被配置成用于控制阳极与阴极之间的压差的氢燃料电池模块的制作方法

本说明书涉及氢燃料电池。

背景技术：

1、氢燃料电池是被配置成用于在催化电化学过程中消耗氢气和氧气的设备，该催化电化学过程产生电力作为其主要产品，并且产生水和热量作为废气。此类设备的吸引力是显而易见的，但其实现已经被减慢，因为此类设备的构造仍然是高度定制化和特定于应用的，批量制造基地尚未被开发，使得其成本很高，燃料基础设施尚未建立，并且它们缺乏稳健性和耐用性，这也是常规控制的结果。改进控制可以改进效率、功率输出、以及稳健性和耐用性，由此提高针对燃料电池系统的价值主张。

技术实现思路

1、总体而言，本文档描述了用于控制氢燃料电池中的氢气输送的系统和技术。

2、在第一示例中，氢燃料电池阳极控制系统包括：氢气入口，该氢气入口被配置成用于接收加压氢气；氢气出口，该氢气出口被配置成用于流体耦合至氢燃料电池的阳极歧管；再循环入口，该再循环入口被配置成用于从阳极歧管接收溢流氢气；氢气压力调节器，该氢气压力调节器被配置成用于从氢气入口接收加压氢气；氢气再循环模块，该氢气再循环模块被配置成用于将从氢气压力调节器和再循环入口接收到的氢气进行混合，并且将氢气混合物提供至氢气出口；压差测量模块，该压差测量模块被配置成用于测量氢燃料电池的阳极歧管与阴极歧管之间的压差；以及控制器，该控制器被配置成用于基于测得的压差来控制氢气压力调节器或氢气再循环模块中的至少一者。

3、在第二示例中，根据示例1，控制器被配置成用于控制氢气压力，使得压差大约为零。

4、在第三示例中，根据示例1或示例2，氢气压力调节器是可控气体压力调节器系统。

5、在第四示例中，根据示例1至示例3中的任一项，氢气再循环模块包括气体再循环泵。

6、在第五示例中，根据示例1至示例4中的任一项，氢气再循环模块包括喷射泵。

7、在第六示例中，根据示例1至示例5中的任一项，该系统进一步包括被配置成用于接收基于燃料电池的功率输出的电流测量的电流反馈输入端口，其中，控制器进一步被配置成用于基于电流测量来控制氢气压力调节器或氢气再循环模块中的至少一者。

8、在第七示例中，根据示例1至示例6中的任一项，该系统进一步包括被配置成用于接收基于压缩机的功率输入的电流测量的电流反馈输入端口，该压缩机被配置成用于将氧气提供至阴极歧管，其中，控制器进一步被配置成用于基于电流测量来控制氢气压力调节器或氢气再循环模块中的至少一者。

9、在第八示例中，根据示例1至示例7中的任一项，控制器被配置成用于基于预定的控制模型来控制氢气压力。

10、在第九示例中，根据示例1至示例8中的任一项，系统进一步包括湿度控制器，该湿度控制器被配置成用于控制氢气混合物的湿度水平。

11、在第十示例中，根据示例1至示例9中的任一项，系统进一步包括氮气分离器，该氮气分离器被配置成用于降低溢流氢气或氢气混合物中的至少一者中的氮气水平。

12、在第十一示例中，根据示例1至示例10中的任一项，控制器进一步被配置成用于控制可变压力控制阀，该可变压力控制阀被配置成用于控制溢流氢气的压力。

13、在第十二示例中，一种控制氢燃料电池的阳极歧管压力的方法，该方法包括：测量阳极歧管压力；测量阴极歧管压力；基于测得的阳极歧管压力和测得的阴极歧管压力来确定压差值；以及基于所确定的压差来控制氢气压力调节器或氢气再循环模块或阳极出口阀中的至少一者。

14、在第十三示例中，根据示例12，该方法进一步包括：接收加压氢气；由氢气压力调节器将接收到的加压氢气调节至调节压力；从阳极歧管接收溢流氢气；由氢气再循环模块将从氢气压力调节器接收到的接收的加压氢气与接收到的溢流氢气进行混合，并且将氢气混合物提供至氢气出口。

15、在第十四示例中，根据示例12或示例13，基于所确定的压差来控制氢气压力调节器或氢气再循环模块中的至少一者进一步包括：控制阳极歧管压力使得压差大约为零。

16、在第十五示例中，根据示例12至示例14中的任一项，该方法进一步包括：接收基于氢燃料电池的功率输出的电流测量；以及基于接收到的电流测量来控制氢气压力调节器或氢气再循环模块中的至少一者。

17、在第十六示例中，根据示例12至示例15中的任一项，该方法进一步包括：接收基于压缩机的功耗的电流测量，该压缩机被配置成用于将氧气提供至阴极歧管；以及基于接收到的电流测量来控制氢气压力调节器或氢气再循环模块中的至少一者。

18、在第十七示例中，根据示例12至示例16中的任一项，该方法进一步包括：由控制器控制湿度控制模块，以基于预定的湿度水平可控地添加氢气混合物中的湿度或从氢气混合物中移除湿度。

19、在第十八示例中，根据示例12至示例17中的任一项，该方法进一步包括氮气分离器模块，该氮气分离器模块被配置成用于降低溢流氢气或氢气混合物中的至少一者中的氮气水平。

20、在第十九示例中，根据示例12至示例18中的任一项，该方法进一步包括由可变压力控制阀控制溢流氢气的压力。

21、在第二十示例中，一种氢燃料电池组件，包括：氢燃料电池，该氢燃料电池包括阳极歧管、堆和阴极歧管；以及氢燃料电池阳极控制系统，该氢燃料电池阳极控制系统包括：氢气入口，该氢气入口被配置成用于接收加压氢气；氢气出口，该氢气出口被配置成用于流体耦合至氢燃料电池的阳极歧管；再循环入口，该再循环入口被配置成用于从阳极歧管接收溢流氢气；氢气压力调节器，该氢气压力调节器被配置成用于从氢气入口接收加压氢气；氢气再循环模块，该氢气再循环模块被配置成用于将从氢气压力调节器和再循环入口接收到的氢气进行混合，并且将氢气混合物提供至氢气出口；压差测量模块，该压差测量模块被配置成用于测量氢燃料电池的阳极歧管与阴极歧管之间的压差；以及控制器，该控制器被配置成用于基于测得的压差来控制氢气压力调节器或氢气再循环模块中的至少一者。

22、在示例实施例中，氢燃料电池阳极控制系统包括：氢气入口，该氢气入口被配置成用于接收加压氢气；氢气出口，该氢气出口被配置成用于流体耦合至氢燃料电池的阳极歧管；再循环入口，该再循环入口被配置成用于从阳极歧管接收溢流氢气；氢气压力调节器，该氢气压力调节器被配置成用于从氢气入口接收加压氢气；氢气再循环模块，该氢气再循环模块被配置成用于将从氢气压力调节器和再循环入口接收到的氢气进行混合，并且将氢气混合物提供至氢气出口；压差测量模块，该压差测量模块被配置成用于测量氢燃料电池的阳极歧管与阴极歧管之间的压差；以及控制器，该控制器被配置成用于基于测得的压差来控制氢气压力调节器或氢气再循环模块中的至少一者。

23、各种实施例可以包括以下特征中的一些、全部或无一。控制器可以被配置成用于控制氢气压力，使得压差大约为零。氢气压力调节器可以是可控的气体压力调节器系统。氢气再循环模块可以包括气体再循环泵。氢气再循环模块可以包括喷射泵。该系统可以包括被配置成用于接收基于燃料电池的功率输出的电流测量的电流反馈输入端口，其中，控制器进一步被配置成用于基于电流测量来控制氢气压力调节器或氢气再循环模块中的至少一者。该系统可以包括被配置成用于接收基于压缩机的功率输入的电流测量的电流反馈输入端口，该压缩机被配置成用于将氧气提供至阴极歧管，其中，控制器进一步被配置成用于基于电流测量来控制氢气压力调节器或氢气再循环模块中的至少一者。控制器可以被配置成用于基于预定的控制模型来控制氢气压力。该系统可以包括湿度控制器，该湿度控制器被配置成用于控制氢气混合物的湿度水平。该系统可以包括氮气分离器，该氮气分离器被配置成用于降低溢流氢气或氢气混合物中的至少一者中的氮气水平。控制器可以进一步被配置成用于控制可变压力控制阀，该可变压力控制阀被配置成用于控制溢流氢气的压力。

24、在示例实现方式中，一种控制氢燃料电池的阳极歧管压力的方法，该方法包括：测量阳极歧管压力；测量阴极歧管压力；基于测得的阳极歧管压力和测得的阴极歧管压力来确定压差值；基于所确定的压差来控制氢气压力调节器或氢气再循环模块或阳极出口阀中的至少一者。

25、各种实现方式可以包括以下特征中的一些、全部或无一。方法可以包括：接收加压氢气；由氢气压力调节器将接收到的加压氢气调节至调节压力；从阳极歧管接收溢流氢气；由氢气再循环模块将从氢气压力调节器接收到的接收的加压氢气与接收的溢流氢气进行混合，并且将氢气混合物提供至氢气出口。基于所确定的压差来控制氢气压力调节器或氢气再循环模块中的至少一者可以包括：控制阳极歧管压力，使得压差大约为零。该方法可以包括：接收基于氢燃料电池的功率输出的电流测量；以及基于接收到的电流测量来控制氢气压力调节器或氢气再循环模块中的至少一者。该方法可以包括：接收基于压缩机的功耗的电流测量，该压缩机被配置成用于将氧气提供至阴极歧管；以及基于接收到的电流测量来控制氢气压力调节器或氢气再循环模块中的至少一者。该方法可以包括：由控制器控制湿度控制模块，以基于预定的湿度水平可控地向氢气混合物添加湿度或从氢气混合物中移除湿度。该方法可以包括氮气分离器，该氮气分离器被配置成用于降低溢流氢气或氢气混合物中的至少一者中的氮气水平。该方法可以包括：由可变压力控制阀控制溢流氢气的压力。

26、在另一示例实施例中，一种氢燃料电池组件，包括：氢燃料电池，该氢燃料电池包括阳极歧管、堆和阴极歧管；以及氢燃料电池阳极控制系统，该氢燃料电池阳极控制系统包括：氢气入口，该氢气入口被配置成用于接收加压氢气；氢气出口，该氢气出口被配置成用于流体耦合至氢燃料电池的阳极歧管；再循环入口，该再循环入口被配置成用于从阳极歧管接收溢流氢气；氢气压力调节器，该氢气压力调节器被配置成用于从氢气入口接收加压氢气；氢气再循环模块，该氢气再循环模块被配置成用于将从氢气压力调节器和再循环入口接收到的氢气进行混合，并且将氢气混合物提供至氢气出口；压差测量模块，该压差测量模块被配置成用于测量氢燃料电池的阳极歧管与阴极歧管之间的压差；以及控制器，该控制器被配置成用于基于测得的压差来控制氢气压力调节器或氢气再循环模块中的至少一者。

27、本文所描述的系统和技术可以提供以下优点中的一个或多个。第一，氢子系统可以提供燃料电池组件的快速实现。第二，该系统可以改进燃料电池的效率。第三，该系统可以改进燃料电池的寿命。第四，该系统可以为燃料电池组件提供模块化解决方案，从而改进燃料电池系统的可维护性。

28、在以下所附附图和描述中阐述一个或多个实现方式的细节。根据说明书和附图以及根据权利要求书，其他特征和优点将显而易见。