[發(fā)明專利]一種防氫空壓差過大的燃料電池發(fā)動機及其控制方法

有效

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• 申請日: 2022-03-02
• 公開（公告）號: CN114530615B
• 公開（公告）日: 2023-06-16
• 發(fā)明（設計）人: 王偉強;李飛強;高云慶;張國強
• 申請（專利權）人: 北京億華通科技股份有限公司
• 主分類號: H01M8/04119
• 分類號: H01M8/04119;H01M8/04082;H01M8/04298;H01M8/04746;H01M8/04992;H01M8/0662;H01M8/2465;H01M8/2484
• 代理公司: 北京共騰律師事務所 16031
• 代理人: 姚星

本發(fā)明提供了一種防氫空壓差過大的燃料電池發(fā)動機及其控制方法，屬于燃料電池技術領域，解決了現(xiàn)有技術無法適用于燃料電池異常運行出現(xiàn)氫空壓差過大情況的問題。該裝置包括電堆、氫噴設備、電控三通閥、分水器、氫氣循環(huán)泵、高低壓空壓機、加濕器、單向控制閥二、三等。電堆的氫氣入口經(jīng)電控三通閥的輸入端一接氫噴設備，并經(jīng)電控三通閥的輸入端二、氫氣循環(huán)泵、分水器接其氫氣尾氣出口；空氣入口依次經(jīng)加濕器、單向控制閥二接高低壓空壓機，空氣尾氣出口接單向控制閥三。監(jiān)測到整車進入斷高壓模式后，高低壓空壓機切換供電模式，并調(diào)節(jié)單向控制閥二、三的開度維穩(wěn)后，再識別入堆氫空壓差是否達到設定范圍，如果否，調(diào)整電控三通閥的開度。

技術領域

本發(fā)明涉及燃料電池技術領域，尤其涉及一種防氫空壓差過大的燃料電池發(fā)動機及其控制方法。

背景技術

隨著燃料電池發(fā)動機技術的快速發(fā)展，質(zhì)子交換膜制備的越來越薄，在相同的體積下集成度越來越大，成組的電堆的功率越來越高。為了達到大功率，目前電堆的工作壓力普遍較高。但質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)動機應用在車輛上時，受限于整車的狀態(tài)及燃料電池的運行狀態(tài)，容易發(fā)生一些故障(比如絕緣故障)，導致整車運行情況下燃料電池發(fā)動機的高壓供電可能突然斷掉，目前所用的高壓零部件，比如空壓機，會立即停止工作，導致電堆內(nèi)部空腔氣體壓力可能變?yōu)槌?，而氫腔氣體壓力受限于排氣閥流通能力的影響，即使完全打開也不會立即卸掉，出現(xiàn)氫空壓差過大的情況。而短時間的氫空壓差過大可能造成質(zhì)子交換膜的損壞，影響燃料電池發(fā)動機的繼續(xù)使用。

目前，現(xiàn)有技術解決氫空壓差過大的方法是通過開啟燃料電池發(fā)動機的排水閥進氣排氣，以降低氫空壓差。但該方法只適用于燃料電池正常運行的情況，不適用于燃料電池異常運行情況，如空氣壓力突然變?yōu)槌旱那闆r。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述的分析，本發(fā)明實施例旨在提供一種防氫空壓差過大的燃料電池發(fā)動機及其控制方法，用以解決現(xiàn)有技術無法適用于燃料電池異常運行出現(xiàn)氫空壓差過大情況的問題。

一方面，本發(fā)明實施例提供了一種防氫空壓差過大的燃料電池發(fā)動機，包括電堆、控制器、氫噴設備、電控三通閥、分水器、氫氣循環(huán)泵、高低壓空壓機、加濕器、單向控制閥二、單向控制閥三；其中，

電堆的氫氣入口經(jīng)電控三通閥的輸入端一接氫噴設備，并依次經(jīng)電控三通閥的輸入端二、氫氣循環(huán)泵、分水器的排氣口接其氫氣尾氣出口；其空氣入口依次經(jīng)加濕器、單向控制閥二接高低壓空壓機，其空氣尾氣出口接單向控制閥三；

控制器，用于監(jiān)測整車是否進入斷高壓模式；以及，在進入斷高壓模式后，控制高低壓空壓機從高壓供電模式切換到低壓供電模式，并調(diào)節(jié)單向控制閥二、單向控制閥三的開度直到電堆空氣側壓力穩(wěn)定，再識別入堆氫空壓差是否超出設定范圍，如果是，調(diào)整電控三通閥的開度，直到入堆氫空壓差達到設定范圍，否則，維持當前時刻電控三通閥的開度不變。

上述技術方案的有益效果如下：燃料電池發(fā)動機中的空壓機采用高低壓供電模式，即既可以高壓供電也可以低壓供電，能夠動切換，在燃料電池發(fā)動機正常運行時遇到一些緊急情況(比如絕緣故障)，整車會進行斷高壓處理，這時空壓機切換到低壓供電模式，維持低速運轉狀態(tài)，通過調(diào)整單向控制閥二、單向控制閥三的開度維持掉高壓前的空氣壓力，如果調(diào)整后入堆氫空壓差還是超過設定范圍，則再調(diào)整電控三通閥的開度一降低入堆氫氣的壓力，然后執(zhí)行后續(xù)的關機流程，保證整個過程的氫空壓差維持在安全水平內(nèi)，有效避免了異常情況下氫空差壓過大引發(fā)的質(zhì)子交換膜串漏問題。

基于上述裝置的進一步改進，該發(fā)動機還包括排氣閥；其中，

所述排氣閥的輸入端與分水器的中部排氣口連接，輸出端與整車排氣管道連接，控制端與控制器的輸出端連接；并且，所述分水器的頂部排氣口與氫氣循環(huán)泵的氣體入口連接；

所述控制器，還用于定期開啟所述排氣閥，使得電堆氫側壓力穩(wěn)定；以及，在高低壓空壓機從高壓供電模式切換到低壓供電模式時，同步調(diào)節(jié)所述排氣閥和所述單向控制閥二、單向控制閥三的開度，使得電堆內(nèi)氫壓和空壓同步下降，直到電堆空氣側壓力穩(wěn)定。