[发明专利]一种带有恒压均质供给分配器的多堆组结构燃料电池系统

说明书

本发明公开了一种带有恒压均质供给分配器的多堆组结构燃料电池系统，包括燃料电池电堆组、恒压均质氢气供给分配器系统、恒压均质空气供给分配器系统、热管理系统和电子控制系统；燃料电池电堆组包括燃料电池子堆；恒压均质氢气供给分配器系统包括氢气存储器、氢气调压阀、氢气减压阀、氢气恒压器、氢回路单向阀、氢气喷射阀和氢气水分离器；恒压均质空气供给分配器系统包括空气滤清器、第一空气压缩机、空气中冷器、空气恒压器、空气进气阀和空气水分离器；热管理系统连接燃料电池电堆组的冷却输入端和冷却输出端之间；电子控制系统控制恒压均质氢气供给分配器系统和恒压均质空气供给分配器系统分别向各个燃料电池子堆均匀分流提供氢气和空气。

技术领域

本发明涉及一种带有恒压均质供给分配器的多堆组结构燃料电池系统，特别涉及多堆结构燃料电池系统的燃料电池电堆组、供氢系统和供气系统，属于节能与新能源汽车领域。

背景技术

随着国家节能、减排政策的逐步加严，发展节能与新能源汽车已经成为必然的发展趋势。燃料电池汽车是一种用车载燃料电池产生的电力作为动力的汽车。目前被广泛采用的质子交换膜燃料电池具有高效率、零排放和低噪音的特点，其通常采用高纯度压缩氢气作为燃料，在燃料电池电堆中与空气中的氧气发生化学反应产生电能，提供给电驱动系统驱动车辆行驶。

目前车用燃料电池系统设计通常采用单个燃料电池电堆模块或者简单的多个子堆并联的方式，氢气和氧气以自然压力和流量控制状态供给，由于电堆公共流道长、供气不均匀而导致电堆内部空气和氢气分配不均匀，从而降低了燃料电池电化学反应效率，进而降低燃料电池系统的功率密度，实现150kW甚至更大功率的燃料电池系统开发成为难以突破的难题；另外燃料电池阳极和阴极的压力波动也容易造成动态响应问题并且降低燃料电池使用寿命。中国专利申请CN109713336A公开了一种燃料电池的控制系统，该燃料电池的控制系统能够有效去除燃料电池内过多的液态水，延长电堆寿命，但其并未解决燃料电池电堆内部气体压力分布的均匀性与稳定性问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种带有恒压均质供给分配器的多堆组结构燃料电池系统，利用该系统能够实现电堆内部空气和氢气均匀分配，稳定燃料电池阳极和阴极的压力，提高燃料电池电化学反应效率，提高燃料电池系统的功率密度，延长燃料电池使用寿命，解决研发用于重型运输装备的高输出功率、高功率密度、高工作效率、高功率响应速率、长使用寿命和低成本燃料电池系统技术和产品所面临的难题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种带有恒压均质供给分配器的多堆组结构燃料电池系统，包括燃料电池电堆组、恒压均质氢气供给分配器系统、恒压均质空气供给分配器系统、热管理系统和电子控制系统；

所述燃料电池电堆组包括至少两个燃料电池子堆；

所述恒压均质氢气供给分配器系统包括氢气存储器、氢气调压阀、氢气减压阀、氢气恒压器、氢回路单向阀、氢气喷射阀、氢气水分离器和废氢排气阀；所述氢气调压阀安装于所述氢气存储器的输出端，并通过供氢管路与所述氢气减压阀的输入端连接；所述氢气减压阀的输出端通过供氢管路与所述氢气恒压器的输入端连接；所述氢气恒压器具有与所述燃料电池子堆数量相等的输出端，且各个输出端分别通过所述氢气喷射阀与各个所述燃料电池子堆的氢气输入端连接；所述燃料电池子堆的氢气输出端连接于所述氢气水分离器的输入端；所述氢气水分离器的排氢端通过氢气管路分别与各个所述氢气喷射阀的负压端口连接，在各个所述氢气喷射阀的负压端口的前端均设置有氢回路单向阀；所述氢气水分离器的排氢端还通过氢气管路连接废氢排气阀的输入端；所述废氢排气阀的输出端通过管路连接消声器；所述氢气水分离器的废水输出端通过管路连接消声器；