本發(fā)明屬于燃料電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)，具體涉及一種用于質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)的氣水分離器系統(tǒng)及其控制流程。

背景技術(shù)：

1、燃料電池系統(tǒng)是一種將燃料與氧化劑中的化學(xué)能通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置，具有能量轉(zhuǎn)化率高、無(wú)污染、噪音低的優(yōu)點(diǎn)。燃料電池單電池由極板和膜電極組成，多個(gè)單電池堆疊成燃料電池電堆。氫氣燃料電池系統(tǒng)中的燃料電池電堆在工作過(guò)程中，作為燃料的氫氣會(huì)從電堆氫氣入口進(jìn)入電堆發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)釋放電能、生成水，未參與反應(yīng)的氫氣從電堆氫氣出口排出，經(jīng)過(guò)氫氣循環(huán)子系統(tǒng)再次進(jìn)入電堆氫氣入口參與電化學(xué)反應(yīng)。

2、氫氣燃料電池系統(tǒng)中的燃料電池電堆工作過(guò)程中，未參與反應(yīng)的氫氣夾雜著電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中生成的水會(huì)經(jīng)過(guò)氫氣循環(huán)子系統(tǒng)再次進(jìn)入電堆參與電化學(xué)反應(yīng)，該生成水會(huì)在氫氣循環(huán)過(guò)程中逐漸積累、越來(lái)越多。過(guò)多的水會(huì)附著在質(zhì)子交換膜上，阻止氫氣參與電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行。隨著燃料電池系統(tǒng)的功率增大，電堆內(nèi)燃料氫氣側(cè)積累的水快速增加、阻止氫氣參與電化學(xué)反應(yīng)，使得燃料電池系統(tǒng)功率不斷下降、直至質(zhì)子交換膜損壞。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決低溫環(huán)境下質(zhì)子交換膜燃料電池電堆氫氣側(cè)積水防凍的問(wèn)題，根據(jù)本技術(shù)一些實(shí)施例的質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)的氣水分離器系統(tǒng)，包括

2、殼體，內(nèi)部成型容置空間；

3、分離器，用于將氫氣與水分離，設(shè)置在所述容置空間的上部；

4、儲(chǔ)水部，用于承裝分離的水，設(shè)置在所述容置空間的下部；

5、集水板，設(shè)置在所述分離器與所述儲(chǔ)水部之間，用于承接所述分離器輸出的分離的水，并將所述分離的水導(dǎo)流至所述儲(chǔ)水部。

6、根據(jù)本技術(shù)一些實(shí)施例的質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)的氣水分離器系統(tǒng)，其中，所述儲(chǔ)水部，包括

7、水位傳感器，用于測(cè)量所述儲(chǔ)水部承裝的分離的水的水位；

8、電磁排水閥，設(shè)置在所述儲(chǔ)水部的底部，所述電磁排水閥開(kāi)啟而排放所述儲(chǔ)水部承裝的分離的水；所述電磁排水閥關(guān)閉而停止排放所述儲(chǔ)水部承裝的分離的水；

9、水位控制器，根據(jù)所述水位傳感器測(cè)量的水位，控制所述電磁排水閥開(kāi)啟或關(guān)閉；

10、水溫傳感器，用于測(cè)量所述儲(chǔ)水部承裝的分離的水的水溫；

11、排水閥溫度傳感器，用于測(cè)量排水閥溫度；

12、加熱器模塊，所述加熱器模塊開(kāi)啟而加熱所述儲(chǔ)水部中的分離的水；所述加熱器模塊關(guān)閉而停止加熱所述儲(chǔ)水部中的分離的水；

13、加熱器模塊控制器，根據(jù)所述水溫傳感器測(cè)量的水溫及排水閥溫度傳感器測(cè)量的排水閥溫度，控制所述加熱器模塊開(kāi)啟或關(guān)閉。

14、根據(jù)本技術(shù)一些實(shí)施例的質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)的氣水分離器系統(tǒng)，所述分離器為旋風(fēng)式重力分離器。

15、根據(jù)本技術(shù)一些實(shí)施例的質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)的氣水分離器系統(tǒng)，所述集水板成型為中間高四周低、包含兩對(duì)起伏谷峰的類(lèi)圓錐形狀。

16、根據(jù)本技術(shù)一些實(shí)施例的質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)的氣水分離器系統(tǒng)，所述儲(chǔ)水部的底部設(shè)置有容置腔，其中，水位控制器設(shè)置在所述第一容置腔中，加熱器模塊控制器設(shè)置在所述第二容置腔中，電磁排水閥設(shè)置在所述第三容置腔中。

17、根據(jù)本技術(shù)一些實(shí)施例的質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)的氣水分離器系統(tǒng)，水位傳感器的底端部安裝在所述儲(chǔ)水部的底部，且沿水位高度方向設(shè)置；所述水位傳感器為其上方的所述集水板的板面所遮擋；

18、水溫傳感器安裝在所述儲(chǔ)水部的底部，水溫傳感器與加熱器模塊控制器連接；

19、排水閥溫度傳感器設(shè)置在所述電磁排水閥的排水口附近，排水閥溫度傳感器與加熱器模塊控制器連接；

20、加熱器模塊間隔或連續(xù)分布在所述儲(chǔ)水部的內(nèi)周，且所述加熱器模塊的底端部安裝在所述儲(chǔ)水部的底部，所述加熱器模塊與加熱器模塊控制器連接。

21、根據(jù)本技術(shù)一些實(shí)施例的質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)的氣水分離器系統(tǒng)，水位傳感器與水位控制器連接；電磁排水閥與水位控制器連接。

22、根據(jù)本技術(shù)一些實(shí)施例的質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)的氣水分離器系統(tǒng)，水溫傳感器安裝在所述儲(chǔ)水部的底部的中部。

23、根據(jù)本技術(shù)一些實(shí)施例的質(zhì)子質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)的氣水分離器系統(tǒng)的控制方法，當(dāng)燃料電池系統(tǒng)處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，夾雜著水的未反應(yīng)氫氣從燃料電池堆氫氣出口，經(jīng)氣水分離器系統(tǒng)入口進(jìn)入氣水分離管路，經(jīng)氣水分離，水從氫氣中被分離，由出水口流出；出水由集水板導(dǎo)流進(jìn)入儲(chǔ)水部，氫氣通過(guò)氣水分離器系統(tǒng)的氫氣出口進(jìn)入氫氣循環(huán)子系統(tǒng)，進(jìn)而再次參與電化學(xué)反應(yīng)；

24、控制方法包括：

25、根據(jù)水溫傳感器測(cè)量的水溫、排水閥溫度傳感器測(cè)量的排水閥溫度，判斷：若水溫及排水閥溫度中具有至少一個(gè)低于第一溫度，則判斷儲(chǔ)水部及排水閥有結(jié)冰風(fēng)險(xiǎn)，則啟動(dòng)加熱器模塊，直至儲(chǔ)水部及排水閥溫度高于第二溫度，則關(guān)閉加熱器模塊停止加熱；若水溫及排水閥溫度都不低于第一溫度，則判斷儲(chǔ)水盒及排水閥無(wú)結(jié)冰風(fēng)險(xiǎn)；

26、水位傳感器測(cè)量?jī)?chǔ)水部中的水量，儲(chǔ)水部中的水隨燃料電池系統(tǒng)運(yùn)行逐漸積累，當(dāng)儲(chǔ)水量達(dá)到最大值時(shí)，水位控制器控制電磁排水閥開(kāi)啟，將儲(chǔ)水部?jī)?nèi)的水排出；儲(chǔ)水部中的水隨電磁排水閥逐漸排放，當(dāng)儲(chǔ)水量達(dá)到最小值時(shí)，水位控制器控制電磁排水閥關(guān)閉。

27、根據(jù)本技術(shù)一些實(shí)施例的質(zhì)子質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)的氣水分離器系統(tǒng)的控制方法，所述第一溫度為5℃，所述第二溫度為40℃；

28、其中，當(dāng)儲(chǔ)水量達(dá)到最大值時(shí)，水位控制器控制電磁排水閥開(kāi)啟，將儲(chǔ)水部?jī)?nèi)的水排出，還包括

29、當(dāng)儲(chǔ)水量達(dá)到最大值時(shí)，根據(jù)水溫傳感器測(cè)量的水溫、排水閥溫度傳感器測(cè)量的排水閥溫度，其中，所述最大值是儲(chǔ)水量達(dá)到滿(mǎn)量的90％，判斷：

30、若水溫低于第一溫度，排水閥溫度不低于第一溫度，判斷儲(chǔ)水部有結(jié)冰風(fēng)險(xiǎn)，則啟動(dòng)加熱器模塊，同時(shí)水位控制器控制電磁排水閥開(kāi)啟，將儲(chǔ)水部?jī)?nèi)的水排出并至第一水位，達(dá)到滿(mǎn)量的15％，水位控制器控制電磁排水閥關(guān)閉，直至儲(chǔ)水部及排水閥溫度高于第二溫度；

31、若水溫不低于第一溫度，排水閥溫度低于第一溫度，判斷排水閥有結(jié)冰風(fēng)險(xiǎn)，則啟動(dòng)加熱器模塊，同時(shí)水位控制器控制電磁排水閥開(kāi)啟，將儲(chǔ)水部?jī)?nèi)的水排出并至第二水位，達(dá)到滿(mǎn)量的20％，水位控制器控制電磁排水閥關(guān)閉，直至儲(chǔ)水部及排水閥溫度高于第二溫度；

32、若水溫低于第一溫度，排水閥溫度低于第一溫度，判斷儲(chǔ)水部及排水閥有結(jié)冰風(fēng)險(xiǎn)，則啟動(dòng)加熱器模塊，同時(shí)水位控制器控制電磁排水閥開(kāi)啟，將儲(chǔ)水部?jī)?nèi)的水排出并至第三水位，達(dá)到滿(mǎn)量的25％，水位控制器控制電磁排水閥關(guān)閉，直至儲(chǔ)水部及排水閥溫度高于第二溫度；

33、若水溫及排水閥溫度都不低于第一溫度，則判斷儲(chǔ)水盒及排水閥無(wú)結(jié)冰風(fēng)險(xiǎn)，則儲(chǔ)水部中的水隨電磁排水閥逐漸排放，當(dāng)儲(chǔ)水量達(dá)到最小值時(shí)，達(dá)到滿(mǎn)量的10％，水位控制器控制電磁排水閥關(guān)閉。

34、有益效果：本發(fā)明通過(guò)儲(chǔ)水部，將溫度測(cè)量與加熱器模塊，水位測(cè)量與電磁閥協(xié)同配合使用，能夠在低溫環(huán)境，甚至超低溫環(huán)境下，使氣水分離器的分離水存儲(chǔ)并及時(shí)對(duì)外排放，配合溫度測(cè)量及加熱，極大降低了超低溫環(huán)境下電磁閥常開(kāi)易結(jié)冰堵塞的可能，使得汽水分離器能夠在低溫環(huán)境正常分離水和氫氣，保障電堆氫氣與水的循環(huán)供應(yīng)。由此，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了利用分離水加熱，防止結(jié)冰的效果，并且，在極低溫情景下，通過(guò)檢測(cè)器件的數(shù)量及安裝位置設(shè)置，分離水排放時(shí)機(jī)設(shè)置，溫度檢測(cè)時(shí)機(jī)設(shè)置以及啟動(dòng)加熱時(shí)機(jī)和排放量(分離水在儲(chǔ)水部中的保留量)設(shè)置，獲取結(jié)冰風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，根據(jù)不同結(jié)冰風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，進(jìn)行不同加熱及排放水量的設(shè)置，使得本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)極低溫環(huán)境不結(jié)冰，并且，能夠有效將分離水盡快排放?？梢?jiàn)，本發(fā)明排放水量及加熱水量通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)整，使得加熱用水量、排放水量一方面能夠自適應(yīng)精確分級(jí)控制以防止結(jié)冰，并降低熱能消耗，一方面能夠?qū)崿F(xiàn)在保障不結(jié)冰的前提下快速排水的目的。

35、本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。