氢燃料电堆运行环境全时域服务及控制系统研究.pdf
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1、 客 车 技 术 与 研 究第 期 .收稿日期:第一作者:吴洪亭()男工程师主要从事客车产品及市场研究工作:.氢燃料电堆运行环境全时域服务及控制系统研究吴洪亭 赵子龙 张忠东 孟国庆 邢化岭 王照亮(中通客车股份有限公司 山东 聊城)摘 要:提出氢燃料电堆运行环境的一种全时域服务及控制系统可有效控制冷却液电导率提高氢气、空气供给流量及压力控制的精准度有效提升电堆反应效率延长电堆使用寿命关键词:氢燃料电堆 运行环境 全时域 服务及控制中图分类号:文献标志码:文章编号:()(.):.:氢燃料电池的氢气和氧气的输入压力、流量、浓度及电堆工作温度均会直接影响电堆的使用寿命及工作效率 为实现燃料电池高性
2、能及长寿命需要为燃料电池提供适宜的工作环境氢气和氧气浓度过低会影响电堆寿命供气压力过高会破坏电堆本体供气压力过低会影响燃料电池反应 氢燃料电池对冷却液的离子浓度要求较高电导率过高会降低燃料电池内部离子反应速率低电导率能够保持燃料电池内部离子反应持久、稳定地运行在高效区间 因此本文提出一种氢燃料电堆运行环境全时域服务及控制系统 技术架构本文提出的氢燃料电堆运行环境全时域服务及控制系统包括电堆、冷却循环子系统、空气供给循环子系统、氢气供给循环子系统 其中电堆与各系统分别连接空气供给循环子系统为电堆提供加湿的空气氢气供给循环子系统为电堆提供氢气冷却循环子系统包括与电堆连接的进液管路、出液管路 典型技
3、术架构如图 所示 本文主要论述除电堆外的其余几个子系统图 系统架构框图 冷却循环子系统组成及作用冷却循环子系统的组成如图 所示其主要作用是为电堆提供适宜的温度环境)进液管路 上设置去离子器、机械三通阀、水泵 去离子器用于吸附冷却液中的导电离子降低冷却液电导率水泵进行冷却液管路中冷却液的输送 去离子器位于冷却液进口后通过机械三通阀与水泵连接去离子器 电加热器 机械三通阀 电导率仪 水泵压力传感器 温度传感器 过滤器 温度传感器出液管路 进液管路图 冷却循环子系统组成框图)出液管路 上设置电导率仪、过滤器 电导率仪用于监测冷却液导电离子浓度并将采集到的信息反馈至控制器过滤器用于过滤冷却液中的杂质电
4、导率仪与控制器连接 控制器根据冷却液离子浓度情况控制去离子器的工作状态)机械三通阀 和出液管路 之间设置电加热器 电加热器在低温时对冷却液进行加热电加热器与控制器连接由控制器根据冷却液温度控制电加热器的工作状态机械三通阀为 个进口 个出口进口分别与电加热器及去离子器相连出口接水泵进水用于冷却液的定向循环控制)进液管路 设置压力传感器、温度传感器出液管路 设置温度传感器 压力传感器 监测、采集进堆侧冷却液压力温度传感器 监测、采集进堆侧冷却液温度温度传感器 监测、采集出堆侧冷却液温度)去离子器、水泵、压力传感器、温度传感器、温度传感器 均与控制器连接 压力传感器、温度传感器、电导率仪将信号实时反
5、馈至控制器控制器根据接收的信号控制去离子器、水泵、电加热器的工作状态 具体来说温度传感器监测到进液管路和出液管路的温度值低于设定值时控制器控制电加热器对冷却液进行加热控制器控制水泵以一定供液压力给电堆提供冷却液压力传感器监测到进液管路的压力值低于设定值时增大水泵的压力高于设定值时减小水泵的压力以保证合理的流量及均匀的温度分布)实际方案中进液管路会设置散热器对冷却液进行降温出液管路与透气口连通 空气供给循环子系统组成及作用空气供给循环子系统的组成如图 所示其主要作用是为电堆提供适宜流量和温湿度的空气图 空气供给循环子系统组成框图)增湿器通过空气进气管路、空气出气管路与电堆连接形成循环回路增湿器与
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