CN113113642A - 一种燃料电池氢喷引射器及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种燃料电池氢喷引射器及其控制方法，所述氢喷引射器包括第一氢喷、第二氢喷及引射器，所述第一氢喷的腔体出口处设置有所述引射器，引射器的喷射出口与电堆氢气入堆管路连通，所述第二氢喷的腔体出口与电堆氢气入堆管路直接连通，在氢喷引射器的控制过程中，包括：获取电堆电流与预设的阈值进行比较：当实际电流大于预设的阈值时，所述第一氢喷以所述引射器入口压力为控制目标，所述第二氢喷以电堆入口压力为控制目标；当实际电流小于等于预设的阈值时，第二氢喷保持关闭，第一氢喷以电堆入口压力为控制目标。本发明将多个氢喷和引射器组合并进行了集成设计，根据实际需要设置氢喷的数量，使得氢气供应系统更灵活，适用性更好。

Description

一种燃料电池氢喷引射器及其控制方法
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，特别是涉及一种燃料电池氢喷引射器及其控制方法。
背景技术
传统的动力系统，会释放出COx，NOx，SOx等有害气体及PM颗粒等污染物，热效率低，且污染环境。氢燃料电池，是使用氢元素，进行电解水的逆反应，把氢和氧分别供给给阳极和阴极，氢在催化剂作用下，放出电子，氢离子通过质子交换膜流向阴极，而电子通过外循环到达阴极，从而产生电流，氢离子在阴极和氧、电子结合而产生水。氢燃料电池产生电的过程，是电化学反应，直接将化学能转换为电能，整个过程的最终产物是水。氢燃料电池是无污染、无噪声、高效率的新能源，具有极大的发展潜力。
随着世界各国石油，煤炭等自然资源的匮乏，风能、核能、太阳能和燃料电池等清洁能源越来越受到各国政府的重视。我国是煤炭储量和消费的大国，同时我国又是石油、燃气的“弱国”，每年需要大量的油气进口支持，新能源产业的发展是顺应能源结构改革的必然结果。
燃料电池通过质子交换膜分隔开的2个电极中间的燃料(纯净氢气、甲烷等)的化学反应直接产生电能。相比汽油机和柴油机，燃料电池不仅有极高的能量利用效率，而且排放物只有水，对环境没有任何污染。
在此背景之下开发出了使用清洁能源氢气作为燃料的燃料电池汽车，具有节能、环保、续驶里程长等优点，但也面领着瞬时动力不足，系统功率调节较慢的问题。目前国内的燃料电池汽车的供氢控制系统多使用高压瓶阀和比例阀相互配合的架构，该系统具有成本低，控制简便的优点，但由于其只具有开启关闭2种状态，无法精确调节供氢量，系统反应迟滞，在使用过程中具有反应迟缓，灵敏性差的缺点。
现有技术中另一种供氢装置为，采用氢气喷射器和循环泵联用的方式，氢气喷射器用来快速响应流量的供给，循环泵用来回流电堆出口的氢气，同时为氢气增湿，提高氢气利用率。
上述两种方案存在以下问题：
（1）燃料电池辅助系统功耗较大；
（2） 零部件较多，循环泵需单独控制，增加零部件，增加故障源；
（3）现有结构集成度不高
（4）燃料电池输出电流密度高时，氢气往往供给不足。
发明内容
针对现有技术中的上述问题，本发明提供一种燃料电池氢喷引射器及其控制方法。通过将多个氢喷和引射器组合并进行了集成设计，从而省略了氢气循环泵，减少零部件及配合的管路等，减少部件出现故障的可能性；同时用若干电控阀控制进入引射器和进入每个氢喷的氢气流量，按需分配相应的流量，以适应不同的功能需求；氢气供给装置的体积小、功能齐全、减少燃料电池的功耗。
本发明提供一种燃料电池氢喷引射器，包括至少两个氢喷（例如第一氢喷、第二氢喷）和一个引射器，所述第一氢喷、第二氢喷分别独立的与氢气供给管路相连，所述氢气供给管路用于将氢源中的高压氢气输送至氢喷；所述第一氢喷的腔体出口处设置有所述引射器，引射器的喷射出口与电堆氢气入堆管路连通，所述高压氢气在所述氢气供给管路经第一氢喷喷射至第一氢喷腔体中，所述第一氢喷腔体中的氢气经所述引射器喷射至电堆氢气入堆管路中，所述第二氢喷的腔体出口与电堆氢气入堆管路直接连通，从而所述高压氢气通过第二氢喷能够直接进入电堆氢气入堆管路。
进一步的，所述第一氢喷、第二氢喷所连接的氢气供给管路上分别设置有第一电控阀、第二电控阀，以分别控制所述第一氢喷和所述第二氢喷的流量。
进一步的，所述氢气供给管路上设置有第一压力传感器，以检测所述高压氢气的压力；所述引射器入口处设置有第二压力传感器，以检测所述引射器的入口压力；所述电堆氢气入堆管路上设置有第三压力传感器设置，以检测流入所述电堆的氢气压力。
进一步的，所述燃料电池氢喷引射器还包括：第三氢喷和第四氢喷，所述第三氢喷、第四氢喷采用与第二氢喷相同的方式设置。
本发明还提供了一种燃料电池氢喷引射器的控制方法，包括：获取电堆电流与预设的阈值进行比较：当实际电流大于预设的阈值时，所述第一氢喷以所述引射器入口压力为控制目标，所述第二氢喷以电堆入口压力为控制目标；当实际电流小于等于预设的阈值时，第二氢喷保持关闭，第一氢喷以电堆入口压力为控制目标。
具体的，所述方法根据第一、第二、第三压力传感器监测到的压力数值，并根据电堆电流与预设的阈值的比较结果，对多个氢喷及电控阀的工作状态进行动态调整，提高燃料电池对运行工况的适配性。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
（1）将多个氢喷和引射器组合并进行了集成设计，根据实际需要设置氢喷的数量，使得氢气供应系统更灵活，适用性更好；
（2）可以省略氢气循环泵，减少零部件及配合的管路等，降低部件出故障的可能性；
（3）可以用若干电控阀控制进入引射器和进入不同氢喷的氢气流量，按需分配氢气，以适应燃料电池堆的不同运行情况；
（4）氢气供应系统体积小、功能齐全、降低燃料电池功耗。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的燃料电池氢喷引射器的结构示意图；
图2是本发明的燃料电池氢喷引射器的控制方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
如附图1所示，本发明的氢喷引射器包括第一氢喷1、第二氢喷2和一个引射器3，所述第一氢喷1、第二氢喷2分别独立的与氢气供给管路相连，所述氢气供给管路用于将氢源中的高压氢气输送至氢喷；所述第一氢喷1的腔体出口处设置有所述引射器3，引射器3的喷射出口与电堆氢气入堆管路连通，所述第二氢喷2的腔体出口4与电堆氢气入堆管路直接连通，从而所述高压氢气通过第二氢喷能够直接进入电堆氢气入堆管路。
所述第一氢喷1、第二氢喷2所连接的氢气供给管路上分别设置有第一电控阀5、第二电控阀6，以分别控制所述第一氢喷和所述第二氢喷的流量。
所述氢气供给管路上设置有第一压力传感器，以检测所述高压氢气的压力；所述引射器入口处设置有第二压力传感器，以检测所述引射器的入口压力；所述电堆氢气入堆管路上设置有第三压力传感器设置，以检测流入所述电堆的氢气压力。
根据燃料电池系统的实际需求，所述氢喷引射器还可以按照第二氢喷的设置方式设置有第三氢喷、第四氢喷等等，在此不再赘述。
所述氢喷引射器的控制方法包括：获取电堆电流与预设的阈值进行比较：当实际电流大于预设的阈值时，所述第一氢喷1以所述引射器3入口压力为控制目标，所述第二氢喷2以电堆入口压力为控制目标；当实际电流小于等于预设的阈值时，第二氢喷2保持关闭，第一氢喷1以电堆入口压力为控制目标。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变 化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。

Claims (4)

1.一种燃料电池氢喷引射器，其特征在于：包括第一氢喷、第二氢喷及引射器，所述第一氢喷、第二氢喷分别独立的与氢气供给管路相连，所述第一氢喷的腔体出口处设置有所述引射器，引射器的喷射出口与电堆氢气入堆管路连通，所述第二氢喷的腔体出口与电堆氢气入堆管路直接连通。
2.如权利要求1所述的燃料电池氢喷引射器，其特征在于：所述第一氢喷、第二氢喷所连接的氢气供给管路上分别设置有第一电控阀、第二电控阀。
3.如权利要求2所述的燃料电池氢喷引射器，其特征在于：所述氢气供给管路上设置有第一压力传感器，所述引射器入口处设置有第二压力传感器，所述电堆氢气入堆管路上设置有第三压力传感器。
4.一种如权利要求1-3任一项所述的燃料电池氢喷引射器的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：获取电堆电流与预设的阈值进行比较：当实际电流大于预设的阈值时，所述第一氢喷以所述引射器入口压力为控制目标，所述第二氢喷以电堆入口压力为控制目标；当实际电流小于等于预设的阈值时，第二氢喷保持关闭，第一氢喷以电堆入口压力为控制目标。
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