[发明专利]一种氢燃料电池氢气供给系统

说明书

本发明是一种氢燃料电池氢气供给系统，主要是用于新能源汽车的燃料电池系统，提供了从氢罐到燃料电池的整个循环系统的设计方案，本发明主要是解决氢气供应系统的氢气供应不稳定、可控性差和超高压安全性差等问题。本发明的原理是将超高压的氢气罐和压力较低的氢气流动线路进行分离，在氢气供应系统主回路中增加小体积的中继储氢罐，且通过对中继储氢罐中的氢气进行冷却和液化处理，使得中继储氢罐中的氢气低压化，在氢气回收回路中设置氢泵和小体积中继储氢罐，从而使得氢气的供给更加平稳可控和安全。

技术领域

本发明属于新能源装备领域，主要是用于新能源汽车的燃料电池系统，是一种氢燃料电池氢气供给系统。

背景技术

在“双碳”目标的背景下，氢燃料电池电动汽车(FCEV)是未来汽车发展的一个主要方向。氢燃料电池的底层技术决定了它是高能量密度、高能量转换率、环保无污染的能量来源，具备“燃料+能量+环保”属性，是理想汽车动力来源。根据《Fuel Cell System Cost–2017》数据，燃料电池系统占整车成本约63％，由燃料电池堆(催化剂、双极板、质子交换膜)，空气循环系统、供氢系统、水/热管理系统四大部分构成。目前国产氢燃料电池零部件、电堆已基本具备产业基础，但是氢气供应系统的相关技术还够成熟，也是FCEV发展的一个主要瓶颈。本发明是一种新型的氢燃料电池氢气供给系统，提供了从氢罐到燃料电池的整个循环系统的设计方案，本发明的核心思想是在循环回路中增加了小体积储氢罐，使得超高压罐被隔离，使得整个系统的氢气供应更加平稳可控，也保证整个燃料电池系统的长期稳定运行。

发明内容

本发明的目的是提供一种氢燃料电池氢气供给系统，该发明主要是解决氢气供应系统的氢气供应不稳定、可控性差等问题，本发明的原理是在氢气供应系统回路中增加小体积的中继储氢罐，且通过对中继储氢罐中的氢气进行冷却和液化处理，使得中继储氢罐中的氢气低压化，本发明的核心思想是将超高压的氢气罐和压力较低的氢气流动线路进行高低压区域的分离，从而使得氢气的供给更加平稳可控和安全。

本发明是一种氢燃料电池氢气供给系统，所述的氢气供给系统包括氢气罐、电磁阀一、压力传感器一、制冷装置、单向阀一、氢气罐二、氢泵一、减压阀一、减压阀二、单向阀二、压力传感器二、电磁阀二、燃料电池、单向阀三、氢泵二和氢气罐三，氢气供给系统内的流体介质为液氢和氢气，将氢燃料输送至燃料电池。沿氢气流动方向，氢气罐与电磁阀一、单向阀一、氢气罐二、氢泵一、减压阀一和电磁阀二依次连接，最后氢气从燃料电池的a口进入燃料电池；未消耗的氢气从b口流出，沿着氢气流动方向，单向阀三、氢泵二、氢气罐三和单向阀二依次连接，最后汇入主回路，经过电磁阀二从a口进入燃料电池；单向阀一、氢气罐二和氢泵一安装在制冷装置内部；在氢气供给系统的循环回路上设有多个压力传感装置，用于实时监测系统的运行工况，将压力信号传递燃料电池的电控系统，电控系统将根据电动车的实际功率需求调节电磁阀一和电磁阀二，从而调整燃料电池的实时功率，压力传感器的数量可更加具体实施例的工况要求进行增加。

所述的氢燃料电池氢气供给系统，氢气罐内存储的为高压氢气，氢气罐所处的环境温度为常温；氢气罐二存储的液态氢，安置在制冷装置中，氢气罐二所处的环境温度为超低温，氢气罐二在相对较低的压力下可使得氢气罐中流入的氢气转化为液态；氢泵一为氢气抽取动力单元，安置在制冷装置中，抽取氢气罐二中的液态氢输送至减压阀一。单向阀一、氢气罐二和氢泵一均安置在制冷装置中，并组成氢气供给系统的中继站，制冷装置中的所有部件均出在超低温环境，使得在该段线路中的氢气保持为液态。氢泵一为高压泵，其泵送的出口压力大于减压阀一的内设压力。

所述的氢燃料电池氢气供给系统，在氢气供给系统的中设有氢气回收回路，氢气回收回路由单向阀三、氢泵二、氢气罐三和单向阀二组成，用于回收燃料电池未消耗的氢气，通过氢泵二将未消耗的氢气泵送至氢气罐三，氢泵二为高压泵，使得氢气罐三内的压力高于减压阀二的内设压力；氢气罐三安置在常温环境，为氢气回收回路的中继站，使得氢气回收回路中的氢气不需要连续的输送至主回路进入燃料电池。