下面以巴拉德公司的HD6燃料电池模块为例进行讲解。
燃料电池系统工作过程中必须向燃料电池提供足够纯度和压力的氢气。所需的氢气流量由HD6控制，但是燃料输送系统必须能实时输送所需的燃料。为方便系统维修，在连接到系统氢气入口前，输氢管道需设置阀门。
为满足反应需要，氢气子系统为燃料电池电堆供应适当压力和湿度的氢气。燃料电池电堆要求氢气压力为0.5～1.2bar（0.05～0.12MPa）以使反应有效进行。同时，需要维持氢气入口压力比空气入口压力高0.5bar（0.05MPa），以避免空气渗透到氢气中（空气渗透到氢气中会降低电堆性能，同时存在着火风险）。
燃料电池系统的氢气供应系统结构如图9-2-4所示，外部氢气储存在氢气罐中，进入燃料电池模块的氢气压力高达18bar（1.8MPa）。氢气进入燃料电池系统后先经过一个压力传感器，然后再由氢气电磁阀控制进入燃料电池模块的氢气供应量。燃料电池模块内部还有一个氢气电磁阀，控制进入燃料电池电堆的氢气供应量。进入燃料电池系统的氢气经过压力调节模块将压力降低到0.5～1.2bar后再进入燃料电池电堆。大部分氢气在电堆中被消耗掉，剩余的氢气经过氢气循环泵加压后返回到燃料电池入口。燃料电池反应产生的液态水流出燃料电池后，经过分水器分离后排出，部分用于空压机后空气的加湿。
图9-2-4 氢气供应系统原理
一小部分未反应的氢气也通过排气阀周期性排放，以排出液态水。排气过程中将累积在电堆中的杂质排出，以确保氢气更有效地发生反应。排气会将一部分氢气排到电堆外部，降低氢气利用率，但排气过程是燃料电池操作中必须的步骤。一般会采用氢气传感器监测空气尾气中的氢气浓度，确保其不超过2%，低于氢气的着火下限。
当燃料电池内部氢气压力超过一定值时，泄压阀打开进行安全泄压。
（1）氢气纯度要求
燃料电池的工作对于氢气纯度要求极高，必须满足SAE J2719—2011中规定的纯度，表9-2-2列出了该标准中各种杂质气体的含量范围。对燃料电池系统而言，所列平衡组分中一部分对其性能影响较小，例如水、惰性气体、二氧化碳等，而另外一些杂质组分会对其产生严重毒化作用，主要包括硫化物、甲醛、氨、一氧化碳等，这些组分往往会对燃料电池性能造成不可恢复的影响。而这些组分在煤、天然气等重整法制得的氢气中是常见组分。如果使用重整氢气，例如天然气、甲醇等原料制备的氢气，来操作燃料电池，则需确保杂质气体含量低于要求限值。
表9-2-2 燃料电池系统氢气纯度要求
使用不符合纯度要求的氢气，可能会对燃料电池电堆中的电催化剂造成严重毒化作用，可能使燃料电池电堆产生不可恢复的性能衰减，甚至有可能造成电堆发电能力完全丧失。
（2）供氢系统压力要求
燃料电池系统使用的氢气必须满足一定压力要求，燃料电池系统入口处的氢气压力要求见表9-2-3。
表9-2-3 燃料电池系统氢气压力要求
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对氢气供应系统而言，氢气减压阀往往与储氢罐距离较近，而减压阀与燃料电池系统氢气入口之间的距离有可能比较远。为满足燃料电池系统入口氢气压力要求，用户需考虑氢气供应系统管路对压力的影响，控制变化量通常是3个因素的函数：
∗ 压力降：根据调压器特性和管压损失，调压器出口压力随流量的增加而下降。
∗ 入口压力：调压器出口压力随入口压力下降而上升。
∗ 迟滞：由于调压器内部存在摩擦，流量上升和流量下降时的调压器出口压力曲线之间存在偏移。
在构建供氢系统时，需考虑上述因素的影响，必须确保燃料输送系统的额定运行压力在规定范围内。如果使用高压储氢罐，则氢气系统可能需要两级减压。氢气管路进入燃料电池系统后，安装有一个氢气压力传感器，用于监测氢气压力是否满足系统要求。在HD6燃料电池模块入口和燃料电池电堆入口处就安装有氢气压力传感器。当氢气压力低于限值时，系统会自动进入保护性停机状态。但是，如果氢气压力超过系统允许的压力限值，则有可能对系统造成影响，因此供氢系统需安装过压保护装置，建议组装人员提供电气和机械两级保护：
①电气保护。如果调压器出口压力超过23bar（2.3MPa），则燃料输送系统会被电气禁止（例如使用压力开关切断常闭电磁阀电源）。该系统应设置为，当下游压力降低时，氢供应系统不会自动恢复。
②机械保护。供氢系统需安装一个泄压阀，保持最大流量的压力在25bar以下。
（3）氢气输送系统流速
燃料输送系统必须能实时向HD6提供足够的燃料流速以避免燃料不足，见表9-2-4。
表9-2-4 供氢系统氢气流速
（4）氢气系统清洁与排气
氢气储存系统第一次用于燃料电池模块时，使用前必须反复清洗，以确保首次启动的氢气浓度。
如果一个新的氢气供给系统运行造成燃料电池堆电压过低，则原因通常是清洗不充分。如果出现这些问题，则应进行额外清洗，以进一步增加罐内的氢气浓度。
关机时，会有一部分加压氢气被截留在系统供气管道内。用户如果需要拆解维护或检修，则必须排出残留在供气管道中的氢气。
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