CN111244500A - 一种氢燃料电池汽车动力装置的控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及氢燃料电池技术领域，具体为一种氢燃料电池汽车动力装置的控制系统，包括电堆模块、热交换器、供氧系统、增湿器、氢气瓶组和DC/DC模块，电堆模块上设有冷却液进管、冷却液出管、氢气进管和氢气出管，热交换器的第一进口通过进液管与冷却液进管连通，热交换器的第一出口通过出液管与冷却液出管连通，供氧系统通过进气管与热交换器的第二进口连通，增湿器的第一进口通过出气管与热交换器的第二出口连通，增湿器的第一出口和第二入口均与电堆模块连通，增湿器的第二出口与外界连通，氢气瓶组通过设置的供氢阀组与氢气进管连通。该氢燃料电池汽车动力装置的控制系统节约氢燃料电池的原料供应，延长氢燃料电池整体的使用寿命。

Description

一种氢燃料电池汽车动力装置的控制系统
技术领域
本发明涉及氢燃料电池技术领域，具体为一种氢燃料电池汽车动力装置的控制系统。
背景技术
氢燃料电池汽车也是纯电动汽车，基本工作原理是将氢气送到燃料电池的阳极板(负极)，经过催化剂的作用，到达燃料电池阴极板(正极)与氧原子结合为水。由于氢燃料电池汽车最后只排纯净放水，是一种高效、安全、清洁、灵活的新型发电技术，不同于传统蓄电池以储能的方式提供电能。氢燃料电池是通过氢气氧气间的电化学反应，将化学能转变成为电能，只要具备充足的氢气源和氧气源(空气源)，这个转化过程就可以一直持续下去。
目前，现有的氢燃料电池汽车动力系统在使用过程中，不便于控制电堆内电化学反应原料的用量，导致化学反应不彻底，原料的利用率较低，同时氢燃料电池的寿命也随之较短，不便于使用。鉴于此，我们提出一种氢燃料电池汽车动力装置的控制系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氢燃料电池汽车动力装置的控制系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种氢燃料电池汽车动力装置的控制系统，包括：
电堆模块，所述电堆模块上设有冷却液进管、冷却液出管、氢气进管和氢气出管；
热交换器，所述热交换器的第一进口通过进液管与所述冷却液进管连通，所述热交换器的第一出口通过出液管与所述冷却液出管连通；
供氧系统，所述供氧系统通过进气管与所述热交换器的第二进口连通；
增湿器，所述增湿器的第一进口通过出气管与所述热交换器的第二出口连通，所述增湿器的第一出口和第二入口均与所述电堆模块连通，所述增湿器的第二出口与外界连通；
氢气瓶组，所述氢气瓶组通过设置的供氢阀组与所述氢气进管连通；
DC/DC模块，所述DC/DC模块安装在所述电堆模块上，所述DC/DC模块上安装有系统控制器、氢气瓶组控制器、空压机调速器。
优选的，所述DC/DC模块的输入端正极与所述电堆模块的正极输出端电性连接，所述DC/DC模块的输入端负极与所述电堆模块的负极输出端电性连接。
优选的，所述供氧系统包括空压机和空气流量计，所述空气流量计的一端与外界连通，所述空气流量计的另一端与所述空压机的进气口连通，所述空压机的出气口与所述进气管连通，所述空气流量计通过导线与所述空压机调速器电性连接。
优选的，所述供氢阀组包括进气阀和电磁比例阀，且所述进气阀的一端与所述供氢阀组连通，所述进气阀的另一端通过所述电磁比例阀与所述氢气进管。
优选的，所述氢气出管和所述氢气进管之间安装有回流泵，所述回流泵的进气口与所述氢气出管连通，所述回流泵的出气口与所述氢气进管连通。
优选的，所述回流泵上安装有回流泵调速器，且所述回流泵调速器通过导线与所述DC/DC模块电性连接。
优选的，所述系统控制器、氢气瓶组控制器和空压机调速器均通过导线与所述DC/DC模块电性连接。
优选的，所述氢气瓶组由多个氢气瓶组成，且每个氢气瓶的出气口均通过所述供氢阀组与所述氢气进管连通。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.该氢燃料电池汽车动力装置的控制系统，通过设置的热交换器和增湿器为电堆模块内进行的电化学反应提供合适的温度和湿度环境，提高原料的利用率，同时，利用空压机调速器根据电堆模块的实际氧气需求量控制空压机的输出功率，节约氧气的用量和空压机的运行强度，利用供氢阀组对电堆模块氢气入口的压力和流量进行控制，为电堆模块提供合适压力和流量的氢气，节约电化学反应过程中氢气的用量，以此节约氢燃料电池的原料供应，并为电堆模块内进行的电化学反应提供合适的反应环境，延长氢燃料电池整体的使用寿命。
2.该氢燃料电池汽车动力装置的控制系统，氢气出管和氢气进管之间安装有回流泵，回流泵用于将电堆模块内反应剩余的氢气回收入电堆模块内作为下次电化学反应的原料，提高原料的利用率。
3.该氢燃料电池汽车动力装置的控制系统，氢气瓶组由多个氢气瓶组成，便于利用多个氢气瓶组合，提高氢气的储备量。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明中供氢阀组的结构示意图；
图3为本发明中供氧系统的结构示意图。
图中：100、电堆模块；101、冷却液进管；102、冷却液出管；103、氢气进管；104、氢气出管；200、热交换器；201、进液管；202、出液管；203、进气管；204、出气管；300、供氧系统；301、空压机；302、空气流量计；400、增湿器；500、氢气瓶组；501、回流泵；600、供氢阀组；601、进气阀；602、电磁比例阀；700、DC/DC模块；701、系统控制器；702、氢气瓶组控制器；703、回流泵调速器；704、空压机调速器。
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，所描述的实施例仅仅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做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。
在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。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专利中的具体含义。
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一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请参阅图1-图3所示，本发明提供的一种技术方案：
一种氢燃料电池汽车动力装置的控制系统，包括电堆模块100、热交换器200、供氧系统300、增湿器400、氢气瓶组500和DC/DC模块700，具体的：电堆模块100上设有冷却液进管101、冷却液出管102、氢气进管103和氢气出管104，热交换器200的第一进口通过进液管201与冷却液进管101连通，热交换器200的第一出口通过出液管202与冷却液出管102连通，供氧系统300通过进气管203与热交换器200的第二进口连通，增湿器400的第一进口通过出气管204与热交换器200的第二出口连通，增湿器400的第一出口和第二入口均与电堆模块100连通，增湿器400的第二出口与外界连通，氢气瓶组500通过设置的供氢阀组600与氢气进管103连通，DC/DC模块700安装在电堆模块100上，DC/DC模块700上安装有系统控制器701、氢气瓶组控制器702、空压机调速器704，便于利用多个控制器以及调速器对装置进行调控，节约氢燃料电池的原料供应，延长氢燃料电池整体的使用寿命。
本实施例中，DC/DC模块700的输入端正极与电堆模块100的输出端正极电性连接，DC/DC模块700的输入端负极与电堆模块100的输出端负极电性连接，DC/DC模块的电压输出端正负极通过导线与外界的配电箱电信连接，用于为整车驱动供电。
进一步的，供氧系统300包括空压机301和空气流量计302，空气流量计302的一端与外界连通，空气流量计302的另一端与空压机301的进气口连通，空压机301的出气口与进气管203连通，空压机调速器704用于调节空压机301输出功率，空气流量计302通过导线与空压机调速器704电性连接，用于将空压机301吸入的空气量通过电信号的方式传输给空压机调速器704，并使得空压机调速器704根据电堆模块100的实际氧气需求量控制空压机301的转速，空压机301在启动或停止的控制通过外接24V直流电源进行供电，在空压机301正常运行后采用电堆模块100的高压电源进线供电。
更进一步的，空气流量计302与外界连通的管道上安装有空气滤清器，确保进入电堆模块100内的空气不含杂质。
本实施例中，增湿器400可以采用膜增湿器，用于电堆模块100的空气出口湿空气增湿电堆空气入口的干空气，为电堆模块100内的电化学反应提供湿度适宜的环境。
除此之外，供氢阀组600包括进气阀601和电磁比例阀602，且进气阀601的一端与供氢阀组600连通，进气阀601的另一端通过电磁比例阀602与氢气进管103，进气阀601与氢气瓶组500之间安装有氢气进气口压力传感器，进气阀601与电磁比例阀602之间安装有氢气比例阀入口压力传感器，电磁比例阀602的出口安装有氢气电堆入口压力传感器，用于对电堆模块100的氢气入口压力和流量控制，为电堆模块100提供合适流量的氢气，节约电化学反应过程中氢气的用量。
值得说明的是，氢气出管104和氢气进管103之间安装有回流泵501，回流泵501的进气口与氢气出管104连通，回流泵501的出气口与氢气进管103连通，回流泵501上安装有回流泵调速器703，且回流泵调速器703通过导线与DC/DC模块700电性连接，回流泵501功率较小，采用外接的24V直流电源直接供电，回流泵501用于将电堆模块100内反应剩余的氢气回收入电堆模块100内作为下次电化学反应的原料，提高原料的利用率。
具体的，系统控制器701、氢气瓶组控制器702和空压机调速器704均通过导线与DC/DC模块700电性连接，且在启动或停止的过程中，系统控制器701、氢气瓶组控制器702和空压机调速器704均通过外接24V直流电源进行供电。
此外，氢气瓶组500由多个氢气瓶组成，且每个氢气瓶的出气口均通过供氢阀组600与氢气进管103连通，便于利用多个氢气瓶组合，提高氢气的储备量。
值得注意的是，通过冷却液进管101向电堆模块100内输送冷却液，且冷却液进管101与热交换器200相互配合，用于为电堆模块100内进行的电化学反应提供合适的温度环境，进一步提高原料的利用率。
本实施例的氢燃料电池汽车动力装置的控制系统在使用时，热交换器200的第一进口通过进液管201与冷却液进管101连通，热交换器200的第一出口通过出液管202与冷却液出管102连通，供氧系统300通过进气管203与热交换器200的第二进口连通，增湿器400的第一进口通过出气管204与热交换器200的第二出口连通，增湿器400的第一出口和第二入口均与电堆模块100连通，增湿器400的第二出口与外界连通，用于为电堆模块100内进行的电化学反应提供合适的温度环境和湿度，提高原料的利用率，同时，供氧系统300包括空压机301和空气流量计302，空气流量计302将空压机301吸入的空气量通过电信号的方式传输给空压机调速器704，并使得空压机调速器704根据电堆模块100的实际氧气需求量控制空压机301的输出功率，节约氧气的用量和空压机301的运行强度，氢气瓶组500通过设置的供氢阀组600与氢气进管103连通，供氢阀组600包括进气阀601和电磁比例阀602，供氢阀组600用于对电堆模块100的氢气入口压力和流量控制，为电堆模块100提供合适浓度的氢气，节约电化学反应过程中氢气的用量，以此节约氢燃料电池的原料供应，并为电堆模块100内进行的电化学反应提供合适的反应环境，延长氢燃料电池整体的使用寿命，便于普及和推广。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种氢燃料电池汽车动力装置的控制系统，其特征在于：包括：
电堆模块(100)，所述电堆模块(100)上设有冷却液进管(101)、冷却液出管(102)、氢气进管(103)和氢气出管(104)；
热交换器(200)，所述热交换器(200)的第一进口通过进液管(201)与所述冷却液进管(101)连通，所述热交换器(200)的第一出口通过出液管(202)与所述冷却液出管(102)连通；
供氧系统(300)，所述供氧系统(300)通过进气管(203)与所述热交换器(200)的第二进口连通；
增湿器(400)，所述增湿器(400)的第一进口通过出气管(204)与所述热交换器(200)的第二出口连通，所述增湿器(400)的第一出口和第二入口均与所述电堆模块(100)连通，所述增湿器(400)的第二出口与外界连通；
氢气瓶组(500)，所述氢气瓶组(500)通过设置的供氢阀组(600)与所述氢气进管(103)连通；
DC/DC模块(700)，所述DC/DC模块(700)安装在所述电堆模块(100)上，所述DC/DC模块(700)上安装有系统控制器(701)、氢气瓶组控制器(702)、空压机调速器(704)。
2.根据权利要求1所述的氢燃料电池汽车动力装置的控制系统，其特征在于：所述DC/DC模块(700)的输入端正极与所述电堆模块(100)的高压输出端电性连接，所述DC/DC模块(700)的输入端负极与所述电堆模块(100)的输出端负极电性连接。
3.根据权利要求1所述的氢燃料电池汽车动力装置的控制系统，其特征在于：所述供氧系统(300)包括空压机(301)和空气流量计(302)，所述空气流量计(302)的一端与外界连通，所述空气流量计(302)的另一端与所述空压机(301)的进气口连通，所述空压机(301)的出气口与所述进气管(203)连通，所述空气流量计(302)通过导线与所述空压机调速器(704)电性连接。
4.根据权利要求1所述的氢燃料电池汽车动力装置的控制系统，其特征在于：所述供氢阀组(600)包括进气阀(601)和电磁比例阀(602)，且所述进气阀(601)的一端与所述供氢阀组(600)连通，所述进气阀(601)的另一端通过所述电磁比例阀(602)与所述氢气进管(103)。
5.根据权利要求1所述的氢燃料电池汽车动力装置的控制系统，其特征在于：所述氢气出管(104)和所述氢气进管(103)之间安装有回流泵(501)，所述回流泵(501)的进气口与所述氢气出管(104)连通，所述回流泵(501)的出气口与所述氢气进管(103)连通。
6.根据权利要求5所述的氢燃料电池汽车动力装置的控制系统，其特征在于：所述回流泵(501)上安装有回流泵调速器(703)，且所述回流泵调速器(703)通过导线与所述DC/DC模块(700)电性连接。
7.根据权利要求1所述的氢燃料电池汽车动力装置的控制系统，其特征在于：所述系统控制器(701)、氢气瓶组控制器(702)和空压机调速器(704)均通过导线与所述DC/DC模块(700)电性连接。
8.根据权利要求1所述的氢燃料电池汽车动力装置的控制系统，其特征在于：所述氢气瓶组(500)由多个氢气瓶组成，且每个氢气瓶的出气口均通过所述供氢阀组(600)与所述氢气进管(103)连通。
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