[發(fā)明專利]一種基于燃料電池陽極壓力變頻噴射的疊加噴射控制方法

有效

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• 申請日: 2021-09-09
• 公開（公告）號: CN113782790B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭志陽;周鴻波;陸建山;劉志洋;包孟嘉
• 申請（專利權(quán)）人: 金華氫途科技有限公司
• 主分類號: H01M8/04746
• 分類號: H01M8/04746
• 代理公司: 北京志霖恒遠(yuǎn)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11435
• 代理人: 張榮鑫

本發(fā)明提出了一種基于燃料電池陽極壓力變頻噴射的疊加噴射控制方法，以解決噴射閥+引射器+旁路的陽極循環(huán)進(jìn)氣方案中如何使主路單獨工作到旁路協(xié)同工作無縫切換的問題。本發(fā)明通過在噴射器+引射器的陽極循環(huán)進(jìn)氣方案基礎(chǔ)上增加旁路噴射閥，使主路的噴射閥的流量需求降低，減小了主路噴口尺寸，使得低流量下輸出壓力波動降低，引射比提升；本發(fā)明通過低流量時主路變頻噴射，高流量時主路全開，旁路變頻噴射的方式控制輸出流量和壓力，具有精度高，響應(yīng)速度快的特點；本發(fā)明通過在變頻噴射基礎(chǔ)上設(shè)置額外的壓力上限Pu2和Pd2來控制旁路或額外噴射閥的工作與否來實現(xiàn)疊加噴射的控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃料電池陽極壓力控制方法技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于燃料電池陽極壓力變頻噴射的疊加噴射控制方法。

背景技術(shù)

燃料電池系統(tǒng)在工作時陽極側(cè)由于陰極側(cè)水的反滲透需要額外的氣體流量來將水排出電堆防止膜電極被水淹沒降低發(fā)電性能；因此氫氣進(jìn)氣量需要大于陽極氫氣消耗量即陽極的進(jìn)氣計量比（陽極進(jìn)氣量/氫氣消耗量）需要大于1。

在燃料電池系統(tǒng)中達(dá)到陽極進(jìn)氣計量比大于1的方法有：

a.間歇的開啟陽極的尾排排氣閥，利用排氣吹出電堆內(nèi)的液態(tài)水；

b.在電堆陽極出口和入口間接入循環(huán)設(shè)備，將陽極出口氣體循環(huán)至入口增加進(jìn)氣計量比。

然而采用排氣的方法會導(dǎo)致氫氣的浪費，而循環(huán)設(shè)備不會浪費氫氣；燃料電池在不同的輸出功率下有不同的陽極進(jìn)氣計量比需求，低于該計量比時會出現(xiàn)陽極堵水和水淹導(dǎo)致燃料電池發(fā)電單元一致性下降和整體輸出性能的下降。

參閱圖1，采用比例閥+循環(huán)泵，F(xiàn)CU（燃料電池控制器）控制比例閥開度調(diào)節(jié)陽極進(jìn)氣壓力，控制氫氣循環(huán)泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)陽極循環(huán)量；參閱圖2，采用比例閥+引射器+循環(huán)泵，F(xiàn)CU（燃料電池控制器）控制比例閥開度調(diào)節(jié)陽極進(jìn)氣壓力，在低流量時開啟氫氣循環(huán)泵增加陽極循環(huán)量，在中高流量時關(guān)閉循環(huán)泵靠引射器提供陽極循環(huán)量；參閱圖3，采用噴射閥+引射器，ECU（燃料電池氫氣噴射控制器）控制噴射閥的開閉調(diào)節(jié)陽極進(jìn)氣壓力，通過引射器的低壓引射效果實現(xiàn)陽極循環(huán)；參閱圖4，采用噴射閥+引射器+旁路，在噴射閥+引射器的基礎(chǔ)上引入旁路噴射閥，與引射器并聯(lián)；在工作中控制主路和旁路開啟的比例則可以調(diào)節(jié)陽極的進(jìn)氣計量比。

氫氣循環(huán)泵進(jìn)行陽極氣體循環(huán)時會產(chǎn)生寄生功耗降低系統(tǒng)發(fā)電效率，這在大功率系統(tǒng)中尤為明顯；150KW燃料電池發(fā)電系統(tǒng)中循環(huán)泵寄生功耗高達(dá)3KW。

采用引射器替代循環(huán)泵，引射器在工作時沒有額外的寄生功耗；常用的組合方式有比例閥+引射器和噴射閥+引射器。

其中比例閥+引射器的方案中在低流量下的循環(huán)流量不足，通常需要搭配循環(huán)泵進(jìn)行使用。

噴射閥+引射器則在寬流量范圍內(nèi)具有較高的循環(huán)流量；但是在某些陽極流阻較大的方案中低流量下還是不能有足夠的循環(huán)流量。

噴射閥+引射器+旁路調(diào)節(jié)的方案中由于主路噴口尺寸減小可以有更高的引射比更高的循環(huán)量，且輸出壓力波動小，具有較大的應(yīng)用優(yōu)勢，但是旁路和主路協(xié)同工作的控制邏輯復(fù)雜，是制約其應(yīng)用的難點。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于燃料電池陽極壓力變頻噴射的疊加噴射控制方法，以解決噴射閥+引射器+旁路的陽極循環(huán)進(jìn)氣方案中如何使主路單獨工作到旁路協(xié)同工作無縫切換的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

本申請公開了一種基于燃料電池陽極壓力變頻噴射的疊加噴射控制方法，包括如下步驟：