燃料电池氢气循环系统

2023-10-18 10:10:35

氢气供给系统影响车辆的安全性与寿命

氢气循环系统是燃料电池发动机供氢系统核心部件之一，其作用是将电堆阳极出口的高湿气体循环输送至电堆入口，与此同时, 该循环过程能够实现一定程度的阳极入口气体加湿作用，使得氢气入口省去了额外的加湿系统，精简了燃料电池系统。目前主流的氢气循环泵类型分别罗茨式、爪式、涡旋式及叶片式四种，其中叶片式在国内市场较为少见。

优质供氢系统必须具备储氢量大、稳定性好、安全性高等特点，才能保证燃料电池车的高续航里程及耐久性。车载供氢系统包括压力流量调整元件、氢气泄漏传感器、供氢管路、控制系统、氢气再循环系统等（通常不包括储氢瓶）。供氢系统的工作过程可以分为加氢、储氢和输氢三个过程：加氢站的加氢系统通过单向阀向车载储氢瓶注入氢气；储氢瓶储存高纯度（99.999%）、高压力（35或70MPa）的氢气；燃料电池需要氢气时，经过减压/稳压阀后，压力降为所需要求，再通过电动调节阀、压力传感器、流量计和加湿器进入电堆进行反应，少量多余的氢气进入氢气再循环系统，或经过处理后排入大气。

1) 供氢的稳定性好有助于燃料电池耐久性：储氢气瓶氢气的出口压力为35/70MPa，燃料电池车的电池反应堆要求氢气压力为远小于出口压力，而压力调节不当易造成质子交换膜的永久损坏，因此氢气压力调整装置要保证压力稳定性；

2) 安全性高是必备条件：氢气是一种易燃易爆的气体，为防止氢气出现泄露、超压、超温和过流等情况，保证系统正常工作，需要对系统的压力、温度和氢气流量进行检测，采用起安全作用的元件或措施。

氢气再循环装置：影响氢气利用率、解决水管理问题

氢气再循环装置可提高氢气利用率，同时解决电堆水管理问题，影响燃料电池发动机的耐久性。为了保证燃料电池的正常运行，通常采用氢气循环的方法，把电池内部生成的水带出电池后经过水气分离装置，将液态水分出后，再将氢气循环回到电池重复使用。一方面可以实现把反应气尾气的水分带入电池起到增湿作用；另一方面可以提高氢气在燃料电池阳极流道内流速，防止阳极水的累积，避免阳极水淹，此外还能提高氢气利用率。

氢气循环供应系统有多种形式，目前比较常见的是氢气循环泵和回氢引射装置。有的燃料电池单独使用这两种装置中的一种，有的同时使用两种装置：

1.氢气循环泵：采用电机变频控制电机，使回流能力根据不同功率进行响应，可以有效改善氢循环、灵活性高，但是需消耗额外的电以维持其运转。

2.引射器：不需要消耗额外的电力，且结构简单因此运行可靠、寿命较长，但是回流能力是固定的，因此只能在一定的输出功率范围内有效。