CN102013505A - 一种车用燃料电池氢气循环系统 - Google Patents

一种车用燃料电池氢气循环系统 Download PDF

Info

Publication number
CN102013505A
CN102013505A CN2010105436803A CN201010543680A CN102013505A CN 102013505 A CN102013505 A CN 102013505A CN 2010105436803 A CN2010105436803 A CN 2010105436803A CN 201010543680 A CN201010543680 A CN 201010543680A CN 102013505 A CN102013505 A CN 102013505A
Authority
CN
China
Prior art keywords
hydrogen
fuel cell
venturi tube
inlet
pipeline
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2010105436803A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102013505B (zh
Inventor
王仁芳
侯中军
戚朋
王克勇
李加良
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sunrise Power Co Ltd
Original Assignee
Sunrise Power Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sunrise Power Co Ltd filed Critical Sunrise Power Co Ltd
Priority to CN201010543680A priority Critical patent/CN102013505B/zh
Publication of CN102013505A publication Critical patent/CN102013505A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102013505B publication Critical patent/CN102013505B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

一种车用燃料电池氢气循环系统，特征在于所述燃料电池氢气循环系统包括多点顺序喷射系统、文丘里管、氢气流量计和背压阀，多点顺序喷射系统与文丘里管组合使用，实现燃料电池氢气循环。本发明具有如下优点：采用多点顺序喷射系统控制氢气流量，与文丘里管组合使用，使氢气循环，提高氢气利用率，加强氢侧排水，并有效的提高了氢侧增湿，有效的对燃料电池内部水进行管理；该装置简单，安全可靠，成本低，能够使用于车载环境。

Description

一种车用燃料电池氢气循环系统
技术领域
本发明涉及燃料电池领域，尤其涉及车用燃料电池领域，特别涉及质子交换膜燃料电池氢循环。
背景技术
质子交换膜燃料电池是一种高效、环境友好的发电装置，它直接将贮存在燃料与氧化剂中的化学能转化为电能。其内部核心部件是膜电极(Membrane Electrode Assembly，简称MEA)。质子交换膜燃料电池膜内的水状态与工作性能密切相关。水的流进和流出管理不当，将出现水淹和干化现象。燃料经济性是衡量一套燃料电池系统优劣的一个关键指标。为有效对燃料电池内部水进行管理，提高系统可靠性，提高燃料经济性，氢循环是非常有效的一种方法，采用该方法不仅能够有效降低氢侧增湿要求，加强氢侧液态水排出，还能够有效提高氢气利用率。现技术中大多采用流量控制器或压力控制器或比例控制调节阀与文丘里管结合使用，完成氢循环。现有技术的上述方法的不足是：设备成本高；设备可靠性、适用性及抗干扰能力不如车载部件。。
发明内容
本发明的目的是提供一种车用燃料电池氢气循环系统，加强用燃料电池系统内部水管理，同时提高燃料氢气利用率。针对车载环境，通过多点顺序喷射系统和文丘里管的组合使用，实现氢气的循环。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种车用燃料电池氢气循环系统，包括燃料电池堆、燃料电池氢气循环系统和控制单元，燃料电池氢气循环系统包括通过管路连接的氢气储罐、一级减压阀、安全泄压阀、压力传感器、和汽液分离器，氢气储罐与一级减压阀连接，一级减压阀与燃料电池堆的氢气入口连接，压力传感器串接在一级减压阀与燃料电池堆的氢气入口连接的管路上，汽液分离器连接在燃料电池堆的氢气尾排管路上，一级减压阀与燃料电池堆的氢气入口连接的管路上设一条与汽液分离器出口管路连接的支路，支路上串接安全泄压阀，其特征在于所述燃料电池氢气循环系统还包括多点顺序喷射系统、文丘里管、氢气流量计和背压阀，所述多点顺序喷射系统和文丘里管连接在一级减压阀与燃料电池堆的氢气入口连接的管路上，所述多点顺序喷射系统入口与一级减压阀出口连接，多点顺序喷射系统出口与文丘里管进口连接，文丘里管出口与燃料电池堆的氢气入口连接，氢气流量计串接在多点顺序喷射系统与文丘里管连接的管路上，氢气流量计与控制单元用信号线连接，所述串接在一级减压阀与燃料电池堆的氢气入口连接的管路上的压力传感器是串接在文丘里管出口与燃料电池堆的氢气入口连接的管路上，所述背压阀连接在汽液分离器出口管路上，汽液分离器出口管路设支路与文丘里管连接。
本发明所述一种车用燃料电池氢气循环系统，其特征在于所述多点顺序喷射系统的连接方式可以是单点喷射阀件入口并联连接后与一级减压阀出口连接，单点喷射阀件出口并联连接后与文丘里管入口连接，或者是单点喷射阀件入口并联连接后与一级减压阀出口连接，每个单点喷射阀件出口分别与各个燃料电池堆的文丘里管入口连接。
本发明所述一种车用燃料电池氢气循环系统，其特征在于所述多点顺序喷射系统可以是CNG或LNG或LPG汽车用多点顺序喷射系统。
本发明所述一种车用燃料电池氢气循环系统的逻辑控制方法，其特征在于所述逻辑控制方法包括以下步骤：
a、控制单元计算燃料电池需输出的电流及该电流下氢消耗量和氢流量设定值，氢流量设定值为氢消耗量和预置值之和，预置值为燃料电池在100mA/cm2下，电堆稳定工作时所需气量值与理论计算值的差值，经实测获得；
b、控制单元根据设定值查文丘里管特性曲线表得氢设定流量值下文丘里管前端压力并计算多点喷射系统两侧压差；
c、根据流量系数Cv值计算氢流量设定值下多点喷射系统的喷射周期；
d、发出指令给执行机构执行；
e、氢流量计采集氢气供给流量数据传输给控制单元，控制单元进行判断，判断实际供氢流量值和氢流量设定值的绝对值差值是否大于电堆供氢流量精度值L/min，若判断结果为“是”，则控制单元修整喷射周期后，再发出指令给执行机构执行，重复本步骤的上述过程，直至判断结果为“否”，结束本步骤的上述过程，执行机构执行最后判断结果为“否”的喷射周期进行喷射；电堆供氢流量精度值L/min为电堆供氢流量精度与供氢量的乘积。
本发明的原理是：通过多点喷射系统实现氢气流量的定量控制，结合文丘里管实现氢气循环，过程控制目标为氢气流量，反馈修正量为氢气流量。系统中，氢气储罐提供燃料电池反应燃料；一级减压阀将氢气储罐内压力降至系统所需压力；氢气流量计测量燃料电池系统供氢流量；安全泄压阀对燃料电池电堆进行机械式高压保护，当系统压力达设定值，阀门开启，进行泄压；压力传感器测试燃料电池系统燃料工作压力；燃料电池电堆是燃料与氧化剂反应发电装置；汽液分离器分离并去除尾排氢气中的液态水；背压阀控制背压阀前端(电堆内部)氢压的稳定。
本发明具有如下优点：
1、使氢气循环，提高氢气利用率，加强氢侧排水，并有效的提高了氢侧增湿，有效的对燃料电池内部水进行管理；
2、该装置简单，安全可靠，成本低，能够使用于车载环境，适用性强
附图说明
本发明共有附图六幅，其中
图1是本发明的车用燃料电池氢气循环系统流程图I；
图2是本发明的车用燃料电池氢气循环系统流程图II；
图3具体实施例中车用燃料电池氢气循环系统流程图；
图4车用燃料电池氢气循环系统控制逻辑图；
图5具体实施例中测试工况；
图6氢气流量设定值和实际氢气用量比对图。
附图中，1、氢气储罐，2、一级减压阀，3、多点顺序喷射系统，4、单点喷射阀件，5、氢气流量计，6、文丘里管，7、安全泄压阀，8、压力传感器，9、燃料电池电堆，10、汽液分离器，11、背压阀
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步描述。
附图3是实施例的车用燃料电池氢气循环系统流程图，是具有一个电堆的燃料电池氢气循环系统。系统中，氢气储罐1的压力35MPa，一级减压阀2将氢气储罐1内的35MPa压力的氢气减压至7bar，多点顺序喷射系统采用CNG 4缸用多点顺序喷射系统，流量计为压差式流量计，文丘里管根据车的实际情况设计，安全泄压阀设定压力80kPa，压力传感器检测电堆内部阳极工作压力(做欠压和超压保护判定用)，120节燃料电池堆，背压阀设定压力为50kPa。
在指定工况(见附图5)下对该氢气循环系统进行测试，比对氢气流量设定值和实际氢气用量，比对结果显示，氢气流量瞬间采集值与氢气流量设定值之间基本吻合。比对结果如附图6，图中■表示氢气流量瞬间采集值，▲表示氢气流量设定值。

Claims (4)

1.一种车用燃料电池氢气循环系统，包括燃料电池堆(9)、燃料电池氢气循环系统和控制单元，燃料电池氢气循环系统包括通过管路连接的氢气储罐(1)、一级减压阀(2)、安全泄压阀(7)、压力传感器(8)、和汽液分离器(10)，氢气储罐(1)与一级减压阀(2)连接，一级减压阀(2)与燃料电池堆(9)的氢气入口连接，压力传感器(8)串接在一级减压阀(2)与燃料电池堆(9)的氢气入口连接的管路上，汽液分离器(10)连接在燃料电池堆(9)的氢气尾排管路上，一级减压阀(2)与燃料电池堆(9)的氢气入口连接的管路上设一条与汽液分离器(10)出口管路连接的支路，支路上串接安全泄压阀(7)，其特征在于所述燃料电池氢气循环系统还包括多点顺序喷射系统(3)、文丘里管(6)、氢气流量计(5)和背压阀(11)，所述多点顺序喷射系统(3)和文丘里管(6)连接在一级减压阀(2)与燃料电池堆(9)的氢气入口连接的管路上，所述多点顺序喷射系统(3)入口与一级减压阀(2)出口连接，多点顺序喷射系统(3)出口与文丘里管(6)进口连接，文丘里管(6)出口与燃料电池堆(9)的氢气入口连接，氢气流量计(5)串接在多点顺序喷射系统(3)与文丘里管(6)连接的管路上，氢气流量计(5)与控制单元用信号线连接，所述串接在一级减压阀(2)与燃料电池堆(9)的氢气入口连接的管路上的压力传感器(8)是串接在文丘里管(6)出口与燃料电池堆(9)的氢气入口连接的管路上，所述背压阀(11)连接在汽液分离器(10)出口管路上，汽液分离器(10)出口管路设支路与文丘里管(6)连接。
2.根据权利要求1所述一种车用燃料电池氢气循环系统，其特征在于所述多点顺序喷射系统(3)的连接方式可以是单点喷射阀件(4)入口并联连接后与一级减压阀(2)出口连接，单点喷射阀件(4)出口并联连接后与文丘里管(6)入口连接，或者是单点喷射阀件(4)入口并联连接后与一级减压阀(2)出口连接，每个单点喷射阀件(4)出口分别与各个燃料电池堆的文丘里管(6)入口连接。
3.根据权利要求2所述一种车用燃料电池氢气循环系统，其特征在于所述多点顺序喷射系统(3)可以是CNG或LNG或LPG汽车用多点顺序喷射系统。
4.权利要求1所述一种车用燃料电池氢气循环系统的逻辑控制方法，其特征在于所述逻辑控制方法包括以下步骤：
a、控制单元计算燃料电池需输出的电流及该电流下氢消耗量和氢流量设定值，氢流量设定值为氢消耗量和预置值之和，预置值为燃料电池在100mA/cm2下，电堆稳定工作时所需气量值与理论计算值的差值，经实测获得；
b、控制单元根据设定值查文丘里管特性曲线表得氢设定流量值下文丘里管前端压力并计算多点喷射系统两侧压差；
c、根据流量系数Cv值计算氢流量设定值下多点喷射系统的喷射周期；
d、发出指令给执行机构执行；
e、氢流量计采集氢气供给流量数据传输给控制单元，控制单元进行判断，判断实际供氢流量值和氢流量设定值的绝对值差值是否大于电堆供氢流量精度值L/min，若判断结果为“是”，则控制单元修整喷射周期后，再发出指令给执行机构执行，重复本步骤的上述过程，直至判断结果为“否”，结束本步骤的上述过程，执行机构执行最后判断结果为“否”的喷射周期进行喷射；电堆供氢流量精度值L/min为电堆供氢流量精度与供氢量的乘积。
CN201010543680A 2010-11-15 2010-11-15 一种车用燃料电池氢气循环系统 Active CN102013505B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201010543680A CN102013505B (zh) 2010-11-15 2010-11-15 一种车用燃料电池氢气循环系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201010543680A CN102013505B (zh) 2010-11-15 2010-11-15 一种车用燃料电池氢气循环系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102013505A true CN102013505A (zh) 2011-04-13
CN102013505B CN102013505B (zh) 2012-09-12

Family

ID=43843592

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201010543680A Active CN102013505B (zh) 2010-11-15 2010-11-15 一种车用燃料电池氢气循环系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102013505B (zh)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103636045A (zh) * 2011-05-09 2014-03-12 原子能和辅助替代能源委员会 多次注入燃料电池及其操作方法
CN108539222A (zh) * 2018-06-06 2018-09-14 同济大学 一种车载燃料电池多模块并联氢气循环系统及其控制方法
CN108916653A (zh) * 2018-07-10 2018-11-30 北京交通大学 一种氢气供给与调控系统
CN109083871A (zh) * 2017-06-13 2018-12-25 杭州恒勋能源科技有限公司 一种压力匹配器及其运行方法
CN110299546A (zh) * 2018-03-22 2019-10-01 本田技研工业株式会社 燃料电池系统及其控制方法
CN110767921A (zh) * 2019-11-07 2020-02-07 安徽伯华氢能源科技有限公司 一种氢燃料电池系统
CN112290062A (zh) * 2020-10-10 2021-01-29 上海捷氢科技有限公司 燃料电池汽车的氢安全测试系统
US11094951B2 (en) 2011-05-09 2021-08-17 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Multiple injection fuel cell
CN114188568A (zh) * 2021-12-14 2022-03-15 北京亿华通科技股份有限公司 一种多堆燃料电池的氢气供应系统及其流量压力控制方法
CN114604802A (zh) * 2022-02-28 2022-06-10 浙江天能氢能源科技有限公司 一种自配重的叉车用氢电系统
CN114811449A (zh) * 2022-04-15 2022-07-29 国网浙江省电力有限公司宁波供电公司 一种氢能汽车安全检测装置

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111129545B (zh) * 2019-12-28 2020-12-22 绍兴市上虞区理工高等研究院 一种车用燃料电池供氢循环系统及控制方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030148167A1 (en) * 2001-11-09 2003-08-07 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Fuel circuit of the fuel cell system
CN1770533A (zh) * 2004-11-02 2006-05-10 上海神力科技有限公司 一种可使燃料氢气压力稳定的大功率燃料电池
CN101156272A (zh) * 2005-04-06 2008-04-02 丰田自动车株式会社 燃料电池系统
CN201191633Y (zh) * 2008-04-30 2009-02-04 汉能科技有限公司 燃料电池氢气循环利用装置
CN201868510U (zh) * 2010-11-15 2011-06-15 新源动力股份有限公司 一种车用燃料电池氢气循环系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030148167A1 (en) * 2001-11-09 2003-08-07 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Fuel circuit of the fuel cell system
CN1770533A (zh) * 2004-11-02 2006-05-10 上海神力科技有限公司 一种可使燃料氢气压力稳定的大功率燃料电池
CN101156272A (zh) * 2005-04-06 2008-04-02 丰田自动车株式会社 燃料电池系统
CN201191633Y (zh) * 2008-04-30 2009-02-04 汉能科技有限公司 燃料电池氢气循环利用装置
CN201868510U (zh) * 2010-11-15 2011-06-15 新源动力股份有限公司 一种车用燃料电池氢气循环系统

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11923576B2 (en) 2011-05-09 2024-03-05 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Multiple injection fuel cell and operating method thereof
CN103636045A (zh) * 2011-05-09 2014-03-12 原子能和辅助替代能源委员会 多次注入燃料电池及其操作方法
US11094951B2 (en) 2011-05-09 2021-08-17 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Multiple injection fuel cell
CN109083871A (zh) * 2017-06-13 2018-12-25 杭州恒勋能源科技有限公司 一种压力匹配器及其运行方法
CN110299546B (zh) * 2018-03-22 2022-08-30 本田技研工业株式会社 燃料电池系统及其控制方法
CN110299546A (zh) * 2018-03-22 2019-10-01 本田技研工业株式会社 燃料电池系统及其控制方法
CN108539222A (zh) * 2018-06-06 2018-09-14 同济大学 一种车载燃料电池多模块并联氢气循环系统及其控制方法
CN108916653A (zh) * 2018-07-10 2018-11-30 北京交通大学 一种氢气供给与调控系统
CN110767921B (zh) * 2019-11-07 2022-10-11 安徽伯华氢能源科技有限公司 一种氢燃料电池系统
CN110767921A (zh) * 2019-11-07 2020-02-07 安徽伯华氢能源科技有限公司 一种氢燃料电池系统
CN112290062A (zh) * 2020-10-10 2021-01-29 上海捷氢科技有限公司 燃料电池汽车的氢安全测试系统
CN112290062B (zh) * 2020-10-10 2023-03-31 上海捷氢科技股份有限公司 燃料电池汽车的氢安全测试系统
CN114188568A (zh) * 2021-12-14 2022-03-15 北京亿华通科技股份有限公司 一种多堆燃料电池的氢气供应系统及其流量压力控制方法
CN114604802A (zh) * 2022-02-28 2022-06-10 浙江天能氢能源科技有限公司 一种自配重的叉车用氢电系统
CN114604802B (zh) * 2022-02-28 2023-11-24 浙江天能氢能源科技有限公司 一种自配重的叉车用氢电系统
CN114811449A (zh) * 2022-04-15 2022-07-29 国网浙江省电力有限公司宁波供电公司 一种氢能汽车安全检测装置
CN114811449B (zh) * 2022-04-15 2023-08-22 国网浙江省电力有限公司宁波供电公司 一种氢能汽车安全检测装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN102013505B (zh) 2012-09-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102013505B (zh) 一种车用燃料电池氢气循环系统
CN207842683U (zh) 一种基于燃料电池的电动汽车动力系统
CN106450383B (zh) 一种质子交换膜燃料电池水管理系统及其工作方法
CN107017421B (zh) 一种燃料电池汽车的燃料实时监测与再循环装置
CN106469819B (zh) 一种燃料电池参数控制系统及其工作方法
CN112349931A (zh) 一种燃料电池系统的供氢控制装置、方法及氢能汽车
CN109148914B (zh) 一种燃料电池汽车氢气管理系统
CN110701482A (zh) 一种燃料电池商用车储氢管理方法
Zhu et al. Fuzzy logic based energy management strategy for a fuel cell/battery/ultra-capacitor hybrid ship
CN110015210A (zh) 一种基于燃料电池的电动汽车动力系统及其控制方法
CN207320236U (zh) 一种液流电池在线监控管理系统
CN109860671B (zh) 一种减少氢燃料电池车在密闭空间排放氢气的系统及其控制方法
CN109435780A (zh) 一种后备储能式车用燃料电池混合动力系统及控制方法
CN103682396A (zh) 燃料电池车供氢系统停止工作时的氢管理方法
CN101417603A (zh) 燃料电池汽车车载氢系统
CN214043728U (zh) 一种燃料电池系统的供氢控制装置及氢能汽车
CN206628840U (zh) 一种智能配电设备及系统
CN207852817U (zh) 一种氢燃料电源车的移动发电系统
CN204793041U (zh) 一种燃料电池发电系统及使用该系统的车辆
CN111864233B (zh) 供氢系统的氢气纯度检测装置
CN201868510U (zh) 一种车用燃料电池氢气循环系统
CN111969227A (zh) 一种车载燃料电池水管理系统及其控制方法
CN110137535A (zh) 一种车载加氢控制方法及系统
CN113130940B (zh) 一种高低压氢气瓶混装的燃料电池汽车储氢系统
CN111342083B (zh) 一种氢燃料电池汽车供氧系统及其控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant