[发明专利]一种空气循环的燃料电池系统及其控制方法

说明书

本发明公开了一种空气循环的燃料电池系统，包括：燃料电池电堆，空气子系统，氢气子系统以及控制子系统；空气子系统中空气依次经过空气滤清器、空气压缩机、加湿中冷器以及第一引射器；第一引射器两端分别设置有电堆入口阀和引射器出口；引射器出口与燃料电池电堆的空气入堆口连通；第一引射器的内壁上形成有回流管，回流管连通燃料电池电堆出口；氢气子系统包括连通设置的第二引射器和水汽分离器；第二引射器与燃料电池电堆的阳极气体入堆口连通。本发明采用引射器进行回流循环；利用引射器将燃料电池空气路出堆口的空气引设到空气入堆口，从而增加空气子系统的过量比，并且加湿进气空气湿度，提高燃料电池性能。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种空气循环的燃料电池系统及其控制方法。

背景技术

燃料电池汽车技术迅速发展，燃料电池系统作为一种发电装置，将化学能转化成电能。氢燃料电池更是作为一种清洁能源，对环境友好，而受到广泛关注。

由于燃料电池系统的空气需要增湿，才能达到合适的电堆操作条件；而且，燃料电池的质子交换膜需要维持在合适的操作湿度下方能使燃料电池保持较高的效能。现有技术中的燃料电池系统存在以下问题：在空气路中通过膜增湿对空气加湿，造价较高，系统成本较高，对燃料电池系统中的水没有循环利用；此外，现有技术中无法对阳极和阴极中未反应气体进行循环利用。因此，有必要对现有技术中的燃料电池系统进行改进，以解决上述问题。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种空气循环的燃料电池系统。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种空气循环的燃料电池系统，包括：燃料电池电堆，空气子系统，氢气子系统以及控制子系统，其特征在于，

所述空气子系统中空气依次经过空气滤清器、空气压缩机、加湿中冷器以及第一引射器；所述第一引射器两端分别设置有电堆入口阀和引射器出口；所述引射器出口与所述燃料电池电堆的空气入堆口连通；所述第一引射器的内壁上形成有回流管，所述回流管连通所述燃料电池电堆出口；所述回流管通过调节阀连通有一排放管；所述加湿中冷器与位于所述调节阀输出端的所述排放管连通；

所述氢气子系统包括连通设置的第二引射器和水汽分离器；所述第二引射器与所述燃料电池电堆的阳极气体入堆口连通，所述水汽分离器与所述燃料电池电堆的阳极气体出堆口连通；

所述控制子系统对所述燃料电池中阳极和阴极中的气体流量或浓度和质子交换膜的湿度进行实时监测。

本发明一个较佳实施例中，所述燃料电池电堆出口的流体包括所述燃料电池电堆中未反应的空气和水的混合物。

本发明一个较佳实施例中，所述燃料电池电堆出口的流体中的水来源于：所述燃料电池电堆阳极反应产生的水和由所述第一引射器加湿后的空气带入的水。

本发明一个较佳实施例中，所述燃料电池电堆的阳极气体出堆口的流体包括所述燃料电池电堆中未反应的阳极气体和水的混合物。

本发明一个较佳实施例中，所述水汽分离器与位于所述调节阀输出端的所述排放管连通。

本发明提供了一种空气循环的燃料电池系统的控制方法，包括以下步骤：

S1、启动燃料电池系统，待燃料电池系统进入稳定状态，控制子系统对燃料系统进行实时监测；

S2、通过第二引射器将阳极气体出堆口的流体引射至水汽分离器，经过气水分离后的未反应的阳极气体，与第二引射器输入端喷射的气体混合后，导入燃料电池电堆阳极，增加氢气子系统中阳极气体的流量和浓度；

S3、检测到燃料电池电堆阳极中阳极气体的流量增加时，空气子系统将大气环境的空气经过过滤、压缩以及冷却后，空气在经过第一引射器时与回流路中引射的部分流体混合，增加了进气空气的流量，且增加了进气空气的湿度，增加空气子系统的过量比，进而调节燃料电池电堆中质子交换膜的湿度。