本發(fā)明專利技術(shù)屬于燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種具有均氣背壓結(jié)構(gòu)的燃料電池多堆系統(tǒng)及其控制方法，氫氣氣源用于將氫氣分別輸入多堆系統(tǒng)和均氣背壓罐中；多堆系統(tǒng)的出口端設(shè)置有常閉脈沖排氣閥，常閉脈沖排氣閥能進(jìn)行脈沖排氣，使多堆系統(tǒng)內(nèi)部匯集的雜質(zhì)氣進(jìn)入氣液分離器中進(jìn)行氣液分離；氣液分離器設(shè)有第一出口，且第一出口處設(shè)有第二常閉電磁閥，其用于將氣液分離后的雜質(zhì)氣和液體水排出到外界；當(dāng)負(fù)載電流變化，且氫氣氣源中的氫氣流量變化滯后，仍未到達(dá)多堆系統(tǒng)末端時(shí)，均氣背壓罐中氫氣在壓差作用下進(jìn)入多堆系統(tǒng)，為多堆系統(tǒng)提供反應(yīng)氣。本發(fā)明專利技術(shù)能在不增加寄生功率的情況下有效提升輸出背壓，提高多堆系統(tǒng)間的一致性以及系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力。的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力。的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種具有均氣背壓結(jié)構(gòu)的燃料電池多堆系統(tǒng)及其控制方法
[0001]本專利技術(shù)屬于燃料電池
，更具體地，涉及一種具有均氣背壓結(jié)構(gòu)的燃料電池多堆系統(tǒng)及其控制方法。
技術(shù)介紹
[0002]燃料電池多堆系統(tǒng)適用于大功率輸出情景，系統(tǒng)體積大、反應(yīng)氣和冷卻介質(zhì)流量大、分配不均勻性加劇；需求側(cè)負(fù)荷變化信號(hào)流與供給側(cè)能量流協(xié)同復(fù)雜，加劇氣體分配的不均勻性。現(xiàn)有燃料電池多堆系統(tǒng)通過并聯(lián)管路與多個(gè)電堆入口直接相連，多個(gè)電堆出口氣體匯集后排出系統(tǒng)，容易導(dǎo)致末端電堆發(fā)生缺氣和水淹。因此，對(duì)燃料電池多堆系統(tǒng)的均氣排水設(shè)計(jì)有助于提升系統(tǒng)壽命和輸出穩(wěn)定性。燃料電池系統(tǒng)一般通過在電堆出口添加背壓閥保障運(yùn)行壓力，提升輸出特性。
[0003]CN202210992389.7公開了一種多電堆燃料電池均勻供氣系統(tǒng)，通過空氣分流器保障進(jìn)氣均一性，多個(gè)電堆的陰極出口均與水氣分離水箱的入口相連，水氣分離水箱的氣體出口與排氣管相連，但其未說明分流器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及如何通過分流器保障各電堆進(jìn)氣氣壓完全一致，且在負(fù)荷動(dòng)態(tài)變化時(shí)響應(yīng)速度慢，極易出現(xiàn)瞬時(shí)燃料饑餓情況。CN201810874914.9公開了一種具有氣液分離功能的燃料電池背壓調(diào)節(jié)裝置,用在氫氧或氫空燃料電池性能測(cè)試中實(shí)現(xiàn)電池的背壓調(diào)節(jié),包括單向閥、壓力表、背壓閥、集水罐、水位顯示管、泄水閥門及管路等，實(shí)現(xiàn)了由燃料電池中排出的未反應(yīng)氣體與液態(tài)水滴的分離和分別排放，但其存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、未反應(yīng)氣體排放浪費(fèi)等問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本專利技術(shù)的目的在于提供一種具有均氣背壓結(jié)構(gòu)的燃料電池多堆系統(tǒng)及其控制方法，以解決現(xiàn)有燃料電池多堆系統(tǒng)背壓低、輸出電壓低以及變載時(shí)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力弱的問題。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供了一種具有均氣背壓結(jié)構(gòu)的燃料電池多堆系統(tǒng)，包括氫氣氣源、電堆系統(tǒng)、均氣背壓罐和氣液分離器，其中：
[0006]所述氫氣氣源用于將氫氣分別輸入所述多堆系統(tǒng)和所述均氣背壓罐中；所述多堆系統(tǒng)的出口端設(shè)置有常閉脈沖排氣閥，所述常閉脈沖排氣閥能進(jìn)行脈沖排氣，使所述多堆系統(tǒng)內(nèi)部匯集的雜質(zhì)氣進(jìn)入所述氣液分離器中進(jìn)行氣液分離；所述氣液分離器設(shè)有第一出口，且所述第一出口處設(shè)有第二常閉電磁閥，其用于將氣液分離后的雜質(zhì)氣和液體水排出到外界；其用于將氣液分離后的雜質(zhì)氣和液體水排出到外界；當(dāng)負(fù)載電流變化，且所述氫氣氣源中的氫氣流量滯后，還未到達(dá)所述多堆系統(tǒng)中的末端時(shí)，所述均氣背壓罐中的氫氣在壓差作用下能進(jìn)入所述多堆系統(tǒng)，為所述多堆系統(tǒng)提供反應(yīng)氣。
[0007]進(jìn)一步的，所述多堆系統(tǒng)至少包括兩個(gè)并聯(lián)的電堆，且每個(gè)電堆與所述氫氣氣源之間均設(shè)置有常開電磁閥，所述常開電磁閥用于控制氫氣通斷；每個(gè)電堆出口處均設(shè)置有所述常閉脈沖排氣閥，其用于使所述多堆系統(tǒng)脈沖排氣。
[0008]進(jìn)一步的，所述多堆系統(tǒng)還包括外部控制器，所述氣液分離器上設(shè)置有第一壓力傳感器，用于記錄并傳輸其內(nèi)部的壓力信號(hào)至所述外部控制器；所述均氣背壓罐上設(shè)置有第二壓力傳感器，用于記錄并傳輸其內(nèi)部的壓力信號(hào)至所述外部控制器；當(dāng)所述氣液分離器內(nèi)的壓力大于所述均氣背壓罐內(nèi)的預(yù)設(shè)倍數(shù)的壓力時(shí)，所述外部控制器用于控制所述第二常閉電磁閥開啟，以將所述多堆系統(tǒng)的雜質(zhì)氣和液態(tài)水排出到外界。
[0009]更進(jìn)一步的，所述氣液分離器上設(shè)置有液位傳感器，用于記錄并傳輸其內(nèi)部的液位高度至外部控制器，當(dāng)所述氣液分離器內(nèi)的液位高度大于預(yù)設(shè)最高液位高度時(shí)，所述外部控制器能控制所述第二常閉電磁閥開啟，以將分離得到的雜質(zhì)氣體和液態(tài)水排出到外界。
[0010]進(jìn)一步的，所述多堆系統(tǒng)上設(shè)置有電壓巡檢儀，用于讀取并輸出所述多堆系統(tǒng)中各電堆的電壓信號(hào)至所述外部控制器，所述外部控制器基于所述電壓信號(hào)判斷并控制所述常閉脈沖排氣閥的啟閉。
[0011]進(jìn)一步的，所述氣液分離器上還設(shè)有第二出口，所述第二出口經(jīng)由第一常閉電磁閥與所述均氣背壓罐連接，所述多堆系統(tǒng)啟停時(shí)，打開所述第一常閉電磁閥能對(duì)所述多堆系統(tǒng)進(jìn)行吹掃。
[0012]根據(jù)本專利技術(shù)的另一個(gè)方面，還公開一種如前任意所述的一種具有均氣背壓結(jié)構(gòu)的燃料電池多堆系統(tǒng)的控制方法，所述控制方法包括以下步驟：
[0013]S1實(shí)時(shí)獲取所述多堆系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)氣液分離器的液位高度、電堆系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間、氣液分離器的壓力、均氣背壓罐的壓力、第二常閉電磁閥的排氣時(shí)間和電堆系統(tǒng)中每個(gè)電堆的電壓信號(hào)；
[0014]S2判斷任意一個(gè)所述電壓信號(hào)是否小于預(yù)設(shè)的最低單片電壓：若是，則執(zhí)行下一步；若否，則重新進(jìn)行步驟S2的判斷；
[0015]S3打開所述電壓信號(hào)小于所述最低單片電壓的電堆對(duì)應(yīng)的脈沖排氣閥，持續(xù)排氣第一預(yù)設(shè)時(shí)間后關(guān)閉；
[0016]S4判斷所述液位高度是否大于等于預(yù)設(shè)的最高液位高度：若是，則執(zhí)行下一步；若否，則重新進(jìn)行步驟S4的判斷；
[0017]或，判斷所述氣液分離器的壓力是否大于等于預(yù)設(shè)倍數(shù)的均氣背壓罐的壓力：若是，則執(zhí)行下一步；若否，則重新進(jìn)行步驟S4的判斷；
[0018]S5打開第二常閉電磁閥排氣，并記錄其排氣時(shí)間，當(dāng)所述排氣時(shí)間大于等于預(yù)設(shè)尾氣排氣時(shí)間時(shí)，關(guān)閉所述第二常閉電磁閥；
[0019]S6判斷所述運(yùn)行時(shí)間是否大于等于預(yù)設(shè)運(yùn)行時(shí)間：若是，則控制所述多堆系統(tǒng)停止運(yùn)行；若否，則重復(fù)步驟S1
?
S6，直至所述多堆系統(tǒng)停止運(yùn)行。
[0020]進(jìn)一步的，步驟S5中，所述預(yù)設(shè)倍數(shù)為0.5倍
?
0.8倍。
[0021]進(jìn)一步的，所述最低單片電壓為0.3V；所述最高液位高度優(yōu)選為所述氣液分離器內(nèi)的高度處。
[0022]進(jìn)一步的，所述第一預(yù)設(shè)時(shí)間優(yōu)選1s，尾氣排氣時(shí)間優(yōu)選2s
?
4s。。
[0023]通過本專利技術(shù)所構(gòu)思的以上技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要具備以下優(yōu)點(diǎn)：
[0024]1.本專利技術(shù)的燃料電池多堆系統(tǒng)的均氣背壓結(jié)構(gòu)相比于現(xiàn)有的燃料電池多堆系統(tǒng)
的改進(jìn)之處是：通過在進(jìn)氣末端添加均氣背壓罐，在不增加進(jìn)氣源的基礎(chǔ)上保障了多堆系統(tǒng)末端電堆的氣體壓力，當(dāng)負(fù)載電流變化時(shí)，氫氣氣源輸出的氣體短時(shí)間輸送不到末端電堆中，但是電堆內(nèi)的反應(yīng)還在消耗氣體，此時(shí)均氣背壓罐中儲(chǔ)存的氫氣氣體在壓差作用下進(jìn)入末端電堆，為末端電堆額外提供反應(yīng)氣，進(jìn)而提升了燃料電池多堆系統(tǒng)在負(fù)載電流變化時(shí)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力；因此，本專利技術(shù)能在不增加寄生功率的情況下有效提升輸出背壓，進(jìn)而提高電堆多堆系統(tǒng)間的一致性以及系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力。
[0025]2.本專利技術(shù)將均氣背壓罐與氣液分離器之間通過設(shè)置常閉電磁閥來控制通斷，以實(shí)現(xiàn)燃料電池多堆系統(tǒng)啟停時(shí)，均氣背壓罐和整個(gè)燃料電池多堆系統(tǒng)的完全吹掃，保障燃料電池多堆系統(tǒng)的安全性，且本專利技術(shù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制方法簡(jiǎn)便、自動(dòng)化程度高。
[0026]3.本專利技術(shù)通過設(shè)定最高排水壓力和比較均氣背壓罐與氣液分離器之間的壓差，來分別控制氣液分離器出口處的常閉電磁閥對(duì)外排氣除水，足夠的壓差能提供足夠的脈沖排氣動(dòng)力，進(jìn)而保障脈沖排氣和除水效果，提升系統(tǒng)燃料利用率。
[0027]4.本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
【技術(shù)特征摘要】
1.一種具有均氣背壓結(jié)構(gòu)的燃料電池多堆系統(tǒng)，其特征在于，包括氫氣氣源(1)、電堆系統(tǒng)、均氣背壓罐(6)和氣液分離器(15)，其中：所述氫氣氣源(1)用于將氫氣分別輸入所述多堆系統(tǒng)和所述均氣背壓罐(6)中；所述多堆系統(tǒng)的出口端設(shè)置有常閉脈沖排氣閥，所述常閉脈沖排氣閥能進(jìn)行脈沖排氣，使所述多堆系統(tǒng)內(nèi)部匯集的雜質(zhì)氣進(jìn)入所述氣液分離器(15)中進(jìn)行氣液分離；所述氣液分離器(15)設(shè)有第一出口，且所述第一出口處設(shè)有第二常閉電磁閥(16)，其用于將氣液分離后的雜質(zhì)氣和液體水排出到外界；當(dāng)負(fù)載電流變化，且所述氫氣氣源(1)中的氫氣流量滯后，還未到達(dá)所述多堆系統(tǒng)中的末端時(shí)，所述均氣背壓罐(6)中的氫氣在壓差作用下能進(jìn)入所述多堆系統(tǒng)，為所述多堆系統(tǒng)提供反應(yīng)氣。2.如權(quán)利要求1所述的一種具有均氣背壓結(jié)構(gòu)的燃料電池多堆系統(tǒng)，其特征在于，所述多堆系統(tǒng)至少包括兩個(gè)并聯(lián)的電堆，且每個(gè)電堆與所述氫氣氣源(1)之間均設(shè)置有常開電磁閥，所述常開電磁閥用于控制氫氣通斷；優(yōu)選的，每個(gè)電堆出口處均設(shè)置有所述常閉脈沖排氣閥，用于分別控制每個(gè)電堆脈沖排氣。3.如權(quán)利要求1所述的一種具有均氣背壓結(jié)構(gòu)的燃料電池多堆系統(tǒng)，其特征在于，所述多堆系統(tǒng)還包括外部控制器，所述氣液分離器(15)上設(shè)置有第一壓力傳感器(7)，用于記錄并傳輸其內(nèi)部的壓力信號(hào)至所述外部控制器；所述均氣背壓罐(6)上設(shè)置有第二壓力傳感器(13)，用于記錄并傳輸其內(nèi)部的壓力信號(hào)至所述外部控制器；當(dāng)所述氣液分離器(15)內(nèi)的壓力大于所述均氣背壓罐(6)內(nèi)的預(yù)設(shè)倍數(shù)的壓力時(shí)，所述外部控制器用于控制所述第二常閉電磁閥(16)開啟，以將所述多堆系統(tǒng)的雜質(zhì)氣和液態(tài)水排出到外界。4.如權(quán)利要求3所述的一種具有均氣背壓結(jié)構(gòu)的燃料電池多堆系統(tǒng)，其特征在于，所述氣液分離器(15)上設(shè)置有液位傳感器(14)，用于記錄并傳輸其內(nèi)部的液位高度至外部控制器，當(dāng)所述氣液分離器(15)內(nèi)的液位高度大于預(yù)設(shè)最高液位高度時(shí)，所述外部控制器能控制所述第二常閉電磁閥(16)開啟，以將分離得到的雜質(zhì)氣體和液態(tài)水排出到外界。5.如權(quán)利要求3所述的一種具有均氣背壓結(jié)構(gòu)的燃料電池多堆系統(tǒng)，其特征在于，所述多堆系統(tǒng)上設(shè)置有電壓巡檢儀，用于讀取并輸出所述多堆系統(tǒng)中各電堆的電壓信號(hào)至所述外部控制器，...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：涂正凱，范麗欣，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：華中科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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