一種車用燃料電池系統(tǒng)及其工作方法技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種車用燃料電池系統(tǒng)，包括空氣壓縮機(jī)(1)，儲(chǔ)氣罐(2)，空氣減壓閥(3)，空氣調(diào)節(jié)閥(4)，空氣流量計(jì)(5)，數(shù)據(jù)接收器(6)，檢測(cè)裝置，燃料電池(10)，氫氣流量計(jì)(11)，氫氣調(diào)壓閥(12)，氫氣減壓閥(13)，氫氣罐(14)和綜合控制裝置(15)。檢測(cè)裝置包含一個(gè)溫度傳感器、一個(gè)濕度傳感器和一個(gè)壓力傳感器。本發(fā)明專利技術(shù)還公開了該車用燃料電池系統(tǒng)的工作方法。采用本發(fā)明專利技術(shù)可以使車輛實(shí)現(xiàn)純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)，突破了內(nèi)燃機(jī)燃燒的卡諾循環(huán)限制，用燃料的電化學(xué)反應(yīng)替代了燃燒，通過(guò)對(duì)燃料電池溫度、濕度、壓力的監(jiān)控有效實(shí)施了燃料電池內(nèi)部水管理，提高了燃料使用效率和做功能力，消除了燃料燃燒生成的各種污染物，實(shí)現(xiàn)了車輛的零排放。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種車用燃料電池系統(tǒng)及其工作方法。
技術(shù)介紹
當(dāng)前節(jié)能減排要求日趨嚴(yán)格，節(jié)能與環(huán)保成為研究的熱點(diǎn)，車用燃料電池技術(shù)也成為研究的重點(diǎn)。與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車相比，燃料電池利用氫氣作為燃料，車用燃料電池不通過(guò)熱機(jī)過(guò)程，不受卡諾循環(huán)的限制，具有能量轉(zhuǎn)化效率高、環(huán)境友好等內(nèi)燃機(jī)汽車不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)仍然可以保持傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車高速度、長(zhǎng)距離行駛和安全、舒適等性能。利用燃料電池的車輛被認(rèn)為是21世紀(jì)首選的潔凈、高效運(yùn)輸工具。由于車用燃料電池為低溫狀態(tài)工作，必須有水做導(dǎo)體，但水太多容易發(fā)生水淹現(xiàn)象。低溫運(yùn)轉(zhuǎn)的燃料電池堆，熱量排出很困難。燃料電池需要潮化薄膜和陽(yáng)極、陰極氣體,使質(zhì)子轉(zhuǎn)移以產(chǎn)生電力，當(dāng)在冰點(diǎn)以下溫度停車時(shí)，發(fā)生冷啟動(dòng)問(wèn)題。因此電池內(nèi)部的水/熱管理成為車用燃料電池的技術(shù)瓶頸。專利技術(shù)專利(ZL2013100459183)給出了一種質(zhì)子交換膜燃料電池測(cè)試平臺(tái)溫度控制系統(tǒng)及其控制方法，但對(duì)進(jìn)氣溫度控制裝置的設(shè)計(jì)還不充分，還需要進(jìn)一步研究。在某些發(fā)電廠使用的的燃料電池在高溫工作，不需要水做導(dǎo)體，沒(méi)有水淹現(xiàn)象。但這種高溫工作的燃料電池不能應(yīng)用于車輛上。因此需要設(shè)計(jì)出一種具有切實(shí)應(yīng)用前景的車用燃料電池系統(tǒng)，能夠有效避免燃料電池的缺水和水淹問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)通過(guò)對(duì)車用燃料電池的進(jìn)氣和水管理系統(tǒng)進(jìn)行控制，保障了車用燃料電池的正常工作，并能實(shí)現(xiàn)車輛的零排放，符合現(xiàn)在中國(guó)目前節(jié)能減排改革的現(xiàn)狀。本專利技術(shù)的一種車用燃料電池系統(tǒng)，車用燃料電池系統(tǒng)，包括空氣壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣罐、空氣減壓閥、空氣調(diào)節(jié)閥、空氣流量計(jì)、數(shù)據(jù)接收器、燃料電池、氫氣流量計(jì)、氫氣調(diào)節(jié)閥、氫氣減壓閥、氫氣罐、綜合控制器和檢測(cè)裝置。空氣壓縮機(jī)與儲(chǔ)氣罐相連，為儲(chǔ)氣罐提供高壓空氣。儲(chǔ)氣罐通過(guò)壓力管道與空氣減壓閥的高壓空氣入口相連。空氣減壓閥具有外殼，高壓空氣入口設(shè)置于外殼一側(cè)，空氣減壓閥的減壓空氣出口設(shè)置于外殼另一側(cè)，減壓空氣出口連接空氣調(diào)節(jié)閥。空氣調(diào)節(jié)閥經(jīng)空氣流量計(jì)連接燃料電池的陰極。氫氣罐通過(guò)壓力管道與氫氣減壓閥的高壓氫氣入口相連。氫氣減壓閥具有外殼，高壓氫氣入口設(shè)置于外殼一側(cè)，氫氣減壓閥的減壓氫氣出口設(shè)置于外殼另一側(cè)，減壓氫氣出口連接氫氣調(diào)節(jié)閥。氫氣調(diào)節(jié)閥經(jīng)氫氣流量計(jì)連接燃料電池的陽(yáng)極。檢測(cè)裝置共有兩組，每一組均包含一個(gè)溫度傳感器、一個(gè)濕度傳感器和一個(gè)壓力傳感器。檢測(cè)裝置中的一組設(shè)置于空氣流量計(jì)與燃料電池相連接的管道上，該組中的溫度傳感器和濕度傳感器貼近燃料電池安裝；檢測(cè)裝置中的另一組設(shè)置于氫氣流量計(jì)與燃料電池相連接的管道上，該組中的溫度傳感器和濕度傳感器貼近燃料電池安裝。檢測(cè)裝置中的溫度傳感器、濕度傳感器和壓力傳感器均與數(shù)據(jù)接收器相連。空氣流量計(jì)、氫氣流量計(jì)分別以無(wú)線方式向數(shù)據(jù)接收器傳送數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)接收器與綜合控制器相連。綜合控制器通過(guò)控制總線分別連接空氣減壓閥、空氣調(diào)節(jié)閥、氫氣調(diào)節(jié)閥、氫氣減壓閥。本專利技術(shù)還提供了所述車用燃料電池系統(tǒng)的工作方法，空氣和氫氣分別通過(guò)兩條路徑連接燃料電池，空氣經(jīng)過(guò)空器壓縮機(jī)進(jìn)入儲(chǔ)氣罐，再依次經(jīng)空氣減壓閥、空氣調(diào)節(jié)閥和空氣流量計(jì)連接燃料電池陰極；氫氣罐中的氫氣經(jīng)過(guò)氫氣減壓閥、氫氣調(diào)壓閥和氫氣流量計(jì)進(jìn)入燃料電池陽(yáng)極。燃料電池出現(xiàn)缺水時(shí)，燃料電池內(nèi)部溫度上升、濕度下降，溫度傳感器的實(shí)測(cè)溫度高于數(shù)據(jù)接收器中預(yù)設(shè)的最高溫度閾值，并且濕度傳感器的實(shí)測(cè)濕度低于數(shù)據(jù)接收器中預(yù)設(shè)的最低濕度閾值，數(shù)據(jù)接收器進(jìn)行數(shù)據(jù)比較處理后向綜合控制器發(fā)送高電平信號(hào)，綜合控制器控制空氣減壓閥、空氣調(diào)節(jié)閥、氫氣調(diào)節(jié)閥、氫氣減壓閥的開度，增大空氣和氫氣的供應(yīng)量，從而在燃料電池內(nèi)生成更多的水。燃料電池出現(xiàn)水淹時(shí)，燃料電池內(nèi)部溫度下降、濕度上升，溫度傳感器的實(shí)測(cè)溫度低于數(shù)據(jù)接收器中預(yù)設(shè)的最低溫度閾值，并且濕度傳感器的實(shí)測(cè)濕度高于數(shù)據(jù)接收器中預(yù)設(shè)的最高濕度閾值，數(shù)據(jù)接收器進(jìn)行數(shù)據(jù)比較處理后將向綜合控制器發(fā)送低電平信號(hào)，綜合控制器控制空氣減壓閥、空氣調(diào)節(jié)閥、氫氣調(diào)節(jié)閥、氫氣減壓閥的開度，減小空氣和氫氣的供應(yīng)量，從而在燃料電池內(nèi)生成較少的水。本專利技術(shù)是通過(guò)監(jiān)控空氣和氫氣的流量、溫度、壓力和濕度，使燃料電池不發(fā)生缺水和水淹現(xiàn)象，保證車用燃料電池的正常工作，實(shí)現(xiàn)汽車的零排放。采用本專利技術(shù)可以使車輛實(shí)現(xiàn)純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)，突破了內(nèi)燃機(jī)燃燒的卡諾循環(huán)限制，用燃料的電化學(xué)反應(yīng)替代了燃燒，通過(guò)對(duì)燃料電池溫度、濕度、壓力的監(jiān)控有效實(shí)施了燃料電池內(nèi)部水管理，提高了燃料使用效率和做功能力，消除了燃料燃燒生成的各種污染物，實(shí)現(xiàn)了車輛的零排放。附圖說(shuō)明圖1是本專利技術(shù)的總體方案流程圖。圖中：1-空氣壓縮機(jī)，2-儲(chǔ)氣罐，3-空氣減壓閥，4-空氣調(diào)節(jié)閥，5-空氣流量計(jì)，6-數(shù)據(jù)接收器，7-溫度傳感器，8-濕度傳感器，9-壓力傳感器，10-燃料電池，11-氫氣流量計(jì)，12-氫氣調(diào)節(jié)閥，13-氫氣減壓閥，14-氫氣罐，15-綜合控制器。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本專利技術(shù)作進(jìn)一步詳細(xì)描述：如圖1所示，本專利技術(shù)的一種車用燃料電池系統(tǒng)，包括空氣壓縮機(jī)1、儲(chǔ)氣罐2、空氣減壓閥3、空氣調(diào)節(jié)閥4、空氣流量計(jì)5、數(shù)據(jù)接收器6、燃料電池10、氫氣流量計(jì)11、氫氣調(diào)節(jié)閥12、氫氣減壓閥13、氫氣罐14、綜合控制器15和檢測(cè)裝置。空氣壓縮機(jī)1與儲(chǔ)氣罐2相連，為儲(chǔ)氣罐2提供高壓空氣。車用燃料電池的功率密度隨氧氣壓力的增大而升高，因此本專利技術(shù)使用空氣壓縮機(jī)提高空氣供給壓力，借以增大空氣中的氧氣壓力。儲(chǔ)氣罐2通過(guò)壓力管道與空氣減壓閥3的高壓空氣入口相連。本專利技術(shù)的空氣減壓閥3具有外殼，高壓空氣入口設(shè)置于外殼一側(cè)，減壓空氣出口設(shè)置于另一側(cè)，減壓空氣出口連接空氣調(diào)節(jié)閥4。空氣調(diào)節(jié)閥4經(jīng)空氣流量計(jì)5連接燃料電池10的陰極。氫氣罐14通過(guò)壓力管道與氫氣減壓閥13的高壓氫氣入口相連。本專利技術(shù)的氫氣減壓閥13具有外殼，高壓氫氣入口設(shè)置于外殼一側(cè)，減壓氫氣出口設(shè)置于另一側(cè)，減壓氫氣出口連接氫氣調(diào)節(jié)閥12。氫氣調(diào)節(jié)閥12經(jīng)氫氣流量計(jì)11連接燃料電池10的陽(yáng)極。本專利技術(shù)中的檢測(cè)裝置共有兩組，每一組均包含一個(gè)溫度傳感器7、一個(gè)濕度傳感器8和一個(gè)壓力傳感器9。檢測(cè)裝置中的一組設(shè)置于空氣流量計(jì)5與燃料電池10相連接的管道上，其中溫度傳感器7和濕度傳感器8貼近燃料電池10安裝；檢測(cè)裝置中的另一組設(shè)置于氫氣流量計(jì)11與燃料電池10相連接的管道上，其中溫度傳感器7和濕度傳感器8貼近燃料電池10安裝。檢測(cè)裝本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種車用燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，包括空氣壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣罐、空氣減壓閥、空氣調(diào)節(jié)閥、空氣流量計(jì)、數(shù)據(jù)接收器、燃料電池、氫氣流量計(jì)、氫氣調(diào)節(jié)閥、氫氣減壓閥、氫氣罐、綜合控制器和檢測(cè)裝置；所述空氣壓縮機(jī)與所述儲(chǔ)氣罐相連；所述儲(chǔ)氣罐通過(guò)壓力管道與所述空氣減壓閥的高壓空氣入口相連。所述空氣減壓閥具有外殼，所述高壓空氣入口設(shè)置于所述外殼一側(cè)，所述空氣減壓閥的減壓空氣出口設(shè)置于所述外殼另一側(cè)，所述減壓空氣出口連接所述空氣調(diào)節(jié)閥；所述空氣調(diào)節(jié)閥經(jīng)所述空氣流量計(jì)連接燃料電池的陰極；所述氫氣罐通過(guò)壓力管道與所述氫氣減壓閥的高壓氫氣入口相連；所述氫氣減壓閥具有外殼，所述高壓氫氣入口設(shè)置于所述外殼一側(cè)，所述氫氣減壓閥的減壓氫氣出口設(shè)置于所述外殼另一側(cè)，所述減壓氫氣出口連接所述氫氣調(diào)節(jié)閥；所述氫氣調(diào)節(jié)閥經(jīng)所述氫氣流量計(jì)連接燃料電池的陽(yáng)極；所述檢測(cè)裝置共有兩組，每一組所述檢測(cè)裝置均包含一個(gè)所述溫度傳感器、一個(gè)所述濕度傳感器和一個(gè)所述壓力傳感器；所述檢測(cè)裝置中的一組設(shè)置于所述空氣流量計(jì)與燃料電池相連接的管道上，該組中的所述溫度傳感器和所述濕度傳感器貼近燃料電池安裝；所述檢測(cè)裝置中的另一組設(shè)置于所述氫氣流量計(jì)與燃料電池相連接的管道上，該組中的所述溫度傳感器和所述濕度傳感器貼近燃料電池安裝；所述檢測(cè)裝置中的所述溫度傳感器、所述濕度傳感器和所述壓力傳感器均與所述數(shù)據(jù)接收器相連；所述空氣流量計(jì)、所述氫氣流量計(jì)分別以無(wú)線方式向所述數(shù)據(jù)接收器傳送數(shù)據(jù)；所述數(shù)據(jù)接收器與所述綜合控制器相連；所述綜合控制器通過(guò)控制總線分別連接所述空氣減壓閥、所述空氣調(diào)節(jié)閥、所述氫氣調(diào)節(jié)閥、所述氫氣減壓閥。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種車用燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，包括空氣壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣罐、空氣減壓閥、
空氣調(diào)節(jié)閥、空氣流量計(jì)、數(shù)據(jù)接收器、燃料電池、氫氣流量計(jì)、氫氣調(diào)節(jié)閥、氫氣減壓
閥、氫氣罐、綜合控制器和檢測(cè)裝置；
所述空氣壓縮機(jī)與所述儲(chǔ)氣罐相連；
所述儲(chǔ)氣罐通過(guò)壓力管道與所述空氣減壓閥的高壓空氣入口相連。
所述空氣減壓閥具有外殼，所述高壓空氣入口設(shè)置于所述外殼一側(cè)，所述空氣減壓閥
的減壓空氣出口設(shè)置于所述外殼另一側(cè)，所述減壓空氣出口連接所述空氣調(diào)節(jié)閥；
所述空氣調(diào)節(jié)閥經(jīng)所述空氣流量計(jì)連接燃料電池的陰極；
所述氫氣罐通過(guò)壓力管道與所述氫氣減壓閥的高壓氫氣入口相連；
所述氫氣減壓閥具有外殼，所述高壓氫氣入口設(shè)置于所述外殼一側(cè)，所述氫氣減壓閥
的減壓氫氣出口設(shè)置于所述外殼另一側(cè)，所述減壓氫氣出口連接所述氫氣調(diào)節(jié)閥；
所述氫氣調(diào)節(jié)閥經(jīng)所述氫氣流量計(jì)連接燃料電池的陽(yáng)極；
所述檢測(cè)裝置共有兩組，每一組所述檢測(cè)裝置均包含一個(gè)所述溫度傳感器、一個(gè)所述
濕度傳感器和一個(gè)所述壓力傳感器；所述檢測(cè)裝置中的一組設(shè)置于所述空氣流量計(jì)與燃料
電池相連接的管道上，該組中的所述溫度傳感器和所述濕度傳感器貼近燃料電池安裝；所
述檢測(cè)裝置中的另一組設(shè)置于所述氫氣流量計(jì)與燃料電池相連接的管道上，該組中的所述
溫度傳感器和所述濕度傳感器貼近燃料電池安裝；
所述檢測(cè)裝置中的所述溫度傳感器、所述濕度傳感器和所述壓力傳感器均與所述數(shù)據(jù)
接...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉永峰，王娜，姚圣卓，秦建軍，裴普成，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：北京建筑大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：北京;11