CN108539222A - 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 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及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，包括依次串联连接的储氢单元、减压组件、第一电磁阀、第一气水分离器，第一气水分离器的排气端连接燃料电池电堆单元的氢气入口，第一气水分离器的排水端连接排水阀，燃料电池电堆单元由多个燃料电池电堆并联组成，燃料电池电堆的氢气出口依次连接第二电磁阀和第二气水分离器，第二气水分离器的排气端连接氢气循环泵，氢气循环泵的出口连接第一气水分离器的入口，第二气水分离器的排水端连接排水阀。本发明的多模块并联的氢气循环系统，通过控制电磁阀，可实现有效的氢气循环，提高氢气利用率，同时本循环系统可增强氢气回路排水，使质子交换膜的含水量得以有效控制。

Description

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
技术领域
本发明涉及车载燃料电池领域，具体涉及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。
背景技术
燃料电池是一种高效、环境友好电化学反应装置，能够直接将化学能转换为电能。燃料电池可以分为质子交换膜燃料电池，碱性燃料电池，磷酸型燃料电池，熔融碳酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池。质子交换膜燃料电池因其效率高、工作温度低，电流密度大，响应速度快，性能稳定，且反应生成物不存在腐蚀性，成为车辆交通和备用电源等领域的首选燃料电池技术。
中国专利CN206574799U公开了一种车载燃料电池氢气管理系统，包括氢气控制单元以及分别与所述的氢气控制单元连接的氢瓶电磁阀、氢瓶压力传感器、温度传感器和氢气浓度传感器，所述的氢瓶电磁阀、氢瓶压力传感器和温度传感器分别与车载的高压氢气瓶连接，所述的氢气浓度传感器的探头设置在高压氢气瓶上方环境中，所述的氢气控制单元通过CAN与车载燃料电池控制器通信连接，该专利实现车载储氢系统加氢控制、供氢控制以及安全监测等功能，减少系统间线缆连接，降低信号传输过程中丢失和易受干扰的风险。
目前多模块并联的氢气循环系统技术多采用各个回路统一循环，对所需配置的氢气循环泵的功率要求高，并且对氢气回路中水的排出控制不足，然而质子交换膜燃料电池内质子交换膜的含水量直接影响到质子交换膜燃料电池的工作性能，因此控制质子交换膜的水含量，提高系统的运行效率，提高燃料电池的经济性，设计合适的氢气循环系统是一种有效的方法。
发明内容
本发明就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提出的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，不仅可以控制膜的含水量，而且可以提高氢气利用效率，加强燃料电池系统氢气回路的水管理，提高了氢气利用效率，并降低氢气循环泵功耗。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种车载燃料电池多模块并联氢气循环系统，包括依次经管路串联连接的储氢单元、减压组件、第一电磁阀、第一气水分离器，所述第一气水分离器的排气端连接燃料电池电堆单元的氢气入口，所述第一气水分离器的排水端连接排水阀，所述燃料电池电堆单元由多个燃料电池电堆并联组成，所述燃料电池电堆的氢气出口依次连接第二电磁阀和第二气水分离器，所述第二气水分离器的排气端连接氢气循环泵，所述氢气循环泵的出口连接至第一电磁阀与第一气水分离器之间的管路，所述第二气水分离器的排水端连接排水阀。
进一步地，所述减压组件包括高压减压阀和中压减压阀，所述高压减压阀的出口管路上设置氢气中压传感器，所述中压减压阀的出口管路上设置氢气低压传感器。
进一步地，所述储氢单元为高压氢气罐。
进一步地，所述高压氢气罐的储氢压力为30-35MPa。
进一步地，所述高压减压阀将氢气压力减压至8-9bar，所述中压减压阀将氢气压力减压至1-2bar。
进一步地，所述排水阀为电磁控制排水阀，所述排水阀、第一电磁阀、第二电磁阀、以及氢气循环泵均连接车载控制单元。
一种车载燃料电池多模块并联氢气循环系统的控制方法，该控制方法为：
a、根据燃料电池电堆输出的电流和电压确定燃料电池的输出功率，根据该功率确定燃料电池所需的氢气消耗量，并通过第一电磁阀调节进堆的氢气压力和流量；
b、根据不同功率情况下的氢气消耗量，通过调整氢气循环泵(9)的转速来控制进堆的氢气流量和氢气压力，并设定第二电磁阀(10)依次循环开启的周期和开启时间，以提高各燃料电池电堆(8)内的氢气回路的排水性能；
c、在不同功率情况下，通过调整排水阀的开启周期和开启时常，以定时排水。
与现有技术相比，本发明氢气循环系统多模块并联的燃料电池电堆采用一个回路统一循环，对配置的氢气循环泵的功率要求低，可以统一调节控制氢气循环过程，设置两套气水分离器，对氢气回路中水的排出控制力强，严格控制质子交换膜的水含量，提高系统的运行效率，提高燃料电池的经济性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方案和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
一种车载燃料电池多模块并联氢气循环系统，如图1所示，包括依次经管路串联连接的储氢单元、减压组件、第一电磁阀6、第一气水分离器7，储氢单元为高压氢气罐1，高压氢气罐1的储氢压力为30-35MPa，减压组件包括高压减压阀2和中压减压阀4，高压减压阀2的出口管路上设置氢气中压传感器3，中压减压阀4的出口管路上设置氢气低压传感器5，高压减压阀2将氢气压力减压至8-9bar，中压减压阀4将氢气压力减压至1-2bar。第一气水分离器7的排气端连接燃料电池电堆单元的氢气入口，第一气水分离器7的排水端连接排水阀11，燃料电池电堆单元由两个燃料电池电堆8并联组成，燃料电池电堆8的氢气出口依次连接第二电磁阀10和第二气水分离器12，第二气水分离器12的排气端连接氢气循环泵9，氢气循环泵9的出口连接至第一电磁阀6与第一气水分离器7之间的管路，第二气水分离器12的排水端连接排水阀11，排水阀11为电磁控制排水阀，排水阀11、第一电磁阀6、第二电磁阀10、以及氢气循环泵9均连接车载控制单元，车载控制单元根据实际需要控制系统运行。
具体控制方法为：
a、根据燃料电池电堆8输出的电流和电压确定燃料电池的输出功率，根据该功率确定燃料电池所需的氢气消耗量，并通过第一电磁阀6调节进堆的氢气压力和流量；
b、根据不同功率情况下的氢气消耗量，通过调整氢气循环泵(9)的转速来控制进堆的氢气流量和氢气压力，并设定第二电磁阀(10)依次循环开启的周期和开启时间，以提高各燃料电池电堆(8)内的氢气回路的排水性能；
c、在不同功率情况下，通过调整排水阀11的开启周期和开启时常，以定时排水。

Claims (7)

1.一种车载燃料电池多模块并联氢气循环系统，其特征在于，包括依次经管路串联连接的储氢单元、减压组件、第一电磁阀(6)、第一气水分离器(7)，所述第一气水分离器(7)的排气端连接燃料电池电堆单元的氢气入口，所述第一气水分离器(7)的排水端连接排水阀(11)，所述燃料电池电堆单元由多个燃料电池电堆(8)并联组成，所述燃料电池电堆(8)的氢气出口依次连接第二电磁阀(10)和第二气水分离器(12)，所述第二气水分离器(12)的排气端连接氢气循环泵(9)，所述氢气循环泵(9)的出口连接至第一电磁阀(6)与第一气水分离器(7)之间的管路，所述第二气水分离器(12)的排水端连接排水阀(11)。
2.根据权利要求1所述的一种车载燃料电池多模块并联氢气循环系统，其特征在于，所述减压组件包括高压减压阀(2)和中压减压阀(4)，所述高压减压阀(2)的出口管路上设置氢气中压传感器(3)，所述中压减压阀(4)的出口管路上设置氢气低压传感器(5)。
3.根据权利要求2所述的一种车载燃料电池多模块并联氢气循环系统，其特征在于，所述储氢单元为高压氢气罐(1)。
4.根据权利要求3所述的一种车载燃料电池多模块并联氢气循环系统，其特征在于，所述高压氢气罐(1)的储氢压力为30-35MPa。
5.根据权利要求4所述的一种车载燃料电池多模块并联氢气循环系统，其特征在于，所述高压减压阀(2)将氢气压力减压至8-9bar，所述中压减压阀(4)将氢气压力减压至1-2bar。
6.根据权利要求1所述的一种车载燃料电池多模块并联氢气循环系统，其特征在于，所述排水阀(11)为电磁控制排水阀，所述排水阀(11)、第一电磁阀(6)、第二电磁阀(10)、以及氢气循环泵(9)均连接车载控制单元。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的一种车载燃料电池多模块并联氢气循环系统的控制方法，其特征在于，该控制方法为：
a、根据燃料电池电堆(8)输出的电流和电压确定燃料电池的输出功率，根据该功率确定燃料电池所需的氢气消耗量，并通过第一电磁阀(6)调节进堆的氢气压力和流量；
b、根据不同功率情况下的氢气消耗量，通过调整氢气循环泵(9)的转速来控制进堆的氢气流量和氢气压力，并设定第二电磁阀(10)依次循环开启的周期和开启时间，以提高各燃料电池电堆(8)内的氢气回路的排水性能；
c、在不同功率情况下，通过调整排水阀(11)的开启周期和开启时常，以定时排水。
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