CN109751443A - 一种节气门阀及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种节气门阀及其控制方法，其中节气门阀包括：控制器、节气门本体、电机和阀片，阀片设置于节气门本体的气体通道内，节气门本体的第一端口和第二端口均与气体通道连通，电机的控制端与控制器的第三控制端电连接，电机的转轴与阀片传动连接。气体供应装置的气体输出端与电池电堆的进气端连通，电池电堆的出气端与节气门本体的第一端口连通，节气门本体的第二端口与大气连通。控制器通过驱动电机，由电机带动阀片转动，控制由气体供应装置输出到电池电堆燃烧后排出的气体流量，通过控制气体背压，有效提高燃料的燃烧转化效率。

Description

一种节气门阀及其控制方法

技术领域

本发明涉及动力学领域，特别涉及一种节气门阀及其控制方法。

背景技术

随着国民经济的持续增长，人民生活水平提高，汽车的使用日益普遍。依据全球范围内的能源与动力需求，更多用户使用环境污染相对较小的新能源汽车。新能源汽车的动力系统多为燃料电池，燃料电池在使用过程中，燃料电池的燃料在燃烧功能时，气体的输送流量是固定不可调节的，燃料的燃烧转化效率较低，缩短电池的使用寿命。可见，现有的动力系统存在燃料燃烧转化效率较低的技术问题。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种节气门阀及其控制方法，解决了现有动力系统存在的燃料燃烧转化效率较低的技术问题。

为了达到上述目的，本发明提供的具体方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种节气门阀，包括控制器、电机和阀片，所述阀片设置于所述节气门本体的气体通道内，所述节气门本体的第一端口和第二端口均与所述气体通道连通，所述电机的控制端与所述控制器的第三控制端电连接，所述电机的转轴与所述阀片传动连接。

第二方面，本发明实施例提供了一种节气门阀的控制方法，包括：

控制所述节气门阀的第一端口接收电池电堆的出气端输出的气体；

控制所述节气门阀的电机带动阀片旋转至目标开合状态，以使所述第一端口的气体经由所述阀片输送至所述第二端口；

控制所述节气门阀的第二端口输出气体。

有益效果：上述本发明实施例提供的节气门阀及其控制方法，所述节气门阀包括控制器、节气门本体、电机和阀片，控制器通过驱动电机，由电机带动阀片转动，控制由所述气体供应装置到电池电堆的气体流量，通过控制气体背压，有效提高燃料的燃烧转化效率，即可解决动力系统燃料燃烧转化效率较低的技术问题。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的节气门阀的结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的节气门阀所应用的动力系统的结构示意图；

图3为本发明一实施例提供的节气门阀的结构示意图；

图4为本发明一实施例提供的节气门阀的控制方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参见图1，图1为本发明一实施例提供的节气门阀的结构示意图。如图1所示，所述节气门阀102包括控制器104、节气门本体1023、电机1021和阀片1022，所述阀片1022设置于所述节气门本体1023的气体通道内，所述节气门本体1023的第一端口和第二端口均与所述气体通道连通，所述电机1021的控制端与所述控制器104电连接，所述电机1021的转轴与所述阀片1022传动连接。

如图2所示，为本发明实施例提供的节气门阀102所应用的动力系统的结构示意图。所述动力系统包括气体供应装置101、节气门阀102、电池电堆103和控制器104，所述气体供应装置101、所述节气门阀102的控制端和所述电池电堆103的控制端均与所述动力系统的控制器104电连接。所述控制器104上设置有多个控制端，每个控制端可以对应一个或者多个设备。所述气体供应装置101的控制端可以与所述控制器104的第一控制端连接，所述电池电堆103的控制端可以与所述控制器104的第二控制端连接，所述节气门阀102的控制端可以与所述控制器104的第三控制端连接。在其他实施中，所述控制器104还可以为多个子控制器构成的控制装置，每个子控制器对应上述实施例的控制器的一个控制端，每个子控制器可以单独控制一个对应的功能装置，在此不做限定。

所述气体供应装置101的气体输出端与所述电池电堆103的进气端连通，所述电池电堆103的出气端与节气门阀102的一端连通，所述节气门阀102的另一端与外界环境或者大气连通，由所述阀门控制所述气体供应装置101向所述电池电堆103供应气体进行燃烧供能后排出的气体流量。

所述气体供应装置101，为所述动力系统的电池电堆103提供燃烧气体，以实现燃料燃烧转化功能。所述气体供应装置101主要供应氢气和氧气，氢气和氧气在燃烧环境中燃烧提供能量。所述电池电堆103的输出端与所述节气门阀102连通，由所述节气门阀102控制所述电池电堆103排出气体的流量。

如图2至图3所示，所述节气阀门可以包括节气门本体1023、电机1021和阀片1022，所述节气门本体1023为所述节气门阀102的基本结构，所述节气门本体1023内设置有气体通道，所述节气门本体1023的两端分别设为第一端口和第二端口，所述第一端口和所述第二端口均与所述节气门本体1023内的气体通道连通。所述阀片1022设置于所述节气门本体1023的气体通道内，控制气体通道的流量。所述阀片1022可以沿垂直于气体流通方向阀盖在所述气体通道内，阀片1022的边缘可以与所述节气门本体1023的内表面贴合，以使所述阀片1022与所述节气门本体1023匹配，阀片1022可以控制节气门本体1023内的气体通道的打开和关闭。所述电机1021为所述节气门阀102提供驱动，所述电机1021的控制端与所述控制器连接，所述电机1021的转轴与所述阀片1022传动连接，由所述控制器驱动电机1021的转轴转动，电机1021的转轴带动所述阀片1022转动，以控制阀片1022的开启状态，进而实现控制所述节气门阀102内气体流量的功能。优选的，所述电机1021可以为直流有刷电机1021，所述阀片1022可以为不锈钢结构，防止腐蚀影响节气阀门的使用。所述节气门本体1023可以为铝制结构，起到较好的支撑作用且成本较低，质量较轻。

所述节气门阀102还可以包括齿轮和连杆，电机1021转轴与阀片1022的传动连接方式可以为：将所述电机1021的转轴与齿轮传动连接，将齿轮与连杆一端联动连接，将连杆的另一端连接到阀片1022上，即可实现电机1021转轴带动齿轮转动，齿轮带动连杆摆动，进而带动阀片1022转动，控制开合程度。通过齿轮与电机1021转轴咬合及连杆传动方式，可以精准控制阀片1022从0度至100度的开合，提高控制的准确度。

本发明实施例提供的节气门阀所应用的动力系统，将气体供应装置101的气体输出端与所述电池电堆103的进气端连通，所述电池电堆103的出气端与所述节气门本体1023的第一端口连通，所述节气门本体1023的第二端口与外界环境或者大气连通。所述控制器控制电机1021的转轴转动，进而控制所述阀片1022的开合状态，以控制所述电池电堆103输出的气体的流量，保持氧气背压，提高电池电堆103内的燃料燃烧转化效率。

在上述实施例的基础上，所述节气门本体1023还可以包括全通径阀体1027，所述阀片1022设置于所述全通径阀体1027内。所述全通径阀体1027可以包括第一端口和第二端口，所述全通径阀体1027的第一端口与所述电池电堆103的出气端连通，所述全通径阀体的第二端口与大气连通。在一种实施方式中，所述全通径阀体1027可以为具有特定锥度的不锈钢结构，能有效控制气体流量，且不锈钢材质能达到较好的防腐效果。可以通过压力伺服机等设备将所述节气门本体1023挤压后，与所述全通径阀体1027连通，整体结构的重量较轻，不影响动力设备的整体重量。

在上述实施例的基础上，所述全通径阀体1027可以包括进气结构1024、流通结构1025和出气结构1026，进气结构1024和所述出气结构1026分别设置于所述流通结构1025的两端，进气结构1024与流通结构1025一端连通，流通结构1025的另一端与出气结构1026连通。

所述进气结构1024和所述出气结构1026可以均为中空圆台结构，将所述进气结构1024与所述流通结构1025的外壳的第一端口连通，所述流通结构1025的外壳的第二端口与所述出气结构1026连通。中空圆台结构可以包括大端和小端，大端的横截面大于所述小端的横截面。可以将所述进气结构1024的大端与所述气体供应装置101连通，将进气结构1024的小端与所述第一端口连通。将所述出气结构1026的小端与所述第二端口连通，将所述出气结构1026的大端与所述电池电堆103连通，使得所述节气阀门两端的横截面较大，中间设置阀片1022的横截面相对较小，可以保持阀片1022两端的压力，便于控制气体流量和流向。

所述流通结构1025可以包括中轴和外壳，所述中轴穿过所述外壳设置，所述阀片1022均设置于所述外壳内，所述阀片1022套设在所述中轴上。流通结构1025内的中轴可以与电机1021的转轴传动连接，阀片1022套设在中轴上，控制阀片1022的开合程度，进而控制气体流通。

在上述实施例的基础上，为了达到较好的防腐蚀的效果，还可以设置密封结构。可以在所述外壳的第一端口与所述中轴的贴合位置设置密封结构，并在所述外壳的第二端口与所述中轴的贴合位置设置密封结构，有效将流通结构1025两端的腐蚀性气体或者液体隔绝在密封结构外。优选的，考虑到所述第一端口为进气端，第二端口为出气端第一端口输入气体较多，可有将所述第一端口与所述中轴的贴合位置设置双层密封结构，在所述外壳的第二端口与所述中轴的贴合位置设置单层密封结构，达到更好的密封防腐蚀的效果，且节省了加工材料。

在上述实施例的基础上，还可以在所述流通结构1025的外壳上设置透气槽，优选将所述透气槽设置于所述外壳的双层密封结构和所述单层密封结构之间。若气体通过中轴与所述第一端口贴合位置的缝隙进入所述流通结构1025的控制腔体，可以通过所述透气槽将进入的气体通过透气槽排出到外界环境中，所述透气槽的数量可以为一个或者多个，根据节气门阀102的具体尺寸进行设置，不做限定。所述透气槽连通该流通结构1025的控制腔体和外界气体，用于调节所述节气门本体1023内控制器的压力，调整气体的流量和背压，满足燃料电池电堆103的氧气压力与流量需求。

在上述实施例的基础上，为了使得所述节气门阀102更好的适应动力系统的功率需求，设置节气门阀102还包括具有特定锥度的全通径阀体1027。所述全通径阀体1027的特定锥度的取值范围可为0度至45度。所述全通径阀体1027的通经范围可以为20毫米至70毫米，以匹配所述动力系统的功率范围为0千瓦至200千瓦。

在上述实施例的基础上，动力系统在应用时，将应用该动力系统的动力设备的电器接口通过接插件端口与动力系统的控制器连接。还可以在所述节气阀门内设置子控制器，电器接口通过控制线与节气门阀102的子控制器连接，通过接插件端口传输操作指令，传输到节气门阀102的子控制器，通过进一步的加密编程、信息处理与传输。

动力系统在断电状态下，阀片1022设置为全闭状态，以避免气体进入电池电堆103。隔绝外界空气来源，防止氢空界面，保护动力系统不被破坏。在运行状态下，节气门阀102接收控制器的控制信号，控制直流电机1021，通过所述齿轮和连杆带动阀片1022转动。由节气阀门的子控制器接收动力系统的控制器的控制信号，并发送驱动指令至电机1021，驱动电机1021转动。

在上述实施例的基础上，所述阀片1022的结构可以为特定角度的倾斜阀片1022，将阀片1022的尾端沿垂直于设置平面抬起特定角度，该特定角度的取值范围可以为0度到10度。减少阀片1022上积存的液态水，使得在低温环境下，由动力系统控制启动，提供正常的动力系统。

上述本发明实施例提供的节气门阀，控制器通过驱动电机，由电机带动阀片转动，控制由所述气体供应装置输出到所述电池电堆内进行燃烧功能后输出的气体流量。利用能量守恒的原理特性与恒压控制原理，减小接触面积，增大动力系统的压力需求。动力系统停机时控制阀片全闭状态，能够有效隔绝动力系统内的空气，防止氢空界面。通过控制气体背压，有效提高燃料的燃烧转化效率，即可解决动力系统的燃料燃烧转化效率较低的技术问题。

请参见图2和图3，为本发明另一实施例提供的节气门阀的结构示意图。本发明实施例提供的节气门阀与上述实施例提供的节气门阀的区别在于：还增设有用于检测阀片1022开合状态的检测装置1028。如图2和图3所示，所述节气门阀102包括阀片1022、电机1021、节气门本体1023和检测装置1028。所述气体供应装置的控制端、所述电池电堆的控制端、所述电机1021的控制端和所述检测装置1028均与所述控制器的信号接收端电连接，由所述控制器控制。所述阀片1022和所述检测装置1028均设置于所述节气门本体1023内，所述阀片1022与所述电机1021的转轴传动连接，所述检测装置1028设置于阀片1022设置位置，用于检测阀片1022的开合状态，将所检测的阀片1022的开合状态发送至所述控制器进行控制处理。

所述检测装置1028检测阀片1022开合状态的方式可以有多种，例如常见的磁感应、红外感应等。可以在所述阀片1022上设置磁铁，所述检测装置1028为磁感应元件，由所述检测装置1028感应所述阀片1022上的磁铁位置，进而判断所述阀片1022的当前位置，作为所述阀片1022的开合状态。还可以将所述检测装置1028设置为红外感应装置，通过感应阀片1022对检测装置1028的红外线的反射，确定阀片1022的当前位置，作为所述阀片1022的开合状态。其他能实现阀片1022开合位置的检测装置1028的实现方式均可适用于本实施例，在此不做限定。

所述控制器需要调节所述阀片1022时，可以获取所述检测装置1028检测的所述阀片1022的当前开合状态，再根据需要调节的目标开合状态，计算所述阀片1022需要移动的距离，驱动电机1021调节阀片1022转动，以达到目标开合状态。所述目标开合状态可以为预先输入的标准开合状态，也可以为与动力系统当前功率匹配的开合状态，在此不做限定。

本发明实施例提供的节气门阀，控制器根据阀片位置处的检测装置检测的阀片的当前开合状态，以及欲达到动力系统当前功率所需要匹配的目标开合状态，驱动电机带动阀片转动，以达到当前开合状态，控制所述电池电堆输出气体的流量，燃料燃烧提供所需动力，进一步提高了动力系统的燃料燃烧效率。本发明实施例提供的节气门阀的具体实施过程可参见上述实施例提供的节气门阀的具体实施过程，在此不再一一赘述。

请参见图4，如图4所示，为本发明一实施例提供的节气门阀的控制方法的流程示意图，应用于上述实施例提供的节气门阀。如图4所示，一种节气门阀的控制方法，包括：

步骤401、控制节气门阀的第一端口接收电池电堆的出气端输出的气体。

所述气体供应装置，为所述动力系统的电池电堆提供燃烧气体，以实现燃料燃烧转化功能。所述气体供应装置主要供应氢气和氧气，氢气和氧气在燃烧环境中燃烧提供能量。所述气体供应装置的气体输出端与所述节气门阀的一端连通，所述气体供应装置的控制端与所述控制器连接，所述控制器控制气体供应装置输出气体至所述电池电堆进行燃烧供能。所述节气门阀可以包括第一端口和第二端口，所述第一端口和所述第二端口之间设置有隔绝阀片。所述电池电堆的出气端与所述节气门阀的第一端口连通，输出气体至所述节气门阀的第二端口后排出。

步骤402、控制所述节气门阀的电机带动阀片旋转至目标开合状态，以使所述第一端口的气体经由所述阀片输送至所述第二端口。

所述节气门阀的第一端口与电池电堆连通。所述节气门阀的第一端口与所述第二端口之间设置有隔绝阀片，所述节气门阀的电机转轴与所述阀片连接，由电机驱动阀片转动。所述控制器控制所述节气门阀的电机带动阀片旋转至目标开合状态，以使所述第一端口的气体经由所述阀片输送至所述节气门阀的第二端口。

步骤403、控制所述节气门阀的第二端口输出气体。

依据上述步骤控制所述气体输出装置输出气体至电池电堆进行燃烧供能后，经由所述节气门阀的阀片输出流量可调的气体至外界环境或者大气。

在上述实施例的基础上，所述动力系统还可以包括检测装置，所述检测装置可以设置于所述节气门阀的节气门本体的通道内，所述检测装置与所述控制器连接，用于检测阀片的开合状态，将检测的阀片的开合状态发送至控制器。上述的控制所述节气门阀的电机带动阀片旋转至目标开合状态的步骤的实现方式可以为：

控制器获取所述检测装置采集的所述阀片的当前开合状态，根据所述阀片的当前开合状态控制所述电机带动所述阀片转动至所述目标开合状态。

上述本发明实施例提供的节气门阀所应用的控制方法，根据动力系统的功率确定阀片需要实现的目标开合状态，并获取检测装置采集的阀片调节前的当前开合状态，精确控制阀片开启到目标开合状态，进一步提高控制的精确度。本发明实施例提供的节气门阀的控制方法的具体实施过程，可以参见上述实施例提供的节气门阀的具体实施过程，在此不再一一赘述。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种节气门阀，其特征在于，包括控制器、节气门本体、电机和阀片，所述阀片设置于所述节气门本体的气体通道内，所述节气门本体的第一端口和第二端口均与所述气体通道连通，所述电机的控制端与所述控制器电连接，所述电机的转轴与所述阀片传动连接。

2.根据权利要求1所述的节气门阀，其特征在于，所述节气门阀还包括检测装置，所述检测装置与所述控制器的信号接收端电连接。

3.根据权利要求1所述的节气门阀，其特征在于，所述节气门本体包括全通径阀体，所述阀片设置于所述全通径阀体内，所述全通径阀体的第一端口与电池电堆的出气端连通。

4.根据权利要求3所述的节气门阀，其特征在于，所述全通径阀体为具有特定锥度的不锈钢结构。

5.根据权利要求3所述的节气门阀，其特征在于，所述全通径阀体包括进气结构、流通结构和出气结构，所述流通结构包括中轴和外壳，所述中轴穿过所述外壳设置，所述阀片均设置于所述外壳内，所述阀片套设在所述中轴上；

所述进气结构和所述出气结构均为中空圆台结构，所述进气结构与所述流通结构的外壳的第一端口连通，所述流通结构的外壳的第二端口与所述出气结构连通。

6.根据权利要求5所述的节气门阀，其特征在于，所述外壳的第一端口与所述中轴的贴合位置设置有双层密封结构，所述外壳的第二端口与所述中轴的贴合位置设置有单层密封结构。

7.根据权利要求6所述的节气门阀，其特征在于，所述外壳上还开设有透气槽，所述透气槽设置于所述双层密封结构和所述单层密封结构之间。

8.根据权利要求4所述的节气门阀，其特征在于，所述全通径阀体的通径范围为20毫米至70毫米，所述全通径阀体的特定锥度的取值范围为0度至45度。

9.一种节气门阀的控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1至8中任一项所述的节气门阀，所述方法包括：

控制所述节气门阀的第一端口接收电池电堆的出气端输出的气体；

控制所述节气门阀的电机带动阀片旋转至目标开合状态，以使所述第一端口的气体经由所述阀片输送至所述第二端口；

控制所述节气门阀的第二端口输出气体。

10.根据权利要求9所述的节气门阀的控制方法，其特征在于，所述节气门阀还包括检测装置，所述检测装置设置于所述节气门阀的节气门本体的通道内，所述检测装置与所述控制器连接；

所述控制所述节气门阀的电机带动阀片旋转至目标开合状态的步骤包括：

获取所述检测装置采集的所述阀片的当前开合状态；

根据所述阀片的当前开合状态，控制所述电机带动所述阀片转动至所述目标开合状态。