[发明专利]一种燃料电池系统及其控制方法

说明书

本发明公开了一种燃料电池系统及其控制方法，包括电堆模块和燃料电池系统控制器，氢气路系统包括截止阀、第一比例阀、引射器、湿度传感器和第二比例阀，外部高压氢气经过截止阀、第一比例阀和引射器进入电堆模块的氢气入口，湿度传感器检测进入电堆模块氢气入口的氢气湿度并将信号送到燃料电池系统控制器；电堆模块氢气出口通过第一支路连接到引射器的回氢引射口，第一支路安装第二比例阀，第一比例阀、第二比例阀受燃料电池系统控制器控制，燃料电池系统控制器根据湿度传感器发送过来的信号来控制第一比例阀和第二比例阀，达到控制进入电堆模块氢气入口的氢气湿度结构和控制简单，提高整个系统的效率和可靠性，节约能源，降低成本。

技术领域：

本发明涉及一种燃料电池系统及其控制方法。

背景技术：

氢燃料电池系统是一种能量转换装置，是将氢气和氧气的化学能通过催化剂的作用下转化为电能，供给用电设备使用。氢燃料电池系统是一种高效率、高能量密度、低噪音、对环境无污染的新型能源，是一种非常具有发展前景的新能源发电动力装置。

氢气循环系统是燃料电池系统中的一个十分重要的子系统，氢气循环系统负责将电堆氢气出口排出的未反应的氢气及水汽送回电堆氢气入口，经过与燃料电池堆入口处的纯氢气混合后再一并送入到燃料电池堆内部，保证燃料电池电堆中的电化学反应的正常进行，并且氢气循环系统通过对大量氢气及水汽的循环利用，保证了燃料电池内的湿度平衡，相应的也提高了氢气的利用率及整个燃料电池系统的经济性。

送入电堆中的氢气湿度是一个重要技术指标。在燃料电池工作过程中，质子交换膜必须保持一定的湿度才能保持质子的高传导性和良好的运行特性。进入电堆的氢气湿度过低会导致膜过干，使质子交换膜失去传导质子的能力，严重时导致膜脱水、皱缩甚至破裂；如果进入电堆的氢气湿度过高，则会导致膜中含水量过高会造成水淹和低温状态下结冰的现象，堵塞气体流道，导致电池性能大幅下降。因此，如何有效实现氢气循环并精准的调节进入电堆的氢气湿度，是保持燃料电池内部稳定，提高燃料电池性能及寿命的一个关键问题。

在专利CN202010457857.1中公开了一种燃料电池氢气循环系统及其控制方法，是通过控制氢气循环系统中的氢气循环泵转速，来实现燃料电池电堆入口氢气湿度的协调控制。但是氢气循环泵体积大占用空间，并且需要电力驱动，增加燃料电池系统的额外功耗，浪费能源；另外，此方法对氢气湿度控制不够精确，燃料电池系统在高功率运行时，电堆模块排出的未反应氢气和水的量是很大的，氢气循环泵必定要增大转速才能未反应氢气泵入电堆模块氢气入口，达到氢气循环的平衡，此时有可能将过多过的水泵入了电堆模块，带来燃料电池系统风险。

发明内容：

本发明的目的是提供一种燃料电池系统，解决现有技术中氢气循环泵实现氢气循环，不仅占用空间增加额外功耗，并且不能有效的、精确的控制送入电堆中的氢气湿度，可能给整体系统带来运行系统风险的技术问题。

本发明的另一个目的是提供一种燃料电池系统的控制方法，它解决燃料电池系统对对氢气湿度控制不够精确和可靠性的技术问题。

本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。

本发明的目的是提供一种燃料电池系统，包括电堆模块、燃料电池系统控制器和氢气路系统，其特征在于：所述的氢气路系统包括截止阀、第一比例阀、引射器、湿度传感器和第二比例阀，其中：

外部高压氢气经过截止阀、第一比例阀和引射器进入电堆模块的氢气入口，湿度传感器检测进入电堆模块的氢气入口的氢气湿度并将信号送到燃料电池系统控制器；电堆模块的氢气出口通过第一支路连接到引射器的回氢引射口，第一支路安装第二比例阀，第一比例阀、第二比例阀受燃料电池系统控制器控制，燃料电池系统控制器根据湿度传感器发送过来的信号来控制第一比例阀和第二比例阀，达到控制进入电堆模块的氢气入口的氢气湿度。