CN112164811A - 燃料电池汽车尾气水汽分离和排放系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及燃料电池汽车技术领域，尤其涉及燃料电池汽车尾气水汽分离和排放系统及其控制方法。该尾气水汽分离和排放系统，包括燃料电池堆、尾气输送管、水箱、燃料电池控制单元、第一控制开关、排气管和排水管，所述尾气输送管的一端与所述燃料电池堆的尾气输出端连通，其另一端与所述水箱的进气口连通，所述排气管与所述水箱的出气口连通，且其远离所述水箱的一端设有过滤单元，所述过滤单元用于对气体进行过滤处理，所述排水管与所述水箱的出水口连通，所述第一控制开关设置在所述排水管上，其用于连通或断开所述排水管。该系统分离出来的液体进行集中收集，并进行定期和定点排水，解决了现有技术中尾气随意排放对路面环境造成的影响。

Description

燃料电池汽车尾气水汽分离和排放系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及燃料电池汽车技术领域，尤其涉及燃料电池汽车尾气水汽分离和排放系统及其控制方法。
背景技术
为了应对国际环境问题与能源危机，氢燃料电池汽车成为世界各国发展战略。而随着氢燃料电池汽车的普及，越来越多的问题得以显现，其中氢燃料电池汽车尾气随意排放导致路面湿滑或者结冰，从而引起环境和交通问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种燃料电池汽车尾气水汽分离和排放系统及其控制方法。
本发明提供一种燃料电池汽车尾气水汽分离和排放系统，包括燃料电池堆、尾气输送管、水箱、燃料电池控制单元、第一控制开关、排气管和排水管，所述尾气输送管的一端与所述燃料电池堆的尾气输出端连通，其另一端与所述水箱的进气口连通，所述排气管与所述水箱的出气口连通，且其远离所述水箱的一端设有过滤单元，所述过滤单元用于对气体进行过滤处理，所述排水管与所述水箱的出水口连通，所述第一控制开关设置在所述排水管上，其用于连通或断开所述排水管，所述燃料电池控制单元与所述第一控制开关电连接。
进一步地，还包括两个水位检测单元，且两个所述水位检测单元上下间隔的设置在所述水箱内，且位于上方的所述水位检测单元位于所述水箱排气口的下方，所述水位检测单元用于对所述水箱内的水位进行检测，所述水位检测单元与所述燃料电池控制单元电连接。
进一步地，还包括第二控制开关，所述第二控制开关设置在驾驶舱内，其与所述燃料电池控制单元电连接。
进一步地，所述水箱的进气口位于所述水箱的顶部，所述尾气输送管为“L”型结构，且其水平段与所述燃料电池堆的尾气输出端连通，其竖直段与所述水箱的进气口连通。
进一步地，所述排气管为“Z”字型结构，且所述过滤单元设置在所述排气管远离所述水箱的一端。
进一步地，所述过滤单元为过滤网。
进一步地，所述第一控制开关为电磁阀。
一种所述燃料电池汽车尾气水汽分离和排放系统控制方法，其主要包括以下步骤：
S1、检查燃料电池控制单元FCU是否得电及处于正常工况状态，若是，则进行下一步操作，若否，则检查燃料电池控制单元，直至其完成上电和处于常工况状态；
S2、水位检测单元实时监控水箱中的水位高度，若测得水箱中的水位高度＜H1，则燃料电池控制单元不发送控制命令，直到测得水箱中的水位高度≥H1；若测得水箱中的水位高度≥H1，则进行下一步两种并行判断；
并行判断一：若水箱中的水位高度＜H2，则燃料电池控制单元不发送控制命令，直到水箱中的水位高度≥H2；若水箱中的水位高度≥H2，则进行下一步骤；
并行判断二：判断当前第二控制开关是否处于启动状态，若第二控制开关状态未启动，则燃料电池控制单元不发送控制命令，直到第二控制开关处于启动状态；若当前第二控制开关处于启动状态，则进行下一步骤；
S3、当检测到水箱中的水位高度≥H2或第二控制开关处于启动状态时，燃料电池控制单元FCU控制第一控制开关打开，排水工作启动；
S4、边排水边检测水箱内的水位信息，若测得当前水箱中的水位高度≥H1，则保持第一控制开关为打开状态；若测得当前水箱中的水位高度＜H1时，燃料电池控制单元FCU控制第一控制开关关闭，排水工作停止；同时返回至S1，并循环S1-S4的操作。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：本发明所述的燃料电池汽车尾气水汽分离和排放系统及其控制方法，其具有以下优点：
(1)该尾气水汽分离和排放系统可实现对尾气的气液分离，且对分离出来的液体进行集中收集，并进行定期和定点排水，解决了现有技术中尾气随意排放对路面环境造成的影响；
(2)该尾气水汽分离和排放系统可对水箱内的水位进行实时监控，并具有自动排水的功能，具有结构简单、反应灵敏和控制精度高等优点；
(3)该尾气水汽分离和排放系统还具有实施成本低和实用性强等优点；
(4)该尾气水汽分离和排放系统控制方法具有操作简单和响应速度快等优点。
附图说明
图1是本发明所述一种燃料电池汽车尾气水汽分离和排放系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1，本发明的实施例提供了一种燃料电池汽车尾气水汽分离和排放系统，包括燃料电池堆10、尾气输送管20、水箱30、燃料电池控制单元40、第一控制开关50、排气管60和排水管70，所述尾气输送管20的一端与所述燃料电池堆10的尾气输出端连通，其另一端与所述水箱30的进气口连通，所述排气管60与所述水箱30的出气口连通，且其远离所述水箱30的一端设有过滤单元80，所述过滤单元80用于对气体进行过滤处理，所述排水管70与所述水箱30的出水口连通，所述第一控制开关50设置在所述排水管70上，其用于连通或断开所述排水管70，所述燃料电池控制单元40与所述第一控制开关50电连接。
在本发明中，从燃料电池堆10的内排出的尾气经过尾气输送管20进入水箱30内，而尾气中的液体部分则留在水箱30内进行收集，气体部分进入水箱 30内后从水箱30的出气口排入排气管60中，并经过排气管60内过滤单元80 的过滤处理后，排到大气环境中。其中，尾气输送管20有利于从燃料电池堆10 内排出的尾气散热，避免进入水箱30内的尾气温度过高。此外，为了避免在外界温度较低时，水箱30内水结冰，水箱30外包裹有保温套，而保温套为现有技术。此外，为了提高对尾气气液分离效果，水箱30的进气口位于水箱30的顶部，尾气输送管20为“L”型结构，且其水平段与燃料电池堆10的尾气输出端连通，其竖直段与水箱30的进气口连通，这有利于尾气中的液体部分在水箱30 的底部聚集，而气体部分则在水箱30上部，便于气体部分从水箱30出气口流出。过滤单元80一方面可以对尾气中的气体部分进行过滤处理，另一方面还可防止外部环境中的杂质通过排气管60进入水箱30内，影响水箱30的过滤效果。具体的，本发明中的过滤单元80为过滤网，过滤网具有过滤效果好和实施成本低等优点。需要说明的是，本发明对过滤网的孔径不进行限制，其只需满足实现对尾气过滤和防止外部环境中的杂质通过的功能即可。第一控制开关50 为电磁阀，其与燃料电池控制单元FCU40电连接，由FCU自动控制电磁阀的开启和关闭，以达到对水箱30内水自动排放的目的。此外，通过电磁阀开关的导通与关闭实现排水系统的排水功能和蓄水功能，从而让排水系统的排水功能和蓄水功能可控，保证了排水系统的稳定性和可靠性。需要说明的是，其中FCU 为现有技术。需要说明的是，本发明对水箱30的安装位置不进行限定，其只需满足可使燃料电池堆10内的尾气进入水箱30内即可。
在上述实施例中，还包括两个水位检测单元(图中未示出)，且两个所述水位检测单元上下间隔的设置在所述水箱30内，且位于上方的所述水位检测单元位于所述水箱30排气口的下方，所述水位检测单元用于对所述水箱30内的水位进行检测，所述水位检测单元与所述燃料电池控制单元40电连接。
在本发明中，水位检测单元为水位传感器，两个水位传感器均安装在水箱 30的内壁侧上，其中，位于上方的水位传感器用于实现对水箱30内最高水位的检测，位于下方的水位传感器用于实现对水箱30内最低水位的检测。当水箱30 内的水位高度位于水位传感器的安装位置时，水位传感器检测到水位，并将信号发送至FCU，此时，FCU则控制第一控制开关50的开启，以将水箱30内的及时排出，而当水位下降至位于下方的水位传感器位置的下方时，其将信号发送至FCU，FCU则控制第一控制开关50关闭，排水停止。而位于上方的水位传感器设置在排气口下方的，可达到防止水箱30内的水溢出排气口的目的。本发明中的水位检测单元可以实现对水箱30内水位的实时监控，具有反应灵敏等优点。
在上述实施例中，所述排气管60为“Z”字型结构。
在本发明中，排气管60为“Z”字型结构，且过滤装置设置在排气管60远离水箱30的一端，其中，“Z”字型结构的排气管60可达到防止水箱30中水溢出排气管60的目的。
在上述实施例中，还包括第二控制开关90，所述第二控制开关90设置在驾驶舱内，其与燃料电池控制单元40电连接。
在本发明中，当检测到第二控制开关被按下时，此时FCU接收到命令，控制第一控制开关50开启，应该执行一次相关的排水动作。在本发明中，增加人工排水设计，使得排水系统的实用性和适用性更广，方便排水系统适合不同的使用情景。具体的，第二控制开关90为自复位开关。
燃料电池汽车尾气水汽分离和排放系统控制方法，其主要包括以下步骤：
S1、检查燃料电池控制单元FCU40是否得电及处于正常工况状态，若是，则进行下一步操作，若否，则检查燃料电池控制单元40，直至其完成上电和处于常工况状态；
S2、水位检测单元实时监控水箱30中的水位高度，若测得水箱30中的水位高度＜H1，则燃料电池控制单元40不发送控制命令，直到测得水箱30中的水位高度≥H1；若测得水箱30中的水位高度≥H1，则进行下一步两种并行判断；
并行判断一：若水箱30中的水位高度＜H2，则燃料电池控制单元40不发送控制命令，直到水箱30中的水位高度≥H2；若水箱30中的水位高度≥H2，则进行下一步骤；
并行判断二：判断当前第二控制开关90是否处于启动状态，若第二控制开关90处于未启动状态，则燃料电池控制单元40不发送控制命令，直到第二控制开关90处于启动状态；若当前第二控制开关90处于启动状态，则进行下一步骤；
S3、当检测到水箱30中的水位高度≥H2或第二控制开关90处于启动状态时，燃料电池控制单元FCU40控制第一控制开关50打开，排水工作启动；
S4、边排水边检测水箱30内的水位信息，若测得当前水箱30中的水位高度≥H1，则保持第一控制开关50为打开状态；若测得当前水箱30中的水位高度＜H1时，燃料电池控制单元FCU40控制第一控制开关50关闭，排水工作停止；同时返回至S1，并循环S1-S4的操作。
其中，需要说明的是，H1为位于水箱30中下方水位传感器检测到的最低水位高度值，H2为位于水箱30中上方水位传感器检测到的最高水位高度值，可具体值均可根据实际情况而设定。
本发明所述控制方法，具有操作简单、反应灵敏和控制精准等优点。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种燃料电池汽车尾气水汽分离和排放系统，其特征在于，包括燃料电池堆(10)、尾气输送管(20)、水箱(30)、燃料电池控制单元(40)、第一控制开关(50)、排气管(60)和排水管(70)，所述尾气输送管(20)的一端与所述燃料电池堆(10)的尾气输出端连通，其另一端与所述水箱(30)的进气口连通，所述排气管(60)与所述水箱(30)的出气口连通，且其远离所述水箱(30)的一端设有过滤单元(80)，所述过滤单元(80)用于对气体进行过滤处理，所述排水管(70)与所述水箱(30)的出水口连通，所述第一控制开关(50)设置在所述排水管(70)上，其用于连通或断开所述排水管(70)，所述燃料电池控制单元(40)与所述第一控制开关(50)电连接。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池汽车尾气水汽分离和排放系统，其特征在于，还包括两个水位检测单元，且两个所述水位检测单元上下间隔的设置在所述水箱(30)内，且位于上方的所述水位检测单元位于所述水箱(30)排气口的下方，所述水位检测单元用于对所述水箱(30)内的水位进行检测，所述水位检测单元与所述燃料电池控制单元(40)电连接。
3.根据权利要求1所述的一种燃料电池汽车尾气水汽分离和排放系统，其特征在于，还包括第二控制开关(90)，所述第二控制开关(90)设置在驾驶舱内，其与所述燃料电池控制单元(40)电连接。
4.根据权利要求1所述的一种燃料电池汽车尾气水汽分离和排放系统，其特征在于，所述水箱(30)的进气口位于所述水箱(30)的顶部，所述尾气输送管(20)为“L”型结构，且其水平段与所述燃料电池堆(10)的尾气输出端连通，其竖直段与所述水箱(30)的进气口连通。
5.根据权利要求1所述的一种燃料电池汽车尾气水汽分离和排放系统，其特征在于，所述排气管(60)为“Z”字型结构，且所述过滤单元(80)设置在所述排气管(60)远离所述水箱(30)的一端。
6.根据权利要求5所述的一种燃料电池汽车尾气水汽分离和排放系统，其特征在于，所述过滤单元(80)为过滤网。
7.根据权利要求1所述的一种燃料电池汽车尾气水汽分离和排放系统，其特征在于，所述第一控制开关(50)为电磁阀。
8.一种如权利要求1-7任一项所述燃料电池汽车尾气水汽分离和排放系统控制方法，其特征在于，其主要包括以下步骤：
S1、检查燃料电池控制单元(40)是否得电及处于正常工况状态，若是，则进行下一步操作，若否，则检查燃料电池控制单元(40)，直至其完成上电和处于常工况状态；
S2、水位检测单元实时监控水箱(30)中的水位高度，若测得水箱(30)中的水位高度＜H1，则燃料电池控制单元(40)不发送控制命令，直到测得水箱(30)中的水位高度≥H1；若测得水箱(30)中的水位高度≥H1，则进行下一步两种并行判断；
并行判断一：若水箱(30)中的水位高度＜H2，则燃料电池控制单元(40)不发送控制命令，直到水箱(30)中的水位高度≥H2；若水箱(30)中的水位高度≥H2，则进行下一步骤；
并行判断二：判断当前第二控制开关(90)是否处于启动状态，若第二控制开关(90)处于未启动状态，则燃料电池控制单元(40)不发送控制命令，直到第二控制开关(90)处于启动状态；若当前第二控制开关(90)处于启动状态，则进行下一步骤；
S3、当检测到水箱(30)中的水位高度≥H2或第二控制开关(90)处于启动状态时，燃料电池控制单元FCU(40)控制第一控制开关(50)打开，排水工作启动；
S4、边排水边检测水箱(30)内的水位信息，若测得当前水箱(30)中的水位高度≥H1，则保持第一控制开关(50)为打开状态；若测得当前水箱(30)中的水位高度＜H1时，燃料电池控制单元FCU(40)控制第一控制开关(50)关闭，排水工作停止；同时返回至S1，并循环S1-S4的操作。
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