專利名稱：自循環(huán)燃料電池控制系統(tǒng)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于燃料電池系統(tǒng)領(lǐng)域，特別涉及一種自循環(huán)燃料電池控制系統(tǒng)及其方法。
背景技術(shù)：
燃料電池堆通常多個電池單元構(gòu)成，每個電池單元包括兩個電極(雙極板)和隔 開該兩個電極的模電極組件(MEA)，并且彼此串聯(lián)地組裝，形成燃料電池堆。通過給每個電 極供給適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)物，即給一個電極供給燃料而另一個供給氧化劑，實現(xiàn)電化學(xué)反應(yīng)，從而 在電極之間形成電位差，并且因此產(chǎn)生電能。典型的以空氣中的氧為氧化劑的燃料電池系統(tǒng)中，燃料與空氣分別通過一組通道 進入燃料電池?？諝膺M入燃料電池之前，需要進行如下處理1、通過過濾器對空氣進行過濾，以避免空氣中混合的其它有害氣體造成燃料電池 壽命的縮短；2、通過增壓循環(huán)泵(空氣壓縮器)進行增壓，以保證氧化劑的供給量，并促使反應(yīng) 生成的水及時排出。3、根據(jù)需要，增加加濕器，用于對空氣進行加濕，以保證燃料電池電化學(xué)反應(yīng)速 度；4、根據(jù)需要，增加加熱器，用于對空氣進行加熱，以保證燃料電池的工作溫度。進入燃料電池的空氣中的氧部分與燃料發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)后，空氣中未參與電化學(xué) 反應(yīng)的部分與反應(yīng)生成的水、熱一起排出，由于氣體的進入與排出相對處于一個開放的環(huán) 境中，因此可以稱之為開放型的燃料電池系統(tǒng)。這種燃料電池系統(tǒng)存在以下缺點1、受限于空氣中氧濃度，燃料電池需要較高的工作壓力，增壓循環(huán)泵工作負荷較 大；2、反應(yīng)生成的水主要隨空氣一起排出，不易控制，未能在燃料電池中得到有效利 用，對進入的空氣需要額外的加濕器或者需要在燃料電池中需要增加比較好保濕措施；3、反應(yīng)生成的水需要較大的壓力才能排出，這進一步造成增壓循環(huán)泵的工作負 擔(dān)；4、反應(yīng)產(chǎn)生的熱量隨空氣一起排出，未能在燃料電池得到較好的利用，即使通過 熱交換等方式部分地用于燃料電池，但受制于其開放型的結(jié)構(gòu)，反應(yīng)產(chǎn)生的熱量不易控制。5、過濾器雖然可濾除空氣中的部分雜質(zhì)，但在高污染的環(huán)境中，難以進行持續(xù)工 作，嚴重影響燃料電池的性能。6、雖然可通過增壓循環(huán)泵進行增壓，但在高原等氧化劑稀薄的環(huán)境中，增壓循環(huán) 泵的工作負荷進一步加大，這難以保證燃料電池電化學(xué)反應(yīng)速度，對燃料電池的性能也會 產(chǎn)生重大影響。
目前的解決方案采用單個性能強勁的回收泵對燃料電池電堆燃料通道或氧化劑通道進行排水循環(huán)，換熱、換氣。該方案的缺點是，如果回收泵發(fā)生故障，則燃料電池堆無法正常工作。有鑒于此，本領(lǐng)域技術(shù)人員針對上述問題， 提供了一種結(jié)構(gòu)簡單，運行方便，且成 本低廉的自循環(huán)燃料電池控制系統(tǒng)及其方法。

發(fā)明內(nèi)容
本申請的目的之一在于，提供一種自循環(huán)燃料電池系統(tǒng)。本申請的另一目的在于，提供一種自循環(huán)燃料電池控制系統(tǒng)。本申請的另一目的在于，提供一種自循環(huán)燃料電池控制方法。本申請采用如下技術(shù)方案本發(fā)明提供一種自循環(huán)燃料電池系統(tǒng)，包括設(shè)有燃料通道和氧化劑通道的燃料電 池電堆，所述燃料電池電堆雙向進、排氣，所述氧化劑通道的一端設(shè)有用于裝氧化劑的氧化 劑容器，另一端分為兩路，分別通過第一電磁閥和第四電磁閥連接燃料電池電堆的兩端，所 述第一電磁閥與所述燃料電池電堆之間連接帶有第三電磁閥的旁通管，所述第四電磁閥與 所述燃料電池電堆之間連接帶有第二電磁閥的旁通管。本發(fā)明還提供一種自循環(huán)燃料電池系統(tǒng)，包括設(shè)有燃料通道和氧化劑通道的燃料 電池電堆，所述燃料電池電堆雙向進、排氣，所述氧化劑通道的一端設(shè)有用于裝氧化劑的氧 化劑容器，另一端分為兩路，分別通過第一電磁閥和第四電磁閥連接燃料電池電堆的兩端， 所述第一電磁閥與所述燃料電池電堆之間設(shè)有第一氣水分離器，帶有第三電磁閥的旁通 管連接所述第一氣水分離器，所述第四電磁閥與所述燃料電池電堆之間設(shè)有第二氣水分離 器，帶有第二電磁閥的旁通管連接所述第二氣水分離器。本發(fā)明還提供一種自循環(huán)燃料電池控制系統(tǒng)，包括設(shè)有燃料通道和氧化劑通道的 燃料電池電堆，所述燃料電池電堆雙向進、排氣，所述氧化劑通道的一端設(shè)有用于裝氧化劑 的氧化劑容器，另一端分為兩路，分別通過第一電磁閥和第四電磁閥連接燃料電池電堆的 兩端，所述第一電磁閥與所述燃料電池電堆之間設(shè)有第一氣水分離器，帶有第三電磁閥的 旁通管連接所述第一氣水分離器；所述第四電磁閥與所述燃料電池電堆之間設(shè)有第二氣水 分離器，帶有第二電磁閥的旁通管連接所述第二氣水分離器；所述氧化劑通道上依次設(shè)有 壓力傳感器以及進口電磁閥，所述燃料電池電堆上還設(shè)有溫度傳感器；還包括一控制器，分 別與所述電磁閥、壓力傳感器、進口電磁閥以及溫度傳感器相連接。本發(fā)明還提供一種自循環(huán)燃料電池系統(tǒng)，包括設(shè)有燃料通道和氧化劑通道的燃料 電池電堆，所述燃料電池電堆雙向進、排氣，所述氧化劑通道的一端設(shè)有用于裝氧化劑的容 器，另一端分為兩路，分別通過第一電磁閥和第四電磁閥連接燃料電池電堆的兩端，所述第 一電磁閥與所述燃料電池電堆之間連接帶有第三電磁閥的旁通管，所述第四電磁閥與所述 燃料電池電堆之間連接帶有第二電磁閥的旁通管，所述氧化劑容器內(nèi)容納液體或氣體，所 述氧化劑容器自帶壓力。本發(fā)明還提供一種自循環(huán)燃料電池控制方法，采用上述不帶氣水分離器的自循環(huán) 燃料電池控制系統(tǒng)，包括以下步驟(1)所述第一電磁閥打開，所述第二電磁閥、第三電磁閥以及第四電磁閥保持關(guān) 閉，所述燃料電池電堆工作；(2)保持所述第一電磁閥打開，保持所述第三電磁閥以及第四電磁閥關(guān)閉，打開所述第二電磁閥，所述燃料電池電堆排水；
(3)保持所述第三電磁閥關(guān)閉，關(guān)閉所述第一電磁閥以及第二電磁閥，打開所述第 四電磁閥，所述燃料電池電堆反向進氣，繼續(xù)工作；(4)保持所述第一電磁閥以及第二電磁閥關(guān)閉，所述第四電磁閥打開，打開所述第 三電磁閥，所述燃料電池電堆反向排水。 本發(fā)明還提供一種自循環(huán)燃料電池控制方法，采用上述帶有氣水分離器的自循環(huán) 燃料電池控制系統(tǒng)，包括以下步驟(1)所述第一電磁閥打開，所述第二電磁閥、第三電磁閥以及第四電磁閥保持關(guān) 閉，所述燃料電池電堆工作，排出的氣水在第一氣水分離器內(nèi)分離；(2)保持第一電磁閥打開，保持所述第三電磁閥以及第四電磁閥關(guān)閉，打開所述第 二電磁閥，所述第一氣水分離器排水；(3)保持所述第三電磁閥關(guān)閉，關(guān)閉所述第一電磁閥以及第二電磁閥，打開所述第 四電磁閥，所述燃料電池電堆反向進氣，繼續(xù)工作，排出的氣水在第二氣水分離器內(nèi)分離；(4)保持所述第一電磁閥以及第二電磁閥關(guān)閉，所述第四電磁閥打開，打開所述第 三電磁閥，所述第二氣水分離器排水。由于采用了上述技術(shù)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請具有以下優(yōu)點中的多個或全部1、無需對氧化劑進行過濾、加濕或加熱。2、由于采用容器裝的氧化劑作為氧化劑，其氧化劑濃度高，在電化學(xué)反應(yīng)時，燃料 電池中無需很高的工作壓力，即可保證氧化劑的供給量。3、由于采用相對封閉的循環(huán)結(jié)構(gòu)，在高污染和/或氧化劑稀薄的環(huán)境中，可以持 續(xù)地工作。4、本發(fā)明無需回收泵或增壓循環(huán)泵便能實現(xiàn)燃料電池的內(nèi)部氣汽循環(huán)，結(jié)構(gòu)簡 單，運行方便，且成本低廉。以下結(jié)合附圖及實施例進一步說明本申請。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)的燃料電池系統(tǒng)的模塊連接框圖；圖2為實施例1中的自循環(huán)燃料電池控制系統(tǒng)的模塊連接框圖；圖3為實施例2中的自循環(huán)燃料電池控制系統(tǒng)的模塊連接框圖；圖4為實施例3中的自循環(huán)燃料電池控制系統(tǒng)的模塊連接框圖；圖5為實施例4、5中的自循環(huán)燃料電池控制系統(tǒng)的模塊連接框圖；圖6為本發(fā)明的自循環(huán)燃料電池控制方法的一種流程圖；圖7為本發(fā)明的自循環(huán)燃料電池控制方法的另一種流程圖；圖8為實施例中流程控制信號的方波圖；圖9為實施例中的燃料電池電堆兩端的壓強變化圖。附圖標(biāo)記1 第一電磁閥11 第一電磁閥2 第二電磁閥12 第二電磁閥3 第三電磁閥13 第三電磁閥
4第四電磁閥14第四電磁閥5第一氣水分離器15第一氣水分離器6第二氣水分離器16第二氣水分離器7進口電磁閥17進口電磁閥8調(diào)壓閥18調(diào)壓閥9截止閥19截止閥10 壓力傳感器20壓力傳感器31 燃料電池電堆41 氧化劑容器42 氫氣容器
具體實施例方式下面通過圖2至9來介紹本發(fā)明的五個具體實施例。實施例1如圖1所示，一種環(huán)燃料電池系統(tǒng)，包括燃料通道和氧化劑通道的燃料電池電堆 103，所述燃料通道上設(shè)有用于裝氧化劑的氧化劑容器101，所述氧化劑容器101與燃料電 池電堆103入口端的氧化劑通道上連接有第一混合器104，所述燃料電池電堆103出口端的 氧化劑通道上依次設(shè)有氣水分離器105和第一增壓循環(huán)泵106，所述第一增壓循環(huán)泵106的 輸出端與所述第一混合器104管路連接。其中燃料電池電堆103出口端間斷排水至氣水分 離器105，水被排除，氣汽通過第一增壓循環(huán)泵106吸入第一混合器104，與氧化劑混合后， 進入燃料電池電堆103。該方案相對可靠，但依舊需要一個高性能的增壓循環(huán)泵，成本較高。如圖2所示，本發(fā)明的一種自循環(huán)燃料電池系統(tǒng)，包括設(shè)有燃料通道和氧化劑通 道的燃料電池電堆31。所述燃料電池電堆31雙向進、排氣，所述氧化劑通道的一端設(shè)有用 于裝氧化劑的氧化劑容器41，另一端分為兩路，分別通過第一電磁閥1和第四電磁閥4連接 燃料電池電堆31的兩端，所述第一電磁閥1與所述燃料電池電堆31之間連接帶有第三電 磁閥3的旁通管，所述第四電磁閥4與所述燃料電池電堆31之間連接帶有第二電磁閥2的 旁通管。所述氧化劑通道上依次連接有截止閥9、調(diào)壓閥8、壓力傳感器10、進口電磁閥7。 在氧化劑容器41提供的壓強和化學(xué)反應(yīng)本身的壓強變化下，通過控制這些電磁閥，就能使 燃料電池堆31排出的氣汽，排水后回流到燃料電池堆31內(nèi)，減少了熱量和未反應(yīng)氣體的損 失。其中，所述氧化劑容器41可以是能夠承受一定壓力的設(shè)備，如氧化劑瓶、氧化劑 罐等，其內(nèi)裝有氧化劑濃度較高的氣體，也可以是純氧化劑，并且氧化劑容器41內(nèi)的氧化 劑的形態(tài)可以是液化的，并且所述氧化劑容器41可以是 通過長距離的輸送管道與所述燃 料電池堆31相連接，即所述燃料電池堆31與所述氧化劑容器41相隔較遠的距離。所述氧 化劑容器41還可以同時為其它的需要氧化劑的場所提供氧化劑。此外，所述氧化劑容器41 本身還可以包括能夠制造氧化劑的設(shè)備。所述氧化劑容器41內(nèi)可以容納液體或氣體，所述 氧化劑容器41自帶壓力，且該液體或氣體的濃度可以有變化范圍。如圖6所示，本發(fā)明的一種自循環(huán)燃料電池控制方法，采用上述的自循環(huán)燃料電 池控制系統(tǒng)，包括以下步驟
(1)所述第一電磁閥1打開，所述第二電磁閥2、第三電磁閥3以及第四電磁閥4 保持關(guān)閉，所述燃料電池電堆31工作，經(jīng)過燃料電池電堆31的氧化劑部分地與燃料發(fā)生電 化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生電能、水和熱量。
(2)保持所述第一電磁閥1打開，保持所述第三電磁閥3以及第四電磁閥4關(guān)閉， 打開所述第二電磁閥2，所述燃料電池電堆31排出大部分水分，并且還可排出部分氣體，該 部分氣體中所含氧濃度低。(3)保持所述第三電磁閥3關(guān)閉，關(guān)閉所述第一電磁閥1以及第二電磁閥2，打開 所述第四電磁閥4，所述燃料電池電堆31反向進氣，繼續(xù)工作，經(jīng)過燃料電池電堆31的氧化 劑部分地與燃料發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生電能、水和熱量。(4)保持所述第一電磁閥1以及第二電磁閥2關(guān)閉，所述第四電磁閥4打開，打開 所述第三電磁閥3，所述燃料電池電堆31反向排出大部分水分，并且還可排出部分氣體，該 部分氣體中所含氧濃度低。如圖8所示，假設(shè)在實際使用中，控制器控制燃料通道或氧化劑通道的六個電磁 閥開閉狀態(tài)的數(shù)字電路方波圖。1表示閥門開啟，0表示閥門關(guān)閉。則步驟(1)的數(shù)電信號 為(1，0，0，0)；步驟(2)的數(shù)電信號為(1，1，0，0)；步驟(3)的數(shù)電信號為(0，0，0，1)；步驟 (4)的數(shù)電信號為(0，0，1，1)。如圖2和9所示，設(shè)燃料電池電堆31的入口端為A點，出口端為B點，則在步驟 (1)之步驟⑷的過程中，其A點和B點的壓強變化關(guān)系通過圖4中的三條直線表示。步驟 (1)中，A點和B點的壓強相等，燃料電池電堆工作，產(chǎn)生水；步驟⑵中，B點的壓強下降， A點壓強大于和B點的壓強，燃料電池電堆排水；步驟(3)中，B點的壓強上升，A點和B點 的壓強相等，燃料電池電堆反向進氣，繼續(xù)工作，產(chǎn)生水；步驟(4)中，A點的壓強下降，B點 壓強大于和A點的壓強，燃料電池電堆反向排水。實施例2如圖3所示，本發(fā)明的一種自循環(huán)燃料電池系統(tǒng)，包括設(shè)有燃料通道和氧化劑通 道的燃料電池電堆31。所述燃料電池電堆31雙向進、排氣，所述氧化劑通道的一端設(shè)有用 于裝氧化劑的氧化劑容器41，另一端分為兩路，分別通過第一電磁閥1和第四電磁閥4連 接燃料電池電堆31的兩端，所述第一電磁閥1與所述燃料電池電堆31之間連接帶有第三 電磁閥3的旁通管，所述第四電磁閥4與所述燃料電池電堆31之間連接帶有第二電磁閥2 的旁通管。所述氧化劑通道上依次連接有截止閥9、調(diào)壓閥8、壓力傳感器10、進口電磁閥 7。所述燃料通道的一端設(shè)有用于裝氫氣的氫氣容器42，另一端分為兩路，分別通過第一電 磁閥11和第四電磁閥14連接燃料電池電堆31的兩端，所述第一電磁閥11與所述燃料電 池電堆31之間連接帶有第三電磁閥13的旁通管，所述第四電磁閥14與所述燃料電池電堆 31之間連接帶有第二電磁閥12的旁通管。所述燃料通道上依次連接有截止閥19、調(diào)壓閥 18、壓力傳感器20、進口電磁閥17。此外，所述氧化劑容器41本身還可以包括能夠制造氧 化劑的設(shè)備。所述氧化劑容器41內(nèi)可以容納液體或氣體，所述氧化劑容器41自帶壓力，且 該液體或氣體的濃度可以有變化范圍。本實施例中的裝置對燃料通道增加了相同的管路架構(gòu)，其各部件特征以及工作情 況等均與實施例1中的一致。實施例3
如圖4所示， 本發(fā)明的一種自循環(huán)燃料電池系統(tǒng)，包括設(shè)有燃料通道和氧化劑通 道的燃料電池電堆31，所述燃料電池電堆31雙向進、排氣，所述氧化劑通道的一端設(shè)有用 于裝氧化劑的氧化劑容器41，另一端分為兩路，分別通過第一電磁閥1和第四電磁閥4連接 燃料電池電堆31的兩端，所述第一電磁閥1與所述燃料電池電堆31之間設(shè)有第一氣水分 離器5，帶有第三電磁閥3的旁通管連接所述第一氣水分離器5，所述第四電磁閥4與所述 燃料電池電堆31之間設(shè)有第二氣水分離器6，帶有第二電磁閥2的旁通管連接所述第二氣 水分離器6。所述氧化劑通道上依次連接有截止閥9、調(diào)壓閥8、壓力傳感器10、進口電磁閥 7。在氧化劑容器41提供的壓強和化學(xué)反應(yīng)本身的壓強變化下，通過控制這些電磁閥，就能 使燃料電池堆31排出的氣汽，排水后回流到燃料電池堆31內(nèi)，減少了熱量和未反應(yīng)氣體的 損失。其中，所述氧化劑容器41可以是能夠承受一定壓力的設(shè)備，如氧化劑瓶、氧化劑 罐等，其內(nèi)裝有氧化劑濃度較高的氣體，也可以是純氧化劑，并且氧化劑容器41內(nèi)的氧化 劑的形態(tài)可以是液化的，并且所述氧化劑容器41可以是通過長距離的輸送管道與所述燃 料電池堆31相連接，即所述燃料電池堆31與所述氧化劑容器41相隔較遠的距離。所述氧 化劑容器41還可以同時為其它的需要氧化劑的場所提供氧化劑。此外，所述氧化劑容器41 本身還可以包括能夠制造氧化劑的設(shè)備。此外，所述氧化劑容器41本身還可以包括能夠制 造氧化劑的設(shè)備。所述氧化劑容器41內(nèi)可以容納液體或氣體，所述氧化劑容器41自帶壓 力，且該液體或氣體的濃度可以有變化范圍。本實施例中的裝置對氧化劑通道增加了第一氣水分離器5和第二氣水分離器6， 對燃料電池堆31排出的未反應(yīng)氣體、水和熱量進行緩沖儲存，使得反向進氣時，能將這部 分的未反應(yīng)氣體、水和熱量帶回到燃料電池堆31中。其余各部件特征以及工作情況等均與 實施例1中的一致。如圖7所示，本發(fā)明的一種自循環(huán)燃料電池控制方法，采用上述的自循環(huán)燃料電 池控制系統(tǒng)，包括以下步驟(1)所述第一電磁閥打開，所述第二電磁閥、第三電磁閥以及第四電磁閥保持關(guān) 閉，所述燃料電池電堆工作，經(jīng)過燃料電池電堆31的氧化劑部分地與燃料發(fā)生電化學(xué)反 應(yīng)，產(chǎn)生電能、水和熱量，排出的氣水在第一氣水分離器內(nèi)分離。(2)保持所述第一電磁閥打開，保持所述第三電磁閥以及第四電磁閥關(guān)閉，打開所 述第二電磁閥，所述燃料電池電堆排出大部分水分，并且還可排出部分氣體，該部分氣體中 所含氧濃度低。(3)保持所述第三電磁閥關(guān)閉，關(guān)閉所述第一電磁閥以及第二電磁閥，打開所述第 四電磁閥，所述燃料電池電堆反向進氣，繼續(xù)工作，經(jīng)過燃料電池電堆31的氧化劑部分地 與燃料發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生電能、水和熱量，排出的氣水在第二氣水分離器內(nèi)分離；(4)保持所述第一電磁閥以及第二電磁閥關(guān)閉，所述第四電磁閥打開，打開所述第 三電磁閥，所述燃料電池電堆反向排出大部分水分，并且還可排出部分氣體，該部分氣體中 所含氧濃度低。實施例4如圖5所示，本發(fā)明的一種自循環(huán)燃料電池系統(tǒng)，包括設(shè)有燃料通道和氧化劑通 道的燃料電池電堆31，所述燃料電池電堆31雙向進、排氣，所述氧化劑通道的一端設(shè)有用于裝氧化劑的氧化劑容器41，另一端分為兩路，分別通過第一電磁閥1和第四電磁閥4連接 燃料電池電堆31的兩端，所述第一電磁閥1與所述燃料電池電堆31之間設(shè)有第一氣水分 離器5，帶有第三電磁閥3的旁通管連接所述第一氣水分離器5，所述第四電磁閥4與所述 燃料電池電堆31之間設(shè)有第二氣水分離器6，帶有第二電磁閥2的旁通管連接所述第二氣 水分離器6。所述氧化劑通道上依次連接有截止閥9、調(diào)壓閥8、壓力傳感器10、進口電磁閥 7。此外，所述氧化劑容器41本身還可以包括能夠制造氧化劑的設(shè)備。所述氧化劑容器41 內(nèi)可以容納液體或氣體，所述氧化劑容器41自帶壓力，且該液體或氣體的濃度可以有變化 范圍。所述燃料通道的一端設(shè)有用于裝氫氣的氫氣容器42，另一端分為兩路，分別通過 第一電磁閥11和第四電磁閥14連接燃料電池電堆31的兩端，所述第一電磁閥11與所述 燃料電池電堆31之間設(shè)有第一氣水分離器15，帶有第三電磁閥13的旁通管連接所述第一 氣水分離器15 ；所述第四電磁閥14與所述燃料電池電堆31之間設(shè)有第二氣水分離器16， 帶有第二電磁閥12的旁通管連接所述第二氣水分離器16。所述燃料通道上依次連接有截 止閥19、調(diào)壓閥18、壓力傳感器20、進口電磁閥17。
本實施例結(jié)合了實施例2和實施例3的方案，該裝置對氧化劑通道增加了第一氣 水分離器5和第二氣水分離器6，對燃氣通道增加了第一氣水分離器15和第二氣水分離器 16，對燃料電池堆31排出的未反應(yīng)氣體、水和熱量進行緩沖儲存，使得反向進氣時，能將這 部分的未反應(yīng)氣體、水和熱量均能帶回到燃料電池堆31中。其余各部件特征以及工作情況 等均與實施例1中的一致。實施例5如圖5所示，本發(fā)明的一種自循環(huán)燃料電池控制系統(tǒng)，包括設(shè)有燃料通道和氧化 劑通道的燃料電池電堆31，所述燃料電池電堆31雙向進、排氣；所述氧化劑通道的一端設(shè) 有用于裝氧化劑的氧化劑容器41，另一端分為兩路，分別通過第一電磁閥1和第四電磁閥4 連接燃料電池電堆31的兩端，所述第一電磁閥1與所述燃料電池電堆31之間設(shè)有第一氣 水分離器5，帶有第三電磁閥3的旁通管連接所述第一氣水分離器5 ；所述第四電磁閥4與 所述燃料電池電堆31之間設(shè)有第二氣水分離器6，帶有第二電磁閥2的旁通管連接所述第 二氣水分離器6 ；所述氧化劑通道上依次設(shè)有壓力傳感器10以及進口電磁閥7，所述燃料電 池電堆31上還設(shè)有溫度傳感器；還包括一控制器(圖中未標(biāo)示)，分別與所述第一電磁閥 1、第二電磁閥2、第三電磁閥3、第四電磁閥4、壓力傳感器10、進口電磁閥7以及溫度傳感 器相連接。所述氧化劑通道上、氧化劑容器41至壓力傳感器10之間依次設(shè)有與控制器相 連的截止閥9以及調(diào)壓閥8。此外，所述氧化劑容器41本身還可以包括能夠制造氧化劑的 設(shè)備。所述氧化劑容器41內(nèi)可以容納液體或氣體，所述氧化劑容器41自帶壓力，且該液體 或氣體的濃度可以有變化范圍。所述燃料通道的一端設(shè)有用于裝氫氣的氫氣容器42，另一端分為兩路，分別通過 第一電磁閥11和第四電磁閥14連接燃料電池電堆31的兩端，所述第一電磁閥11與所述 燃料電池電堆31之間設(shè)有第一氣水分離器15，帶有第三電磁閥13的旁通管連接所述第一 氣水分離器15 ；所述第四電磁閥14與所述燃料電池電堆31之間設(shè)有第二氣水分離器16， 帶有第二電磁閥12的旁通管連接所述第二氣水分離器16 ；所述燃料通道上依次設(shè)有連接 所述控制器的壓力傳感器20以及進口電磁閥17，所述電磁閥11、12、13、14分別連接所述控制器。所述燃料通道上、氫氣容器42至壓力傳感器20之間依次設(shè)有與控制器相連的截止 閥19以及調(diào)壓閥18。本實施例中的裝置在實施例4的基礎(chǔ)上主要增加了控制單元，對所有的電磁閥進 行精確控制，對燃料電池堆31排出的未反應(yīng)氣體、水和熱量進行緩沖儲存，使得反向進氣 時，能將這部分的未反應(yīng)氣體、水和熱量帶回到燃料電池堆31中。其余各部件特征以及工 作情況等均與實施例1中的一致。綜上可知，由于采用了上述技術(shù)，本申請具有以下優(yōu)點中的多個或全部 1、無需對氧化劑進行過濾、加濕或加熱。2、由于采用容器裝的氧化劑作為氧化劑，其氧化劑濃度高，在電化學(xué)反應(yīng)時，燃料 電池中無需很高的工作壓力，即可保證氧化劑的供給量。3、由于采用相對封閉的循環(huán)結(jié)構(gòu)，在高污染和/或氧化劑稀薄的環(huán)境中，可以持 續(xù)地工作。4、本發(fā)明無需回收泵或增壓循環(huán)泵便能實現(xiàn)燃料電池的內(nèi)部氣汽循環(huán)，結(jié)構(gòu)簡 單，運行方便，且成本低廉。以上所述的實施例僅用于說明本發(fā)明的技術(shù)思想及特點，其目的在于使本領(lǐng)域內(nèi) 的技術(shù)人員能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，不能僅以本實施例來限定本發(fā)明的專利范 圍，即凡依本發(fā)明所揭示的精神所作的同等變化或修飾，仍落在本發(fā)明的專利范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種自循環(huán)燃料電池系統(tǒng)，包括設(shè)有燃料通道和氧化劑通道的燃料電池電堆(31)，其特征在于所述燃料電池電堆(31)雙向進、排氣，所述氧化劑通道的一端設(shè)有用于裝氧化劑的容器(41)，另一端分為兩路，分別通過第一電磁閥(1)和第四電磁閥(4)連接燃料電池電堆(31)的兩端，所述第一電磁閥(1)與所述燃料電池電堆(31)之間連接帶有第三電磁閥(3)的旁通管，所述第四電磁閥(4)與所述燃料電池電堆(31)之間連接帶有第二電磁閥(2)的旁通管。
2.如權(quán)利要求1所述的自循環(huán)燃料電池系統(tǒng)，其特征在于所述氧化劑通道上依次連接有截止閥(9)、調(diào)壓閥(8)、壓力傳感器(10)、進口電磁閥⑵。
3.如權(quán)利要求1或2所述的自循環(huán)燃料電池系統(tǒng)，其特征在于所述燃料通道的一端設(shè)有用于裝氫氣的氫氣容器(42)，另一端分為兩路，分別通過第 一電磁閥(11)和第四電磁閥(14)連接燃料電池電堆(31)的兩端，所述第一電磁閥(11) 與所述燃料電池電堆(31)之間連接帶有第三電磁閥(13)的旁通管，所述第四電磁閥(14) 與所述燃料電池電堆(31)之間連接帶有第二電磁閥(12)的旁通管。
4.如權(quán)利要求3所述的自循環(huán)燃料電池系統(tǒng)，其特征在于所述燃料通道上依次連接有截止閥(19)、調(diào)壓閥(18)、壓力傳感器(20)、進口電磁閥 (17)。
5.一種自循環(huán)燃料電池系統(tǒng)，包括設(shè)有燃料通道和氧化劑通道的燃料電池電堆(31)， 其特征在于所述燃料電池電堆(31)雙向進、排氣，所述氧化劑通道的一端設(shè)有用于裝氧化劑的氧 化劑容器(41)，另一端分為兩路，分別通過第一電磁閥(1)和第四電磁閥(4)連接燃料電池 電堆(31)的兩端，所述第一電磁閥(1)與所述燃料電池電堆(31)之間設(shè)有第一氣水分離 器(5)，帶有第三電磁閥(3)的旁通管連接所述第一氣水分離器(5)，所述第四電磁閥(4) 與所述燃料電池電堆(31)之間設(shè)有第二氣水分離器(6)，帶有第二電磁閥(2)的旁通管連 接所述第二氣水分離器(6)。
6.如權(quán)利要求5所述的自循環(huán)燃料電池系統(tǒng)，其特征在于所述氧化劑通道上依次連接有截止閥(9)、調(diào)壓閥(8)、壓力傳感器(10)、進口電磁閥⑵。
7.如權(quán)利要求5或6所述的自循環(huán)燃料電池系統(tǒng)，其特征在于所述燃料通道的一端設(shè)有用于裝氫氣的氫氣容器(42)，另一端分為兩路，分別通過第 一電磁閥(11)和第四電磁閥(14)連接燃料電池電堆(31)的兩端，所述第一電磁閥(11) 與所述燃料電池電堆(31)之間設(shè)有第一氣水分離器(15)，帶有第三電磁閥(13)的旁通管 連接所述第一氣水分離器(15)；所述第四電磁閥(14)與所述燃料電池電堆(31)之間設(shè)有 第二氣水分離器(16)，帶有第二電磁閥(12)的旁通管連接所述第二氣水分離器(16)。
8.如權(quán)利要求7所述的自循環(huán)燃料電池系統(tǒng)，其特征在于所述燃料通道上依次連接有截止閥(19)、調(diào)壓閥(18)、壓力傳感器(20)、進口電磁閥 (17)。
9.一種自循環(huán)燃料電池控制系統(tǒng)，包括設(shè)有燃料通道和氧化劑通道的燃料電池電堆(31)，其特征在于所述燃料電池電堆(31)雙向進、排氣；所述氧化劑通道的一端設(shè)有用于裝氧化劑的氧化劑容器(41)，另一端分為兩路，分別 通過第一電磁閥(1)和第四電磁閥⑷連接燃料電池電堆(31)的兩端，所述第一電磁閥 (1)與所述燃料電池電堆(31)之間設(shè)有第一氣水分離器(5)，帶有第三電磁閥(3)的旁通 管連接所述第一氣水分離器(5)；所述第四電磁閥(4)與所述燃料電池電堆(31)之間設(shè)有 第二氣水分離器(6)，帶有第二電磁閥(2)的旁通管連接所述第二氣水分離器(6)；所述氧化劑通道上依次設(shè)有壓力傳感器(10)以及進口電磁閥(7)，所述燃料電池電堆 (31)上還設(shè)有溫度傳感器；還包括一控制器，分別與所述電磁閥(1、2、3、4)、壓力傳感器(10)、進口電磁閥(7)以 及溫度傳感器相連接。
10.如權(quán)利要求9所述的自循環(huán)燃料電池控制系統(tǒng)，其特征在于所述氧化劑通道上、氧化劑容器(41)至壓力傳感器(10)之間依次設(shè)有與控制器相連 的截止閥(9)以及調(diào)壓閥(8)。
11.如權(quán)利要求9或10所述的自循環(huán)燃料電池控制系統(tǒng)，其特征在于所述燃料通道的一端設(shè)有用于裝氫氣的氫氣容器(42)，另一端分為兩路，分別通過第 一電磁閥(11)和第四電磁閥(14)連接燃料電池電堆(31)的兩端，所述第一電磁閥(11) 與所述燃料電池電堆(31之間設(shè)有第一氣水分離器(15)，帶有第三電磁閥(13)的旁通管連 接所述第一氣水分離器(15)；所述第四電磁閥(14)與所述燃料電池電堆(31)之間設(shè)有第 二氣水分離器(16)，帶有第二電磁閥(12)的旁通管連接所述第二氣水分離器(16)；所述燃料通道上依次設(shè)有連接所述控制器的壓力傳感器(20)以及進口電磁閥(17)， 所述電磁閥(11、12、13、14)分別連接所述控制器。
12.如權(quán)利要求11所述的自循環(huán)燃料電池控制系統(tǒng)，其特征在于所述燃料通道上、氫氣容器(42)至壓力傳感器(20)之間依次設(shè)有與控制器相連的截 止閥(19)以及調(diào)壓閥(18)。
13.一種自循環(huán)燃料電池系統(tǒng)，包括設(shè)有燃料通道和氧化劑通道的燃料電池電堆 (31)，其特征在于所述燃料電池電堆(31)雙向進、排氣，所述氧化劑通道的一端設(shè)有用于裝氧化劑的容 器(41)，另一端分為兩路，分別通過第一電磁閥(1)和第四電磁閥(4)連接燃料電池電堆 (31)的兩端，所述第一電磁閥⑴與所述燃料電池電堆(31)之間連接帶有第三電磁閥(3) 的旁通管，所述第四電磁閥⑷與所述燃料電池電堆(31)之間連接帶有第二電磁閥(2)的 旁通管，所述氧化劑容器(41)內(nèi)容納液體或氣體，所述氧化劑容器(41)自帶壓力。
14.一種自循環(huán)燃料電池控制方法，其特征在于采用如權(quán)利要求1或4所述的自循環(huán) 燃料電池控制系統(tǒng)，包括以下步驟(1)所述第一電磁閥打開，所述第二電磁閥、第三電磁閥以及第四電磁閥保持關(guān)閉，所 述燃料電池電堆工作；(2)保持所述第一電磁閥打開，保持所述第三電磁閥以及第四電磁閥關(guān)閉，打開所述第 二電磁閥，所述燃料電池電堆排水；(3)保持所述第三電磁閥關(guān)閉，關(guān)閉所述第一電磁閥以及第二電磁閥，打開所述第四電磁閥，所述燃料電池電堆反向進氣，繼續(xù)工作；(4)保持所述第一電磁閥以及第二電磁閥關(guān)閉，所述第四電磁閥打開，打開所述第三電 磁閥，所述燃料電池電堆反向排水。
15. 一種自循環(huán)燃料電池控制方法，其特征在于采用如權(quán)利要求5或12所述的自循 環(huán)燃料電池控制系統(tǒng)，包括以下步驟(1)所述第一電磁閥打開，所述第二電磁閥、第三電磁閥以及第四電磁閥保持關(guān)閉，所 述燃料電池電堆工作，排出的氣水在第一氣水分離器內(nèi)分離；(2)保持第一電磁閥打開，保持所述第三電磁閥以及第四電磁閥關(guān)閉，打開所述第二電 磁閥，所述第一氣水分離器排水；(3)保持所述第三電磁閥關(guān)閉，關(guān)閉所述第一電磁閥以及第二電磁閥，打開所述第四電 磁閥，所述燃料電池電堆反向進氣，繼續(xù)工作，排出的氣水在第二氣水分離器內(nèi)分離；(4)保持所述第一電磁閥以及第二電磁閥關(guān)閉，所述第四電磁閥打開，打開所述第三電 磁閥，所述第二氣水分離器排水。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種自循環(huán)燃料電池控制系統(tǒng)及其方法，所述燃料電池電堆雙向進、排氣，所述氧化劑通道的一端設(shè)有用于裝氧化劑的容器，另一端分為兩路，分別通過第一電磁閥和第四電磁閥連接燃料電池電堆的兩端，所述第一電磁閥與所述燃料電池電堆之間連接帶有第三電磁閥的旁通管，所述第四電磁閥與所述燃料電池電堆之間連接帶有第二電磁閥的旁通管。通過依次開閉電磁閥，進行雙向進、排氣的控制，其優(yōu)點為無需對氧化劑進行過濾、加濕或加熱，工作壓力低，密封性好，結(jié)構(gòu)簡單，運行方便，且成本低廉。
文檔編號H01M8/24GK101989665SQ20101024541
公開日2011年3月23日 申請日期2010年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月3日
發(fā)明者高勇 申請人:上海恒勁動力科技有限公司