一种燃料电池系统及其控制方法与流程

1.本发明涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种燃料电池系统及其控制方法。


背景技术：

2.燃料电池是一种发电系统，用电化学方法将化学能直接转换成燃料电池组中的电能，而不是通过燃烧将燃料的化学能转换成热。燃料电池不但可以应用到工业、家用电器和车辆，还可以应用到诸如便携设备等小规模电力和电子设备的电力供应。
3.控制单元的独立电源常为锂电池，在某些环境(如户外)下使用会有一定危险性，或者，锂电池没电时，控制单元无法正常工作。若控制单元无独立电源，控制单元也无法正常工作，例如对于进气管路的反应气体的通断无法控制。


技术实现要素：

4.本发明公开了一种燃料电池系统及其控制方法，以在控制单元无独立电源时，可以正常控制进气管路的反应气体的通断。
5.为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：
6.第一方面，提供一种燃料电池系统，燃料电池系统包括：电堆、进气管路、排气管路和控制单元；所述进气管路与所述电堆的进气端连通，并设有并联的手动截止阀和进气电磁阀；所述排气管路与所述电堆的排气端连通；所述控制单元与所述电堆电连接，并能够在通电后打开所述进气电磁阀。
7.初始状态下，控制单元没有上电，无法启动，进气电磁阀无法开启进气，此时，手动打开手动截止阀，反应气体经手动截止阀所在支路进入电堆，电堆进行反应，并关闭手动截止阀，排气管路排气，电堆产生电能，并为控制单元提供电能，控制单元可以对进气管路上的进气电磁阀的通断进行控制。正常情况下，若需关闭燃料电池系统，只需控制单元将进气电磁阀关闭即可，由于缺乏反应气体，电堆会停止工作，控制单元断电，进气电磁阀关闭，回到初始状态，方便快捷。
8.可选地，所述燃料电池系统还包括冷却组件，所述冷却组件能够对所述电堆降温；所述冷却组件与所述电堆电连接，所述控制单元还能够在通电后打开所述冷却组件。
9.可选地，所述燃料电池系统还包括与所述电堆电连接的继电器，所述控制单元能够在通电后接通所述继电器，且能够在获得所述冷却组件的故障信号后切断所述继电器。
10.可选地，所述燃料电池系统还包括故障传感器，所述故障传感器能够在所述冷却组件发生故障时产生故障信号；所述控制单元与所述故障传感器信号连接，并能够在获得所述故障信号后关闭所述进气电磁阀。
11.可选地，所述故障传感器为温度传感器，并设置于所述电堆的阴极通道内，且当检测温度高于设定温度时产生所述故障信号；或者，所述冷却组件包括风扇，所述风扇的抽风端与所述电堆的空气出口端连通，所述故障传感器能够在检测到所述风扇的供电线路断电时产生所述故障信号。
12.第二方面，提供一种燃料电池系统的控制方法，所述燃料电池系统包括：电堆、冷却组件、进气管路、排气管路和控制单元；所述进气管路与所述电堆的进气端连通，并设有并联的手动截止阀和进气电磁阀；所述排气管路与所述电堆的排气端连通；所述冷却组件能够对所述电堆降温；所述控制单元与所述电堆电连接；所述方法包括：打开手动截止阀，并关闭手动截止阀，使反应气体经所述进气管路进入所述电堆的进气端，以使所述控制单元通电；在所述控制单元通电后，打开所述进气电磁阀。
13.所述的燃料电池系统的控制方法与上述的燃料电池系统相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
14.可选地，所述打开手动截止阀与所述关闭手动截止阀之间的时间间隔为1s～2s。
15.可选地，所述燃料电池系统还包括冷却组件，所述冷却组件能够对所述电堆降温；所述冷却组件与所述电堆电连接，所述方法还包括：在所述控制单元通电后，打开所述冷却组件。
16.可选地，所述燃料电池系统还包括与所述电堆电连接的继电器；所述方法还包括：在所述控制单元通电后，接通所述继电器；当获得到所述故障信号时，切断所述继电器。
17.可选地，所述燃料电池系统还包括故障传感器，所述故障传感器与所述控制单元信号连接、并能够在所述冷却组件发生故障时产生故障信号；所述方法还包括：当所述控制单元获得到所述故障信号时，关闭所述进气电磁阀。
18.可选地，所述故障传感器为温度传感器，并设置于所述电堆的阴极通道内，且当检测温度高于设定温度时产生所述故障信号；或者，所述冷却组件包括风扇，所述风扇的抽风端与所述电堆的空气出口端连通；所述故障传感器能够在检测到所述风扇的供电线路断电时产生所述故障信号。
附图说明
19.图1为本技术实施例提供的燃料电池系统的示意图。
具体实施方式
20.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.参考图1，本技术实施例提供的燃料电池系统可以是空冷燃料电池系统，燃料电池系统包括：电堆5、进气管路、排气管路和控制单元9；进气管路与反应气体(如氢气h2)罐或者反应气体发生装置的供气端接通以获得反应气体，且与电堆5的进气端连通，并设有并联的手动截止阀3和进气电磁阀2(可以是常闭的电磁阀)；排气管路与电堆5的排气端连通；控制单元9与电堆5电连接，并能够在通电后打开进气电磁阀2。
22.初始状态下，控制单元9没有上电，无法启动，进气电磁阀2无法开启进气，此时，手动打开手动截止阀3，反应气体经手动截止阀3所在支路进入电堆5，电堆5进行反应，并关闭手动截止阀3，排气管路排气，电堆5产生电能，并为控制单元9提供电能，控制单元9可以对进气管路上的进气电磁阀2的通断进行控制。正常情况下，若需关闭燃料电池系统，只需控
制单元9将进气电磁阀2关闭即可，由于缺乏反应气体，电堆5会停止工作，控制单元9断电，进气电磁阀2关闭，回到初始状态，方便快捷。当进气管路存留残余气体时，还可以通过打开手动截止阀3释放残留气体。
23.并且，在该实施例中，控制单元9无需配置电池作为独立电源，完全依赖电堆5作为电能来源，结构简化，成本降低，并可以避免在户外等特殊场合控制单元的电池(如锂电池)性能不稳定而影响燃料电池系统正常工作，当该控制单元9没有其它的能量来源时，在上述切断进气电磁阀2后，控制单元9才能因为电堆5停止工作而失电关机，恢复到初始状态。
24.其中，在进气管路上进气电磁阀2前设置调压阀1，以将反应气体调压至参与电堆5中的反应所需压力。
25.在一个具体的实施例中，燃料电池系统还包括冷却组件6，冷却组件6能够对电堆5降温；冷却组件6与电堆5电连接，控制单元9还能够在通电后打开冷却组件6，在电堆5正常工作后，上述冷却组件6在控制单元9的控制下自动打开，而无需手动开启。
26.在一个具体的实施例中，燃料电池系统还包括与电堆5电连接的继电器10，控制单元9能够在通电后接通继电器10，以实现继电器10在电堆5正常工作后，第一时间进入工作状态，为负载提供电能，且能够在获得冷却组件6的故障信号后切断继电器10。继电器10能够连接充电电池等负载，控制单元9能够在获得冷却组件6的故障信号后切断继电器10，以防止充电电池作为负载时，会对电堆5进行反充。
27.在一个具体的实施例中，燃料电池系统还包括故障传感器，故障传感器能够在冷却组件6发生故障时产生故障信号；控制单元9与故障传感器信号连接，并能够在获得故障信号后关闭进气电磁阀2。
28.当控制单元9检测到故障信号，会自动关闭进气电磁阀2，进而重复上述过程回到初始状态，避免因冷却组件6故障，导致电堆5由于热量积累无法散出，最终导致过热的危险。
29.在一个具体的实施例中，故障传感器为温度传感器7，并设置于电堆5的阴极通道内，且当检测温度高于设定温度时产生故障信号，电堆5的阴极通道的温度升高则可以确定是冷却组件6不再正常工作，即处于故障状态，无法对电堆5及时散热；或者，冷却组件6包括风扇，风扇的抽风端与电堆5的空气出口端连通，故障传感器能够在检测到风扇的供电线路断电时产生故障信号，风扇一方面给燃料电池阴极提供反应物氧气，另一方面依靠气流给燃料电池降温，以空冷形式对电堆5冷却；当风扇发生故障而转速过慢或者停转，故障传感器在检测到风扇的供电线路断电时产生上述故障信号，以第一时间确定风扇的故障。
30.在一个具体的实施例中，排气管路上设有排气电磁阀4(可以是常开的电磁阀)，控制单元9能够在控制单元9通电后控制排气电磁阀4以脉冲形式排气，实现在电堆5正常工作后，自动实现排气功能；排气周期和频率由控制单元9控制，具体可以是打开排气电磁阀4排气0.1秒，关闭排气电磁阀4停止15秒，以防止长时间排气将未参与反应的反应气体大量排掉。
31.其中，继电器10和控制单元9与电堆5的电连接，可以利用如下方式：电堆5首先与直流变压器8电连接，以将电堆5产生的电压稳压并将电压降压调节至控制单元9和继电器10及其后的负载的工作电压，将继电器10和控制单元9分别与上述直流变压器8电连接，以获得稳定且适当压值的电压。
32.基于相同的发明构思，本技术实施例还提供一种燃料电池系统的控制方法，燃料电池系统包括：电堆5、冷却组件6、进气管路、排气管路和控制单元9；进气管路与电堆5的进气端连通，并设有并联的手动截止阀3和进气电磁阀2(可以选择常闭的电磁阀)；排气管路与电堆5的排气端连通；冷却组件6能够对电堆5降温；控制单元9与电堆5电连接；该方法包括：打开手动截止阀3，并关闭手动截止阀3，使反应气体经进气管路进入电堆5的进气端，以使控制单元9通电；在控制单元9通电后，打开进气电磁阀2。
33.初始状态下，控制单元9没有上电，无法启动，进气电磁阀2无法开启进气，此时，手动打开手动截止阀3，反应气体经手动截止阀3所在支路进入电堆5，电堆5进行反应，并随即(如打开后1s～2s)关闭手动截止阀3，并关闭手动截止阀3，排气管路排气，电堆5产生电能，并为控制单元9提供电能，控制单元9可以对进气管路上的进气电磁阀2的通断进行控制。正常情况下，若需关闭燃料电池系统，只需控制单元9将进气电磁阀2关闭即可，由于缺乏反应气体，电堆5会停止工作，控制单元9断电，进气电磁阀2关闭，回到初始状态，方便快捷。
34.并且，在该实施例中，控制单元9无需配置电池作为独立电源，完全依赖电堆5作为电能来源，结构简化，成本降低，并可以避免在户外等特殊场合控制单元的电池(如锂电池)性能不稳定而影响燃料电池系统正常工作，当该控制单元9没有其它的能量来源时，在上述切断进气电磁阀2后，控制单元9才能因为电堆5停止工作而失电关机，恢复到初始状态。
35.其中，在进气管路上进气电磁阀2前设置调压阀1，以将反应气体调压至参与电堆5中的反应所需压力。
36.在一个具体的实施例中，打开手动截止阀3与关闭手动截止阀3之间的时间间隔为1s～2s。当控制单元9检测到故障信号，会自动关闭进气电磁阀2，但手动截止阀3的支路还是连通着，就无法关闭反应气体的供应。
37.在一个具体的实施例中，燃料电池系统还包括冷却组件6，冷却组件6能够对电堆5降温；冷却组件6与电堆5电连接，方法还包括：在控制单元9通电后，打开冷却组件6。在电堆5正常工作后，上述冷却组件6在控制单元9的控制下自动打开，而无需手动开启。
38.在一个具体的实施例中，燃料电池系统还包括与电堆5电连接的继电器10；方法还包括：在控制单元9通电后，接通继电器10，以实现继电器10在电堆5正常工作后，第一时间进入工作状态，为负载提供电能，且能够在获得冷却组件6的故障信号后切断继电器10；当获得到故障信号时，切断继电器10，继电器10能够连接充电电池等负载，控制单元9能够在获得冷却组件6的故障信号后切断继电器10，以防止充电电池作为负载时，会对电堆5进行反充。
39.在一个具体的实施例中，燃料电池系统还包括故障传感器，故障传感器与控制单元9信号连接、并能够在冷却组件6发生故障时产生故障信号；方法还包括：当控制单元9获得到故障信号时，关闭进气电磁阀2。当控制单元9检测到故障信号，会自动关闭进气电磁阀2，进而回到初始状态，避免因冷却组件6故障，导致电堆5由于热量积累无法散出，最终导致过热的危险。
40.在一个具体的实施例中，故障传感器为温度传感器7，并设置于电堆5的阴极通道内，且当检测温度高于设定温度时产生故障信号，电堆5的阴极通道的温度升高则可以确定是冷却组件6不再正常工作，即处于故障状态，无法对电堆5及时散热；或者，冷却组件6包括风扇，风扇的抽风端与电堆5的空气出口端连通，故障传感器能够在检测到风扇的供电线路
断电时产生故障信号，风扇一方面给燃料电池阴极提供反应物氧气，另一方面依靠气流给燃料电池降温，以空冷形式对电堆5冷却；当风扇发生故障而转速过慢或者停转，故障传感器在检测到风扇的供电线路断电时产生上述故障信号，以第一时间确定风扇的故障。
41.在一个具体的实施例中，排气管路上设有排气电磁阀4(可以是常开的电磁阀)，方法还包括：当获得到所述故障信号时，控制排气电磁阀4以脉冲形式排气。实现在电堆5正常工作后，自动实现排气功能；排气周期和频率由控制单元9控制，具体可以是打开排气电磁阀4排气0.1秒，关闭排气电磁阀4停止15秒，以防止长时间排气将未参与反应的反应气体大量排掉。
42.显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。