[發明專利]一種車用燃料電池供氫循環系統及控制方法

有效

• 申請號: 201911384082.3
• 申請日: 2019-12-28
• 公開（公告）號: CN111129545B
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發明（設計）人: 張立炎;張浩然;陳啟宏;肖朋;肖剛;鄒臘年
• 申請（專利權）人: 紹興市上虞區理工高等研究院
• 主分類號: H01M8/04089
• 分類號: H01M8/04089;H01M8/04746
• 代理公司: 武漢紅觀專利代理事務所(普通合伙) 42247
• 代理人: 張文俊

一種車用燃料電池循環系統，所述系統包括供氫裝置，供氫壓力控制器，燃料電池，循環裝置和燃料電池排放裝置，所述的供氫裝置連接燃料電池的一端，用于提供燃料電池所需的氫氣，所述的燃料電池排放裝置設置于燃料電池的另一端，用于排放燃料電池工作后的水和尾氣；所述的循環裝置設置于供氫裝置和燃料電池排放裝置，用于將氫氣二次利用，所述的供氫壓力控制器控制供氫裝置、循環裝置和燃料電池排放裝置的開啟和關閉；所述的供氫壓力控制器預先設置的電流?壓力曲線表，根據車用工況所需的電流值，所述的供氫壓力控制器查詢對應氫氣壓力值，并實時控制供氫裝置、循環裝置和燃料電池排放裝置的開啟和關閉。本發明可以提高燃料電池系統耐久性和效率。

技術領域

本發明涉及車用燃料電池動力系統技術領域，具體地指涉及一種車用燃料電池動力系統的供氫循環系統及控制方法。

背景技術

汽車是國民經濟運行和人民出行的必備工具，傳統的燃油汽車有著油耗高、空氣污染重的缺點，隨著石油的日漸枯竭，歐美各國相繼公布了傳統燃油汽車的禁售時間表。新能源汽車特別是電動汽車是汽車發展的必然趨勢，電動汽車成員之一的燃料電池具有無污染、能量轉換效率高、續航里程高等優點，被譽為汽車的最終解決方案。

燃料電池是一種將氫氣中的化學能轉化為電能的電化學裝置，由負極(氫氣)和正極(純氧或空氣中的氧氣)以及電解質組成。燃料電池工作時，氫氣和氧化劑由外部供給，只要氫氣和氧化劑不斷輸入，反應產物(水)不斷排除，燃料電池就能連續地發電，因此供氫系統是燃料電池必不可少的組成部分。在供氫系統中，一部分氫氣和氧氣發生電化學反應，產生電能并生成水，未反應完的氫氣經過氫氣循環裝置轉送到燃料電池電堆入口，充分利用氫氣，提高系統效率。

車用燃料電池供氫循環系統的主要問題是壓力控制問題，常規的控制方法是供氫壓力定壓控制，但隨著燃料電池工作電流的增加，燃料電池消耗的氫氣也增加，從而降低燃料電池供氫循環系統的入口壓力。與此同時，隨著燃料電池工作電流的增加，供氫系統的壓力也需要增加，從而提高燃料電池發電功率和效率。

為了解決上述問題，本發明提出一種新的車用燃料電池供氫循環系統，并給出新的壓力控制方法，提高燃料電池使用壽命和效率。

發明內容

目前隨著燃料電池工作電流的變化，車用燃料電池供氫循環系統的壓力應隨著這條最優曲線的變化而變化。

此外，為了排出燃料電池生成的水以及燃料電池中的雜質，燃料電池一般需要在電堆出口設置尾氣閥，定時開啟尾氣閥。但這種做法會浪費氫氣，且會造成供氫系統中的壓力頻繁波動，從而對燃料電池內部的質子交換膜進行沖擊，降低燃料電池耐久性和使用壽命。

有鑒于此，本發明提出了一種車用燃料電池循環系統，所述系統包括供氫裝置，供氫壓力控制器，燃料電池，循環裝置和燃料電池排放裝置，所述的供氫裝置連接燃料電池的一端，用于提供燃料電池所需的氫氣，所述的燃料電池排放裝置設置于燃料電池的另一端，用于排放燃料電池工作后的水和尾氣；所述的循環裝置設置于供氫裝置和燃料電池排放裝置之間并分別連接燃料電池兩端，用于將氫氣二次利用，所述的供氫壓力控制器控制供氫裝置、循環裝置和燃料電池排放裝置的開啟和關閉；所述的供氫壓力控制器預先設置的電流-壓力曲線表，根據車用工況所需的電流值，所述的供氫壓力控制器查詢對應氫氣壓力值，并實時控制供氫裝置、循環裝置和燃料電池排放裝置的開啟和關閉。該系統可以在車用快速變化工況下按照最優供氫壓力曲線控制壓力，并能在排水排尾氣過程中保持供氫系統的壓力穩定。

作為本發明中的一種改進，所述的供氫裝置由過濾器，單向閥，壓力控制閥和第一壓力傳感器組成，所述的供氫壓力控制器采集第一壓力傳感器的壓力值，控制壓力控制閥開啟和關閉，用于提供燃料電池充足的氫氣。

作為本發明中的一種改進，所述的燃料電池排放裝置由尾氣閥、第二壓力傳感器和蛇形排氣管組成，所述的供氫壓力控制器采集第二壓力傳感器的壓力值，控制尾氣閥開啟和關閉，用于降低所述燃料電池循環系統的壓力波動。