一种平衡燃料电池电堆三腔压差装置及方法与流程

1.本发明属于石墨板水冷质子交换膜燃料电池技术领域，具体涉及一种平衡燃料电池电堆三腔压差装置及方法。


背景技术：

2.水冷质子交换膜燃料电池极板之间有氢气腔、空气腔、冷却水腔三个空腔，石墨板水冷质子交换膜燃料电池电堆三腔承压一般只有0.5bar-1bar，而且随着石墨板越做越薄，其承压能力很难再有本质提高，但是电池能量密度要提高，必然要增大氢气压力和空气压力，目前35kw-70kw级水冷质子交换膜燃料电池电堆普遍空气压力在2.5bar以上，这就要求冷却水路压力也随之提高。常用的采用增大水泵压力和靠冷却水升温增大水腔压力的方法，对水路各器件的技术状态要求较高、系统调试复杂。


技术实现要素：

3.本发明为解决公知技术中存在的技术问题，提供一种平衡燃料电池电堆三腔压差装置及方法，在电堆水路出口与水泵入口管路之间接一个活塞罐，活塞罐另一端接在加湿器出口的排空管路某处，为电堆水路增加一定的背压，并且此背压随着空气路压力地提高而提高，起到平衡电堆三腔压差的目的。
4.本发明的第一目的是提供一种平衡燃料电池电堆三腔压差装置，所述平衡燃料电池电堆三腔包括氢气腔、空气腔、冷却水腔；在电堆水路出口与水泵入口之间设有活塞罐，所述活塞罐的活塞将罐体分为左腔室和右腔室，所述活塞罐的左腔室通过管路与水泵入口管路连通，所述活塞罐的右腔室通过管路与加湿器连通。
5.优选地，与所述氢气腔连通的氢气管路上安装有气体压力传感器、氢循环泵和水汽分离器。
6.优选地，与所述冷却水腔连通的换热管路上安装有换热器、水温传感器、水压传感器和水泵。
7.优选地，与所述空气腔连通的空气管路上安装有气压传感器和加湿器。
8.本发明的第二目的是提供一种基于上述平衡燃料电池电堆三腔压差装置的方法，常温待机时，活塞在罐体正中间，当燃料电池启动之后，随着温度升高，冷却水体积膨胀，活塞罐左侧压力增大，推动活塞向右侧运动，当燃料电池输出功率增大要求空气路压力增大时，加湿器出口压力增大，活塞罐右侧压力增大，此时推动活塞向左侧运动，在活塞自由行程内，左侧和右侧压力始终相等，电堆冷却水出口压力和加湿器出口压力相等，用加湿器出口压力为冷却水路增加了一个背压，保证电堆内水路压力既不会过大也不会过小，平衡了三腔压差。
9.本发明具有的优点和积极效果是：
10.本发明在电堆水路出口与水泵入口管路之间接一个活塞罐，活塞罐另一端接在加湿器出口的排空管路某处，利用活塞罐a、b两端压力相等的原理，为电堆水路增加一定的背
压，并且此背压随着空气路压力地提高而提高，起到平衡电堆三腔压差的目的，使用此方法，能够简单易行的将燃料电池电堆三腔压差平衡到0.5bar以内。
附图说明
11.图1是本发明优选实例的结构图。
具体实施方式
12.为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
13.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
14.如图1所示，
15.本发明的技术方案为：
16.一种平衡燃料电池电堆三腔压差装置，所述平衡燃料电池电堆三腔包括氢气腔、空气腔、冷却水腔；在电堆水路出口与水泵入口之间设有活塞罐5，所述活塞罐的活塞将罐体分为左腔室和右腔室，所述活塞罐的左腔室通过管路与水泵入口管路连通，所述活塞罐的右腔室通过管路与加湿器连通。其中：
17.与所述氢气腔连通的氢气管路上安装有气体压力传感器6、氢循环泵7、气路压力传感器8和水汽分离器9。
18.与所述冷却水腔连通的换热管路上安装有换热器1、第一水路传感器2(具体包括水温传感器、水压传感器)、第二水路传感器4(具体包括水温传感器、水压传感器)和水泵3。
19.与所述空气腔连通的空气管路上安装有第一气压传感器11、第二气压传感器12和加湿器13。
20.本优选实施例的工作原理为：
21.活塞罐包括两个腔：左腔室和右腔室，左腔室连接电堆冷却水出口，左腔内为冷却水，右腔室连接加湿器出口，右腔内为空气。常温待机时活塞在罐体正中间，当燃料电池10启动之后，随着温度升高，冷却水体积膨胀，活塞罐左侧压力增大，会推动活塞向活塞罐右侧运动，当燃料电池输出功率增大要求空气路压力增大时，加湿器出口压力增大，活塞罐右侧压力增大，会推动活塞向活塞罐左侧运动，在活塞自由行程内，左侧和右侧压力始终相等，即电堆冷却水出口压力和加湿器出口压力相等，即用加湿器出口压力为冷却水路增加了一个背压，保证了电堆内水路压力既不会过大也不会过小，平衡了三腔压差。
22.以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。


技术特征：
1.一种平衡燃料电池电堆三腔压差装置，所述平衡燃料电池电堆三腔包括氢气腔、空气腔、冷却水腔；其特征在于，在电堆水路出口与水泵入口之间设有活塞罐，所述活塞罐的活塞将罐体分为左腔室和右腔室，所述活塞罐的左腔室通过管路与水泵入口管路连通，所述活塞罐的右腔室通过管路与加湿器连通。2.根据权利要求1所述的平衡燃料电池电堆三腔压差装置，其特征在于，与所述氢气腔连通的氢气管路上安装有气体压力传感器、氢循环泵和水汽分离器。3.根据权利要求1所述的平衡燃料电池电堆三腔压差装置，其特征在于，与所述冷却水腔连通的换热管路上安装有换热器、水温传感器、水压传感器和水泵。4.根据权利要求1所述的平衡燃料电池电堆三腔压差装置，其特征在于，与所述空气腔连通的空气管路上安装有气压传感器和加湿器。5.一种基于根据权利要求1-4任一项所述平衡燃料电池电堆三腔压差装置的方法，其特征在于，常温待机时，活塞在罐体正中间，当燃料电池启动之后，随着温度升高，冷却水体积膨胀，活塞罐左侧压力增大，推动活塞向右侧运动，当燃料电池输出功率增大要求空气路压力增大时，加湿器出口压力增大，活塞罐右侧压力增大，此时推动活塞向左侧运动，在活塞自由行程内，左侧和右侧压力始终相等，电堆冷却水出口压力和加湿器出口压力相等，用加湿器出口压力为冷却水路增加了一个背压，保证电堆内水路压力既不会过大也不会过小，平衡了三腔压差。

技术总结
本发明公开了一种平衡燃料电池电堆三腔压差装置及方法，属于石墨板水冷质子交换膜燃料电池技术领域，所述平衡燃料电池电堆三腔包括氢气腔、空气腔、冷却水腔；其特征在于，在电堆水路出口与水泵入口之间设有活塞罐，所述活塞罐的活塞将罐体分为左腔室和右腔室，所述活塞罐的左腔室通过管路与水泵入口管路连通，所述活塞罐的右腔室通过管路与加湿器连通。通过采用上述技术方案，本发明在电堆水路出口与水泵入口管路之间接一个活塞罐，活塞罐另一端接在加湿器出口的排空管路某处，为电堆水路增加一定的背压，并且此背压随着空气路压力地提高而提高，起到平衡电堆三腔压差的目的。起到平衡电堆三腔压差的目的。起到平衡电堆三腔压差的目的。


技术研发人员：郭燚 王宇轩
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第十八研究所
技术研发日：2020.11.23
技术公布日：2022/5/25