CN109728327A - 共轨喷射装置以及具有它的燃料电池系统和车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种共轨喷射装置以及具有它的燃料电池系统和车辆。所述共轨喷射装置包括：共轨喷射器；稳压器，所述稳压器与所述共轨喷射器的燃料出口连通；回流共轨管，所述回流共轨管具有共轨腔，所述共轨腔与所述共轨喷射器连通；和多个电磁阀，多个所述电磁阀设在所述共轨喷射器上。通过利用根据本发明实施例的共轨喷射装置，可以更加精确地控制提供给该燃料电池堆的燃料量。

Description

共轨喷射装置以及具有它的燃料电池系统和车辆

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，具体地，涉及共轨喷射装置，还涉及具有该共轨喷射装置的燃料电池系统和车辆。

背景技术

随着经济社会的不断发展和人民生活水平与需求的不断增长，发展清洁能源技术对于实现可持续社会至关重要。我国石油匮乏，但是车辆增速很快，对石油的增长也非常快，这就导致我国对外石油依赖程度持续增加，引起了能源安全的担忧。环境问题亦成为我国社会发展必须面对的问题之一，汽车尾气成为造成城市环境污染物的主要来源，治理分散污染源是应对环境污染问题的主要手段。

燃料电池是一种将化学能直接转化成电能的装置，由于其不受卡诺循环的限制，具有较高的效率。随着排放法规趋严、环境污染加剧、能源安全等诸多问题的出现，以及燃料电池技术的不断发展并逐渐在各个领域的应用，导致汽车产业与燃料电池技术的结合，燃料电池发动机应运而生。燃料电池技术是解决可持续发展的重要途径之一。

汽车使用工况复杂，需要考虑诸如加减速、载荷变化、爬坡等各种使用场景，要求燃料电池堆的功率能够适应使用工况的变化情况，这对燃料电池的阳极燃料供给系统提出了很高的要求。当前，主要通过提供过量的燃料来提高燃料供应系统的响应特性，这种方法容易造成燃料的浪费和系统效率的降低，因此需要将剩余燃料再次输送到燃料进料管路中以便避免燃料浪费。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的问题，提供共轨喷射装置以及具有它的燃料电池系统和车辆。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种共轨喷射装置，所述共轨喷射装置包括：共轨喷射器；稳压器，所述稳压器与所述共轨喷射器的燃料出口连通；回流共轨管，所述回流共轨管具有共轨腔，所述共轨腔与所述共轨喷射器连通；和多个电磁阀，多个所述电磁阀设在所述共轨喷射器上。

通过利用根据本发明实施例的共轨喷射装置，可以更加精确地控制提供给燃料电池堆的燃料量。

优选地，所述共轨喷射装置进一步包括：燃料进管，所述燃料进管与所述共轨喷射器相连；以及第一温度传感器和第一压力传感器，所述第一温度传感器和所述第一压力传感器中的每一者设在所述燃料进管上。

优选地，所述共轨喷射装置进一步包括：燃料出管，所述燃料出管与所述稳压器相连；和流量传感器，所述流量传感器设在所述燃料出管上。

优选地，所述共轨喷射装置进一步包括：回流管，所述回流管与所述回流共轨管相连；以及第二温度传感器和第二压力传感器，所述第二温度传感器和所述第二压力传感器中的每一者设在所述回流管上。

优选地，所述共轨喷射装置进一步包括多个连接管，每个所述连接管的第一端部与所述回流共轨管相连，每个所述连接管的第二端部与所述共轨喷射器相连。

优选地，所述稳压器为稳压管。

优选地，所述共轨喷射器包括：进气共轨管；和多个喷射部，多个所述喷射部并联设置，每个所述喷射部的燃料进口与所述进气共轨管连通，每个所述喷射部的燃料出口与所述稳压器连通，其中多个所述电磁阀一一对应地设在多个所述喷射部上。

本发明第二方面提供燃料电池系统，所述燃料电池系统包括：共轨喷射器；稳压器，所述稳压器与所述共轨喷射器的燃料出口连通；回流共轨管，所述回流共轨管具有共轨腔，所述共轨腔与所述共轨喷射器连通；多个电磁阀，多个所述电磁阀设在所述共轨喷射器上；和燃料电池堆，所述燃料电池堆具有阳极入口和阳极出口，其中所述阳极入口与所述稳压器连通，所述阳极出口与所述共轨腔连通。

根据本发明实施例的燃料电池系统具有燃料利用率高、功率控制精确的优点。

优选地，所述共轨喷射器包括：进气共轨管；和多个喷射部，多个所述喷射部并联设置，每个所述喷射部的燃料进口与所述进气共轨管连通，每个所述喷射部的燃料出口与所述稳压器连通，其中多个所述电磁阀一一对应地设在多个所述喷射部上；所述燃料电池系统进一步包括：燃料进管，所述燃料进管与所述进气共轨管相连；第一温度传感器和第一压力传感器，所述第一温度传感器和所述第一压力传感器中的每一者设在所述燃料进管上；燃料出管，所述燃料出管的第一端部与所述稳压器相连，所述燃料出管的第二端部与所述燃料电池堆的所述阳极入口相连；流量传感器，所述流量传感器设在所述燃料出管上；回流管，所述回流管的第一端部与所述燃料电池堆的所述阳极出口相连，所述回流管的第二端部与所述回流共轨管相连；第二温度传感器和第二压力传感器，所述第二温度传感器和所述第二压力传感器中的每一者设在所述回流管上；以及多个连接管，每个所述连接管的第一端部与所述回流共轨管相连，多个所述连接管的第二端部一一对应地与多个所述喷射部相连。

本发明第三方面提供车辆，所述车辆包括：车体；和燃料电池系统，所述燃料电池系统为根据本发明第二方面所述的燃料电池系统，所述燃料电池系统设在所述车体上。

根据本发明实施例的车辆具有燃料利用率高、功率控制精确的优点。

附图说明

图1是根据本发明实施例的共轨喷射装置的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的共轨喷射装置的局部结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述根据本发明实施例的燃料电池系统。如图1和图2所示，根据本发明实施例的燃料电池系统包括共轨喷射装置1和燃料电池堆(图中未示出)。共轨喷射装置1包括共轨喷射器10、稳压器20、回流共轨管30和多个电磁阀40。

多个电磁阀40设在共轨喷射器10上。稳压器20与共轨喷射器10的燃料出口连通。回流共轨管30具有共轨腔310，共轨腔310与共轨喷射器10连通。该燃料电池堆具有阳极入口和阳极出口，该阳极入口与稳压器20连通，该阳极出口与共轨腔310连通。换言之，该阳极出口通过回流共轨管30与共轨喷射器10连通。

下面参考图1和图2简要地描述根据本发明实施例的共轨喷射装置1和燃料电池系统的工作过程。

燃料(例如氢气)可以先进入到共轨喷射器10内，共轨喷射器10可以将该燃料喷射到稳压器20内，进而稳压器20内的该燃料可以通过该阳极入口进入到该燃料电池堆内，以便进行反应。剩余燃料(未在该燃料电池堆内反应的燃料)可以通过该阳极出口进入到回流共轨管30内。

在共轨喷射器10的引射作用下，无需设置燃料循环泵，就可以将回流共轨管30内的该剩余燃料吸入到共轨喷射器10内，从而不仅可以减少共轨喷射装置1和该燃料电池系统的部件数量，而且可以降低共轨喷射装置1和该燃料电池系统的能耗。共轨喷射器10可以将新的燃料和该剩余燃料喷射到稳压器20内，进而进入到该燃料电池堆内进行反应。

由于设有该燃料电池系统的车辆的使用工况复杂(例如加减速、载荷变化、爬坡等)，不同的使用工况要求该燃料电池系统提供不同的功率，因此在不同的使用工况下、该燃料电池系统在单位时间内消耗的燃料量不同，由此导致该燃料电池系统排出的剩余燃料的流量和压力不同，即由于该燃料电池堆的功率变化引起该剩余燃料的流量波动和压力波动。

根据本发明实施例的共轨喷射装置1和该燃料电池系统通过设置用于与该阳极出口和共轨喷射器10连通的回流共轨管30，从而可以利用回流共轨管30的共轨腔310消除该剩余燃料的流量波动和压力波动。

由此可以使共轨喷射器10的各个喷射部120的压力均匀一致，即可以使各个喷射部120喷射出的燃料的压力均匀一致，以便可以更加精确地控制共轨喷射器10喷射出的燃料量(燃料流量)，从而不仅可以提高燃料的利用效率，而且可以更加精确地控制该燃料电池堆和该燃料电池系统的功率，即可以使该燃料电池堆和该燃料电池系统更加精确地提供所需功率。

因此，通过利用根据本发明实施例的共轨喷射装置1，可以更加精确地控制提供给该燃料电池堆的燃料量。

根据本发明实施例的燃料电池系统具有燃料利用率高、功率控制精确等优点。

如图1和图2所示，在本发明的一些实施例中，该燃料电池系统包括该燃料电池堆、燃料进管610、第一温度传感器710、第一压力传感器720、共轨喷射器10、多个电磁阀40、稳压器20、燃料出管620、流量传感器750、回流管630、第二温度传感器730、第二压力传感器740和回流共轨管30。

在本发明的一个实施例中，如图1和图2所示，共轨喷射器10包括进气共轨管110和多个喷射部120。多个喷射部120并联设置，每个喷射部120的燃料进口与进气共轨管110连通，每个喷射部120的燃料出口与稳压器20连通。

其中，多个电磁阀40一一对应地设在多个喷射部120上。换言之，电磁阀40的数量可以等于喷射部120的数量，每个喷射部120上可以设置一个电磁阀40。本领域技术人员可以理解的是，喷射部120上设置多个电磁阀40的技术方案也在本申请的保护范围内。电磁阀40可以用于控制喷射部120的开启和关闭。

具体而言，进气共轨管110上可以设有多个燃料出口，进气共轨管110的多个燃料出口可以一一对应地与多个喷射部120的燃料进口连通或相连。稳压器20上可以设有多个燃料进口，稳压器20的多个燃料进口可以一一对应地与多个喷射部120的燃料出口连通或相连。

燃料进管610可以与进气共轨管110相连，以便燃料通过燃料进管610进入到进气共轨管110内，进而从进气共轨管110进入到多个喷射部120内，喷射部120将燃料喷射到稳压器20内。优选地，稳压器20可以是稳压管，即稳压器20可以是管状。

如图1所示，第一温度传感器710和第一压力传感器720中的每一者设在燃料进管610上，即燃料进管610上可以设有第一温度传感器710和第一压力传感器720。其中，第一温度传感器710可以用于测量燃料进管610内的燃料的温度，第一压力传感器720可以用于测量燃料进管610内的燃料的压力。

燃料出管620的第一端部可以与稳压器20相连，燃料出管620的第二端部可以与该燃料电池堆的该阳极入口相连，由此稳压器20内的燃料可以通过燃料出管620进入到该燃料电池堆内。其中，流量传感器750设在燃料出管620上，即燃料出管620上可以设有流量传感器750，流量传感器750用于测量燃料出管620内的燃料的流量。

回流管630的第一端部与该燃料电池堆的该阳极出口相连，回流管630的第二端部与回流共轨管30相连。由此该燃料电池堆排出的剩余燃料可以通过回流管630进入到回流共轨管30的共轨腔310内，进而被吸入到共轨喷射器10内。

其中，第二温度传感器730和第二压力传感器740中的每一者设在回流管630上，即回流管630上设有第二温度传感器730和第二压力传感器740。第二温度传感器730用于测量回流管630内的剩余燃料的温度，第二压力传感器740用于测量回流管630内的剩余燃料的压力。

如图2所示，在本发明的一些示例中，共轨喷射装置1可以进一步包括多个连接管50，每个连接管50的第一端部与回流共轨管30相连，多个连接管50的第二端部一一对应地与多个喷射部120相连。由此可以使共轨喷射装置1的结构更加合理。

下面以燃料为氢气为例、参考图1和图2描述根据本发明实施例的共轨喷射装置1和该燃料电池系统的工作过程。

氢气由氢瓶提供，氢气经过减压等过程之后进入进气共轨管110，剩余氢气从该燃料电池堆的该阳极出口引入到回流共轨管30内。电控ECU80根据该燃料电池堆的功率需求控制多个电磁阀40的打开和关闭。剩余氢气由高压氢气引流，从而获得动能，汇聚成氢气流进入到稳压器20内，具有一定压力的氢气由燃料出管620输送到该燃料电池堆的该阳极入口。

电控ECU80能够根据该燃料电池堆的工作需求变化，控制多个电磁阀40的启闭频率，从而调节氢气进量和该燃料电池堆的功率。具体而言，电控ECU80可以根据第一温度传感器710、第一压力传感器720、第二温度传感器730和第二压力传感器740的测量值以及预设的MAP图控制多个电磁阀40的启闭频率。

其中，预设的MAP图是指预存在电控ECU80内的数据，这些数据包括该燃料电池堆的工况、氢瓶压力、进气温度、进气压力、回流压力、回流温度等，这些数据是该燃料电池堆出厂之前标定好并存储在电控ECU80内的。

电控ECU80内存储的喷射程序流程是：预设该燃料电池堆的功率与进气量的匹配数据，当该燃料电池堆的工作状态发生变化时，判断该燃料电池堆的需求功率与当前工作状态的差别，然后电控ECU80采集进气压力、进气温度、回流压力和回流温度的数据参数，确定残余氢气量和回流比，根据这些参数控制多个电磁阀40(电磁阀组)的开闭，最后电控ECU80根据流量传感器750的数据，判断本次喷射的效果，为下一次喷射调节提供参考。

例如，当负荷增加时，喷射部120的开启时长相应增加，由流量传感器750收集数据传输给电控ECU80，由电控ECU80判断下次开启时刻和调整开启时长。当负荷减小时，喷射部120的开启时长相应减小，由流量传感器750收集数据传输给电控ECU80，由电控ECU80判断下次开启时刻和调整开启时长。

根据本发明实施例的车辆包括车体和燃料电池系统，该燃料电池系统为根据本发明上述实施例的燃料电池系统，该燃料电池系统设在该车体上。

因此，根据本发明实施例的车辆具有燃料利用率高、功率控制精确等优点。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施方式或示例以及不同实施方式或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施方式，可以理解的是，上述实施方式是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施方式进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种共轨喷射装置，其特征在于，包括：

共轨喷射器；

稳压器，所述稳压器与所述共轨喷射器的燃料出口连通；

回流共轨管，所述回流共轨管具有共轨腔，所述共轨腔与所述共轨喷射器连通；和

多个电磁阀，多个所述电磁阀设在所述共轨喷射器上。

2.根据权利要求1所述的共轨喷射装置，其特征在于，进一步包括：

燃料进管，所述燃料进管与所述共轨喷射器相连；以及

第一温度传感器和第一压力传感器，所述第一温度传感器和所述第一压力传感器中的每一者设在所述燃料进管上。

3.根据权利要求1所述的共轨喷射装置，其特征在于，进一步包括：

燃料出管，所述燃料出管与所述稳压器相连；和

流量传感器，所述流量传感器设在所述燃料出管上。

4.根据权利要求1所述的共轨喷射装置，其特征在于，进一步包括：

回流管，所述回流管与所述回流共轨管相连；以及

第二温度传感器和第二压力传感器，所述第二温度传感器和所述第二压力传感器中的每一者设在所述回流管上。

5.根据权利要求1所述的共轨喷射装置，其特征在于，进一步包括多个连接管，每个所述连接管的第一端部与所述回流共轨管相连，每个所述连接管的第二端部与所述共轨喷射器相连。

6.根据权利要求1所述的共轨喷射装置，其特征在于，所述稳压器为稳压管。

7.根据权利要求1所述的共轨喷射装置，其特征在于，所述共轨喷射器包括：

进气共轨管；和

多个喷射部，多个所述喷射部并联设置，每个所述喷射部的燃料进口与所述进气共轨管连通，每个所述喷射部的燃料出口与所述稳压器连通，其中多个所述电磁阀一一对应地设在多个所述喷射部上。

8.一种燃料电池系统，其特征在于，包括：

共轨喷射器；

稳压器，所述稳压器与所述共轨喷射器的燃料出口连通；

回流共轨管，所述回流共轨管具有共轨腔，所述共轨腔与所述共轨喷射器连通；

多个电磁阀，多个所述电磁阀设在所述共轨喷射器上；和

燃料电池堆，所述燃料电池堆具有阳极入口和阳极出口，其中所述阳极入口与所述稳压器连通，所述阳极出口与所述共轨腔连通。

9.根据权利要求8所述的燃料电池系统，其特征在于，所述共轨喷射器包括：

进气共轨管；和

多个喷射部，多个所述喷射部并联设置，每个所述喷射部的燃料进口与所述进气共轨管连通，每个所述喷射部的燃料出口与所述稳压器连通，其中多个所述电磁阀一一对应地设在多个所述喷射部上；

所述燃料电池系统进一步包括：

燃料进管，所述燃料进管与所述进气共轨管相连；

第一温度传感器和第一压力传感器，所述第一温度传感器和所述第一压力传感器中的每一者设在所述燃料进管上；

燃料出管，所述燃料出管的第一端部与所述稳压器相连，所述燃料出管的第二端部与所述燃料电池堆的所述阳极入口相连；

流量传感器，所述流量传感器设在所述燃料出管上；

回流管，所述回流管的第一端部与所述燃料电池堆的所述阳极出口相连，所述回流管的第二端部与所述回流共轨管相连；

第二温度传感器和第二压力传感器，所述第二温度传感器和所述第二压力传感器中的每一者设在所述回流管上；以及

多个连接管，每个所述连接管的第一端部与所述回流共轨管相连，多个所述连接管的第二端部一一对应地与多个所述喷射部相连。

10.一种车辆，其特征在于，包括：

车体；和

燃料电池系统，所述燃料电池系统为根据权利要求8或9所述的燃料电池系统，所述燃料电池系统设在所述车体上。