连接；所述第七球阀连接于调压阀的后端口和中冷器的前端口之间，所述第八球阀连接于空气供给模块的空压机的后端口和氢气供给模块的第二球阀的后端口之间。
[0015]实现所述的基于低功率氢燃料电池的轻型动力系统的停机吹扫控制方法，包括如下步骤：
[0016](1)电控模块发出停机指令，第一球阀、第五球阀、第六球阀、第七球阀、第八球阀开启，其余球阀关闭，氢气通过第七球阀通入燃料电池电堆的阴极，空气通过第八球阀通入燃料电池电堆的阳极，利用氢氧电化学反应释放的大量热量蒸发反应生成的水，同时加快蒸发停机后燃料电池电堆内部残留的水，并且氢气吹扫阴极可以缓解碳腐蚀、延缓电化学活性面积的减小；
[0017](2)氢/空吹扫结束后，从空气供给侧引入干燥氮气，电控模块控制第二球阀、第五球阀、第六球阀、第七球阀、第八球阀开启，其余球阀关闭，一部分氮气通过第八球阀对燃料电池电堆的阳极进行吹扫，另一部分氮气通过第八球阀和第七球阀对燃料电池电堆的阴极进行吹扫，通入燃料电池电堆的干燥氮气除了能排出残留的氢气和空气，还能加快吹扫、缩短停机所需时间；
[0018](3)氮气吹扫结束后，关闭所有球阀，使具有一定压力的氮气充满燃料电池电堆内部及系统管路，防止外界空气渗透到燃料电池电堆的阳极，避免下次开机通入氢气时，在燃料电池电堆的阳极形成氢空界面，造成碳腐蚀、三相界面破坏，从而降低系统的性能。
[0019]本专利技术提供的基于低功率氢燃料电池的轻型动力系统，所需的氢气除了可以在加氢站通过加注获得，还可以在便利店通过更换氢气瓶获得，减少加氢所需时间；也可以用固态储氢瓶代替高压氢气瓶，通入固态储氢瓶的氢气与瓶内金属发生可逆反应，以金属氢化物的形式存储氢气，不存在爆炸的危险，从而提高系统的安全性。氢气获取、存储的多种途径，使得轻型动力系统可以在多种情况下使用。
[0020]本专利技术提供的基于低功率氢燃料电池的轻型动力系统具有能量密度高、重量轻、使用方便的特点，整体结构紧凑，便于移动携带。
[0021]与现有的技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0022](1)有利于实现模块化设计。本专利技术提供的轻型动力系统采用模块化设计，电控模
块实时监控氢气供给模块、空气供给模块、燃料电池模块、尾气处理模块和混动模块，当系统出现故障时便于及时查找检修；此外可以拓展模块进行二次开发。
[0023](2)有利于提高可靠性、安全性。燃料电池电堆的辅助系统简单、功耗小，利用通入燃料电池电堆的空气所含的水和燃料电池电堆内部反应生成的水进行系统的增湿，利用中冷器和电堆散热风扇将系统工作时产生的热量及时散出，尾气处理模块与空气供给模块共用加湿器，结构更简单、控制更高效，同时也保证了系统运行的可靠性；此外，经氢浓度传感器监测合格后，混合气体才排向外界大气，不存在安全隐患，并设有消声器来减少噪音震动，降低对人和环境造成的影响。
[0024](3)有利于延长电堆寿命。系统停机后，分别向燃料电池电堆的阴极、阳极通入氢气、空气，能够利用反应释放的热量进行温差吹扫，同时可以缓解碳腐蚀、延缓电化学活性面积的减小；氢/空吹扫结束后，从空气供给侧引入的氮气不经本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于低功率氢燃料电池的轻型动力系统，其特征在于，包括氢气供给模块、空气供给模块、燃料电池模块、尾气处理模块、混动模块和电控模块；所述氢气供给模块、空气供给模块、燃料电池模块、尾气处理模块和混动模块均与所述电控模块连接；所述氢气供给模块、空气供给模块、尾气处理模块和混动模块均与所述燃料电池模块连接。2.根据权利要求1所述的基于低功率氢燃料电池的轻型动力系统，其特征在于，所述氢气供给模块包括第一球阀、第一过滤器、第一单向阀、便于更换的高压氢气瓶、第一质量流量计、第一减压阀、第二减压阀、调压阀、第二球阀、第一压力传感器、第一温湿度传感器和用于氢循环的汽水分离器、第三球阀、氢循环泵、第二单向阀；所述第一球阀、第一过滤器、第一单向阀、高压氢气瓶、第一质量流量计、第一减压阀、第二减压阀、调压阀、第二球阀、第一压力传感器、第一温湿度传感器依次连接，第一温湿度传感器接入燃料电池电堆的阳极入口；所述汽水分离器、第三球阀、氢循环泵、第二单向阀依次连接。3.根据权利要求2所述的基于低功率氢燃料电池的轻型动力系统，其特征在于，汽水分离器、第二单向阀分别与燃料电池电堆的阳极出口、调压阀的前端口连接。4.根据权利要求1所述的基于低功率氢燃料电池的轻型动力系统，其特征在于，所述空气供给模块包括第二过滤器、第二质量流量计、空压机、第四球阀、加湿器、中冷器、第二压力传感器、第二温湿度传感器；所述第二过滤器、第二质量流量计、空压机、第四球阀、加湿器、中冷器、第二压力传感器、第二温湿度传感器依次连接，第二温湿度传感器接入燃料电池电堆的阴极入口。5.根据权利要求1所述的基于低功率氢燃料电池的轻型动力系统，其特征在于，所述燃料电池模块包括依次连接的燃料电池电堆、电堆散热风扇。6.根据权利要求1所述的基于低功率氢燃料电池的轻型动力系统，其特征在于，所述混动模块包括依次连接的蓄电池、输入可控数字DC/DC、电压传感器、电流传感器；所述电流传感器与燃料电池电堆连接。7.根据权利要求1所述的基于低功率氢燃料电池的轻型动力系统，其特征在于，所述电控模块通过传感器实时采集氢气供给模块、空气供给模块、尾气处理模块、混动模块的信息，计...
【专利技术属性】
技术研发人员：袁伟，李康，凌康强，张明龙，柯育智，张远程，
申请(专利权)人：广东氢机智创科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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