燃料电池系统的制作方法

1.本实用新型属于新能源技术领域，尤其是涉及一种燃料电池系统。


背景技术：

2.氢是一种清洁的二次能源，非常适合应用于储能领域。在储能领域，可再生能源产生的电被用于电解水，产生的氢气和氧气被储存起来，当用户有用电需求时，氢气和氧气被通入燃料电池发电，为用户提供电力。
3.电解水产生的氢气和氧气的比例，和燃料电池消耗的氢气和氧气的比例不是完全相等的，随着储能发电设备的运行，若氧气过剩需要将氧气排到大气，若氢气过剩需要将氢气排到大气。
4.氢燃料电池的耐久性是影响电池的主要指标，影响其耐久性的主要因素之一为停机后再次启动产生的氢氧界面。当用户没有用电需求时，燃料电池关闭，阴极的氧气会缓慢通过膜进入阳极。在下一次启动时，通入阳极的氢气与阳极内的氧气相遇产生氢氧界面。
5.针对电解水产生的氢气和氧气的比例，和燃料电池消耗的氢气和氧气的比例不是完全相等的问题，现有技术方案是若氧气过剩则将氧气排到大气，若氢气过剩则将氢气排到大气。
6.针对关机后再次启动产生氢氧界面的问题，现有技术，当燃料电池系统关机后，控制阴极排气阀打开与大气相通，同时阳极氢气继续供应。阳极的氢气继续消耗阴极的氧气，直至阴极氧气被消耗光只剩下氮气，当电压降至足够低之后关闭阴极排气阀，同时切断氢气供应，完成关机。通过上述操作确保在关机后燃料电池内部无氧气氛，避免了氢氧界面。
7.现有技术在储罐中的氢气过多时无法充分利用氢气，只能排空；另外，当储罐中的氧气过多时需要大量排出纯氧，存在安全风险。
8.燃料系统关机的过程非常缓慢。因为大气环境中的空气通过阴极排气阀进入阴极，与阴极内的气体充分混合反应，这个过程非常缓慢。系统中部分容腔中的纯氧，受到节流、容腔形状的限制，扩散到燃料电池阴极腔的过程非常缓慢，导致关机过程缓慢。


技术实现要素：

9.针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种燃料电池系统，至少部分的解决现有技术中存在的燃料电池中氢气过多或氧气过多的问题。
10.第一方面，本公开实施例提供了一种燃料电池系统， 包括电堆、氧气循环装置、空气引入装置和控制开关；
11.所述电堆包括阴极入口和阴极出口，所述氧气循环装置的进气口与电堆的阴极出口连通，所述氧气循环装置的出气口与电堆的阴极入口连通；
12.所述空气引入装置与电堆的阴极入口连通；
13.所述控制开关与空气引入装置连通，控制开关用于控制空气引入装置引入阴极入口的空气量。
14.可选的，所述氧气循环装置包括引射器或循环泵。
15.可选的，所述控制开关包括三通阀。
16.可选的，所述三通阀设置在氧气循环装置的进气口与电堆的阴极出口之间。
17.可选的，所述空气引入装置包括空压机。
18.可选的，所述空气引入装置包括空滤。
19.可选的，所述电堆的阴极出口上设置排水阀。
20.可选的，还包括氧气储罐和氢气储罐，所述氧气储罐与电堆的阴极入口连通，所述氢气储罐与电堆的阳极入口连通。
21.可选的，所述氧气储罐与电堆的阴极入口之间设置控制阀a，所述氢气储罐与电堆的阳极入口之间设置控制阀b。
22.可选的，所述电堆的阳极出口上设置控制阀c。
23.本实用新型提供的燃料电池系统，通过设置空气引入装置和控制开关，当系统氢气过多时，可以使用空气与氢气反应发电，充分利用氢气；当氧气过多时，可通过使用空气与氧气混合，降低过量气体排出系统时产生的氧气浓度过高的风险。从而达到避免燃料电池中氢气过多或氧气过多的目的。而通过设置氧气循环装置，可以加快氧气循环，实现快速关机的目的。
附图说明
24.通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
25.图1为本公开实施例提供的一种燃料电池系统的结构示意图；
26.图2为本公开实施例提供的另一种燃料电池系统的结构示意图；
27.图3为本公开实施例提供的另一种燃料电池系统的结构示意图；
28.附图说明：1-空滤；2-空压机；3-氧气储罐；401-控制阀a；402-控制阀b；403-控制阀c；5-引射器；6-三通阀；7-电堆；701-阴极入口；702-阴极出口；703-阳极入口；704-阳极出口；8-氢气储罐；9-排水阀；10-循环泵。
具体实施方式
29.下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。
30.应当明确，以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
31.需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构
及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
32.还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图式中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
33.另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
34.为了便于理解，如图1所示，本实施例公开了一种燃料电池系统，包括电堆7、氧气循环装置、空气引入装置和控制开关；
35.所述电堆7包括阴极入口701和阴极出口702，所述氧气循环装置的进气口与电堆7的阴极出口702连通，所述氧气循环装置的出气口与电堆7的阴极入口701连通；
36.所述空气引入装置与电堆7的阴极入口701连通；
37.所述控制开关与空气引入装置连通，控制开关用于控制空气引入装置引入阴极入口701的空气量。
38.可选的，所述氧气循环装置包括引射器5或循环泵10。
39.可选的，所述控制开关包括三通阀6，所述三通阀6设置在氧气循环装置的进气口与电堆7的阴极出口702之间。
40.可选的，所述空气引入装置包括空压机2和/或空滤1。
41.可选的，所述电堆7的阴极出口702上设置排水阀9。
42.可选的，还包括氧气储罐3和氢气储罐8，所述氧气储罐3与电堆7的阴极入口701连通，所述氢气储罐8与电堆7的阳极入口703连通；
43.所述氧气储罐3与电堆7的阴极入口701之间设置控制阀a401，所述氢气储罐8与电堆7的阳极入口703之间设置控制阀b402，所述控制阀a401和控制阀b402为电磁阀；
44.所述电堆7的阳极出口704上设置控制阀c403，所述控制阀c403为电磁阀。
45.在一个具体的示例中，如图1所述，在燃料电池系统中，氧气侧采用引射器5实现氧气再循环，引射器5提高氧气的流量，防止阴极堵水。当氧气过多时，通过三通阀6控制进入电堆7的空气和氧气的比例，通过排水阀9排出过量的阴极混合气。由于空气的引入，可以将阴极排出的氧气浓度控制在较低浓度，保证系统安全性。当氢气过多时，同样通过三通阀6控制进入电堆7的空气和氧气的比例，维持系统运行；甚至在氧气耗尽时控制三通阀6向阴极只通入空气，不通入氧气，依然维持系统运行。
46.在关机过程中，控制三通阀6切换到空气入堆，打开空压机2和排水阀9，维持负载电流i
s1
，通过空气吹扫，将阴极内的纯氧替换为空气。达到吹扫时间后，关闭三通阀6、空压机2和排水阀9。待单片电压低于vs后，切断负载电流。若此时阴极压力高于p
s1
，则切断负载电流并关机。若阴极压力低于p
s1
，则间歇性通入空气，并间歇性施加负载电流使得单片电压低于vs同时阴极压力高于p
s1
，实现接近常压的密封。
47.在另一个具体的示例中，如图2所述，在燃料电池系统中，氧气侧采用循环泵10实现氧气再循环。
48.在另一个具体的示例中，如图3所述，氧气侧采用循环泵10实现氧气再循环，同时将三通阀6设置于循环泵10上游，当需要向系统内引入空气时，使用循环泵10替代空压机2向系统泵入空气。本实施例中的循环泵10也可以替换为引射器5等氧气循环装置。
49.有关本实施例的详细说明可以参考前述各实施例中的相应说明，在此不再赘述。
50.以上结合具体实施例描述了本公开的基本原理，但是，需要指出的是，在本公开中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本公开的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本公开为必须采用上述具体的细节来实现。
51.在本公开中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序，本公开中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。
52.另外，如在此使用的，在以“至少一个”开始的项的列举中使用的“或”指示分离的列举，以便例如“a、b或c的至少一个”的列举意味着a或b或c，或ab或ac或bc，或abc（即a和b和c）。此外，措辞“示例的”不意味着描述的例子是优选的或者比其他例子更好。
53.还需要指出的是，在本公开的系统和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本公开的等效方案。
54.可以不脱离由所附权利要求定义的教导的技术而进行对在此所述的技术的各种改变、替换和更改。此外，本公开的权利要求的范围不限于以上所述的处理、机器、制造、事件的组成、手段、方法和动作的具体方面。可以利用与在此所述的相应方面进行基本相同的功能或者实现基本相同的结果的当前存在的或者稍后要开发的处理、机器、制造、事件的组成、手段、方法或动作。因而，所附权利要求包括在其范围内的这样的处理、机器、制造、事件的组成、手段、方法或动作。
55.提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本公开。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本公开的范围。因此，本公开不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。
56.为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本公开的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。