氢能专利库

本发明涉及燃料电池技术领域，公开一种燃料电池系统及其运行监测多目标优化控制方法。高输出电压下运行的电堆容易出现催化层腐蚀和缺水问题，本发明通过监测燃料电池电堆的变频阻抗来判断电堆是否处于正常运行状态，并依据监测结果及时采取如流量调节、输出电压调节、调节温度等措施，保证电堆在健康状态下运行的同时提高电堆工作效率和寿命。此外，考虑了空压机、氢气循环泵等BOP部件运行工况，基于花斑翠鸟优化算法对输入燃料电池的气体流量、压力、温度进行寻优，寻找BOP系统的消耗与电堆输出功率的比值最小的点，即为系统工作的最高效率点。

本发明涉及燃料电池技术领域，公开一种氢燃料电池系统。本发明利用电化学纯化氢循环装置替代氢气循环泵，含微量杂质的氢气流入燃料电池电堆内部反应，过量含杂质的氢气流出燃料电池后进入电化学纯化装置，杂质气体被直接排出，无需周期性的进行杂质气体排放，在保证电堆气体工作压力稳定的同时提高了氢气的利用率。系统的氢气循环量可以根据需求调节，适当控制循环量与电堆入口新鲜氢气进气流量，可保证电堆内部流场均匀性，提高电堆性能。纯化装置由金属双极板、扩散层、催化层和质子交换膜组成，其中，金属双极板处于氢气环境且外加极小的电压即可实现纯化，因此使用低成本涂层即可保证装置性能及寿命。

本发明涉及燃料电池技术领域，公开一种一体化燃料电池堆及其控制方法。本发明将燃料电池主电堆与电化学纯化子堆集成，含微量杂质的氢气进入主电堆反应，过量含杂质的氢气流出主电堆后进入使用金属双极板的电化学纯化子堆，杂质气体被直接排出而经过纯化的氢气再次返回主电堆的氢气入口端与进气口新鲜流入的氢气汇合。电化学纯化子堆的外接电源电流大小可以根据电堆的功率和电流需求来快速调节，实现循环氢气流量的快速调节，保证了进入电堆的氢气流量，提高燃料电池电堆的性能。本发明中纯化子堆的体积仅为主堆的十几分之一，无需使用运动部件和复杂的连接管路，可降低燃料电池系统的成本及体积。

本发明涉及燃料电池技术领域，公开一种一体化的储氢合金供氢燃料电池系统。该燃料电池系统包含燃料电池电堆、储氢罐、氢气供给系统、空气供给系统、热管理系统、控制系统。本发明的储氢罐出口处设置有立体网状的电加热器，罐内设有导热流体流动管道，且管道上设置有鳍片来增加加热面积。本系统运行时，从燃料电池电堆流出的高温导热流体给储氢罐加热，加速储氢合金的放氢过程，系统处于动态平衡状态；加氢过程则利用储氢合金释放的热量来维持电堆的温度，避免出现冷启动。本发明实现了燃料电池电堆的余热利用，减少了能量消耗，避免系统中安装大功率散热器，减小了系统体积和成本。

本发明公开了一种级联式储氢与氢气纯化一体化系统及运行方法，其包括多个储存罐、抽气管路和非纯氢管路，多个储存罐通过带有通气阀的管道依次串联，多个储存罐包括分别位于首尾的首储存罐和尾储存罐、设置于两者之间的若干个中储存罐，储存罐均设置有排气口，首储存罐的排气口安装有排空阀，尾储存罐连接有出气阀；在储存罐内设有固态储氢材料，储存罐设有加热装置；抽气管路的进口与若干个中储存罐、尾储存罐的排气口相连，抽气管路的出口与首储存罐相连，非纯氢管路与若干个中储存罐、尾储存罐中的至少一个相连。将纯化和储存两个步骤结合，简化了系统，减少了设备的体积和成本，节约了能耗。

本发明涉及燃料电池系统的输出性能控制技术领域，公开一种燃料电池系统多目标智能控制方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、设定燃料电池的工况参数；步骤2、设定燃料电池的优化目标量和决策变量；步骤3、设定操作变量的变化范围；步骤4、设定燃料电池的额定负载功率；步骤5、设定燃料电池优化目标量的优先级；步骤6、建立燃料电池多目标优化模型，计算Pareto解集；步骤7、根据解集结果建立数据库，根据步骤1、2、3、4、5设定的参数进行搜索，输出输出性能最优对应的决策变量数值。本发明提供的燃料电池系统多目标智能控制方法，能够在不改变燃料电池尺寸和材料的前提下，有效提升燃料电池的输出性能。

本发明公开了一种燃料电池电堆及其压紧装配方法，包括涨紧部件、燃料电池重复单元和两个主端板，涨紧部件包括两个辅端板、设置于两个辅端板之间的弹性组件；燃料电池重复单元的数量为若干个，所述燃料电池重复单元包括多片极片，在相邻两个燃料电池重复单元之间夹有所述涨紧部件；两个所述主端板分别设置于若干个燃料电池重复单元两端侧；绑带捆绑绕设于若干个燃料电池重复单元、两个主端板与涨紧部件堆叠为电池电堆整体的外周。在不影响电堆对外功率输出的同时，减小了单个电堆堆叠的厚度，提高了电堆堆叠的精度，通过弹性组件对两个辅端板的弹力，使得两个辅端板具有相互远离的趋势，将若干个燃料电池重复单元压紧于绑带内。

本发明公开了一种燃料电池系统的局部电压检测装置及其检测分析方法，燃料电池系统包括控制器和划分若干个反应区域的燃料电池堆，局部电压检测装置包括用于检测若干个反应区域的局部电压信息的若干个电压感应探头和用于转换该局部电压信息后传输至控制器的电压采集模块；该方法包括：步骤1、获取燃料电池堆在不同电流下运行产生的若干组第一局部瞬时电压，判断燃料电池堆是否反应不均匀；若是，执行步骤2；若否，执行步骤1；步骤2、获取燃料电池堆在若干个变量参数逐个发生变化时运行产生的若干组第二局部瞬时电压，从中筛选整体数值相对较大的一组第二局部瞬时电压，获取其对应的变量参数。本发明可为技术人员调整电堆控制策略提供参考依据。

本发明涉及燃料电池技术领域，公开一种燃料电池供氢系统及控制方法。该系统包括控制模块以及至少两个引射器和燃料电池电堆，引射器配置有第一引射入口和第二引射入口，引射器用于输出从第一引射入口和第二引射入口接入的氢气；一燃料电池电堆的阳极入气口与一引射器的输出端对应连接，各燃料电池电堆的阳极出气口相互连通，燃料电池电堆的阳极出气口将过量的氢气输出至向各第二引射入口；控制模块根据燃料电池电堆的内部氢气湿度调控燃料电池电堆的阳极入气口的氢气混合比例。本发明通过连接多个燃料电池电堆，使氢气在多个燃料电池电堆间循环，能够利用正常运行的燃料电池电堆调节异常的燃料电池电堆，实现各个电堆之间的相互主动调节。

本发明公开了一种燃料电池系统及其空气湿度调节方法，其系统包括主干管道、控制器及其连接着的空气处理子系统和电堆运行子系统，电堆运行子系统包括若干个电堆单元，每一个电堆单元包括入口阀、引射器、电堆和出口阀，空气处理子系统通过入口阀与引射器的一次流入口连接，引射器的出口与电堆的进气口连接，电堆的排气口与主干管道的输入端连接，主干管道的输出端通过出口阀与引射器的二次流入口连接，引射器将空气处理子系统提供的干空气和主干管道提供的湿空气进行充分混合以调节进入电堆的空气湿度。本发明采用引射器替代传统的膜式增湿器，降低生产成本；通过多个电堆单元之间的相互调节，提高系统内部多个电堆的使用寿命以降低经济损失。

本发明公开了一种燃料电池电堆及燃料电池电堆的控制系统，包括膜电极板组件、双极板组件，双极板组件包括相对设置的阳极板和阴极板，阳极板和阴极板之间设置有冷却通道；双极板组件和膜电极板组件的数量均设置有多组，双极板组件和膜电极板组件相互交叠设置，相邻两个双极板组件的冷却通道的出口和进口的位置相反。在通冷却液体冷却时，相邻两个双极板组件的冷却通道的冷却液体流向相反可使各个冷却通道的进口端和出口端吸热程度大致相等，电堆内部温度更加平衡，电堆的性能及稳定性更好。

本发明公开一种质子交换膜燃料电池的快速活化系统，包括：外接直流电源、气体源、三通电磁阀、气体加湿器、气体排出控制装置、温度传感器与压力传感器、氢气循环泵及气体管路。使用加湿器、外加直流电源、氢气循环泵及对应气体管路即可将一定量的氢气在质子交换膜燃料电池内形成过饱和湿度条件下的循环，在较小气耗和能耗的条件下完成活化，大大缩短了质子交换膜燃料电池的活化时间，节约活化成本。使用该快速活化系统通过多种气体及连接方法，在活化系统中加入一系列的三通电磁阀来进行连接，通过三通电磁阀的自动操作达到质子交换膜燃料电池的快速活化目的，适合推广应用。

本发明公开了一种基于功率预测的燃料电池自适应控制方法，在燃料电池系统工作过程中根据历史数据进行预测获得功率预测值，根据功率预测值调整空气供给量。在进行功率预测时，使用特征参数提取和相关性分析的方法从历史数据中获得特征参数向量，采用人工智能算法计算功率预测值。如果燃料电池系统功率预测值大于实时输出功率，提前采取响应控制动作，提高空气供应量。本发明采用RBF神经网络提高功率预测准确性，通过降低特征参数维度提高计算效率，可以显著提高燃料电池系统的变载响应速度。

本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种用于燃料电池的低铂高性能催化剂及其制备方法。该方法通过使用钴的前驱体与2‑甲基咪唑配位形成的ZIF‑67，与分散在甲醇溶液中的XC‑72混合搅拌进行表面修饰，将经表面修饰后的XC‑72进行碳化处理，然后使用乙二醇还原氯铂酸的方法载铂，最终获得一种燃料电池用的低铂高性能催化剂。本发明中，经表面修饰后的XC‑72具有较大的比表面积，因此能产生更多的活性位点，同时引入非贵金属Co原子，形成PtCo合金，提升催化剂电化学性能。因此，所制得的催化剂材料具有低铂含量、比表面积大、稳定性好、电化学活性优良、导电性好等优点，在电化学催化领域适合推广应用。

本发明公开一种燃料电池用双极板及其表面分区域疏水处理方法，其通过薄膜或与ePTFE溶液的静态接触角大于90度的永久性特种弹性层覆盖双极板流道肩后进行疏水处理，达到分区域疏水处理目的，使得气体扩散层与双极板的流道肩接触的部位接触阻抗减小，进而减小燃料电池的内阻，提高燃料电池的输出效率。本发明使用的低成本一次性薄膜或与ePTFE溶液的静态接触角大于90度的永久性特种弹性层的疏水处理方法简单，成本低廉，尤其适用于快速批量处理，在燃料电池双极板领域适合推广应用。

本发明公开一种质子交换膜燃料电池双极板流场结构，其主要的创新设计点为：在双极板的电化学反应活性区域采用交错点阵结构的流畅，进而实现氢气、空气、冷却液流动速度均匀分布，能够提高电堆放电性能和可靠性，同时实现高效散热，保证质子交换膜燃料电池稳定运行。交错点阵的形状包括圆形点阵、矩形点阵和异形点阵。异性点阵采用流线型设计，最大程度降低流动阻力。交错点阵结构设计应经过计算流体力学和静力学仿真计算和试验验证，通过优化设计确定最佳的纵向间距、横向间距、点阵形状。

本发明公开了一种氢燃料电池氢气的故障诊断处理方法及装置，在燃料电池氢气供给系统的排水排气装置出口处安装氢气浓度传感器和温度传感器。当排水排气装置开启脉冲排放时，记录一个脉冲排放周期内的传感器数据，使用氢气浓度算法来计算氢气供给系统内的氢气浓度。氢气浓度算法依赖于校正实验，通过已有实验数据来建立传感器数据与氢气供给系统中氢气浓度的函数关系。当检测到氢气供给系统中的氢气浓度低于阈值时，主动开启脉冲排放，通过不断排气来恢复氢气供给系统中的氢气浓度，完成故障处理。本发明直接测量氢气供给系统中的氢气浓度，可以及时发现故障并进行快速处理。

本发明公开一种燃料电池堆气密性检测系统，包括：燃料电池堆，与所述燃料电池堆三腔连接的氢气源，连接在所述氢气源与所述燃料电池堆之间、用来控制氢气进气压力的调压阀，以及控制氢气进出各腔的通断阀；其中，所述燃料电池堆置于一密闭的燃料电池测试舱内，在所述燃料电池测试舱上连接有电化学设备，所述燃料电池测试舱用来收集所述燃料电池堆泄露的氢气并传递至所述电化学设备，所述电化学设备在泄露的氢气下发生电化学反应并产生电流，通过电流值计算出泄露氢气速率。本发明能将电堆的气体泄露量转变为更加精准和快速的电化学电流读数，解决了现有技术条件下，燃料电池堆在较低泄露速率时，由于流量计的检测精度不足而造成检测不准的问题。