CN114420970A - 集成引射器、燃料电池供氢系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了集成引射器、燃料电池供氢系统及其控制方法，属于燃料电池技术领域。集成引射器包括主气道、第一流道、第二流道、喷嘴、循环气道、引射室及混合室，主气道用于引入燃料电池供氢系统的高压氢气，主气道与第一流道和第二流道相通，第一流道上设有第一开闭单元，第二流道上设有第二开闭单元；控制第一开闭单元和第二开闭单元的循环开闭时长可调节第一流道以及第二流道的动态流量。本申请通过在引射器中设计两个流道及控制流道的开闭，来精确提供引射量和负载补充量，从而快速响应广域的引射范围和突升突降的负载变化，且体积精简，无额外能耗，省去了复杂调节设备，有效提高了燃料电池在各种复杂工况的供氢需求。

Description

集成引射器、燃料电池供氢系统及其控制方法

技术领域

本申请涉及燃料电池技术领域，具体而言，涉及一种集成引射器、燃料电池供氢系统及其控制方法。

背景技术

燃料电池设计中，在阳极路引入供氢循环系统，可提高电堆效率。引射器作为一种无能耗、管路简单的增压设备，在供氢循环系统中相比压缩机更具优势。但普通引射器很难覆盖电堆负载需要的所有工况。因此，目前采用引射器和小压缩机并联的方式来覆盖所有工况，可是小压缩机作为附加设备引入，带来额外的耗电和噪音、体积、复杂的管路设计等问题，本质上没有达到引射器为了降低能耗的初衷。之后，也有采用两个喷嘴并联的方式，根据条件来选择不同的喷嘴入口，但是这种设计带来控制上的延迟响应，而且提供负载精度低，还把引射器结构设计复杂化。现阶段，还有采用在引射器的喷嘴中加入针式调节器的方法，通过调节喷嘴截面来达到所有工况，但是针式的调节器又需要额外电机来驱动，伴随额外耗电、噪音等问题，而且这种方式无法满足突升突降的快速响应，另外由于喷嘴小，针式调节器设置的偏心度误差高，存在使用不稳定的问题。因此，克服以上问题的引射器技术开发成为了燃料电池系统中亟需解决的问题。

发明内容

本申请实施例提供一种集成引射器、燃料电池供氢系统及其控制方法，能够在覆盖广域引射范围的同时实现快速的变载响应，而且体积精简，控制简易，精确度高，无额外能耗与振动，省去了复杂调节设备。

第一方面，本申请实施例提供一种集成引射器，集成引射器包括主气道、喷嘴、循环气道、引射室及混合室，主气道用于引入高压氢气，主气道与喷嘴相通，喷嘴远离主气道的一端与引射室和混合室连通，循环气道用于引入低压循环气，循环气道与引射室相通，混合室用于对氢气与循环气混合后增压；其中，集成引射器中设有与主气道相通的第一流道和第二流道，主气道通过第一流道的另一端与喷嘴相通，第二流道的另一端通过管路与电堆的氢气入口相通；第一流道与喷嘴的入口之间设有第一开闭单元，第二流道上设有第二开闭单元，第一开闭单元和第二开闭单元分别用于控制第一流道以及第二流道的开闭。

在本方案中，低压的循环气从集成引射器的循环气道入口进入，高压的氢气从集成引射器的主气道进入，然后分为两路，氢气可以通过第一流道进入喷嘴内，引流循环气，当然也可以通过第二流道经连接管路进入电堆，第一流道和第二流道的开闭由第一开闭单元和第二开闭单元控制，如若第一流道或第二流道关闭，氢气则无法通过第一流道或第二流道，如若第一流道或第二流道打开，氢气可以通过第一流道或第二流道。而且，在应用连续流体方程下，设定第一流道和第二流道的管径，就设定了一定温度压力下流经两个流道的流量，其中，第一流道的流量，可以用来调节流经喷嘴的流速来影响对循环气的引射范围，第二流道的流量，可以用来补充混合室出口的气量，来快速响应变化的总负载量。因此，控制第一流道和第二流道的开闭时长，就可以精确控制引射量和总负载量，通过开闭循环的灵活控制，就可以对负载的变化进行迅速的响应，提高了控制的灵敏度，而避免了如采用调节阀等带来的延后性、波动性和低准确度的问题。这样，两个流道的设计配合开闭的控制，就可达到快速调节引射器出口动态负载的效果，覆盖到广域工况和动态响应。因此本方案中的集成引射器既省掉了喷嘴的调节针的设计，也省掉了氢气入口管路调节阀的设计，一举多得，设计精巧也集成，控制简易。

在一些实施例中，第一流道与第二流道的管径比为0.5到2之间。

上述技术方案中，通过设计第一流道对第二流道直径的比例，来控制第一流道的最大流量和最大压强，从而来调节流经喷嘴气体的最大流速，以此来影响循环气流量对喷嘴处流量的比例范围，即引射比范围，还可以来控制第一流道和第二流道全开下的流量比，从而来调节第二流道流量对混合室出口混合气量的最大供气补充比例。综上原理，配合两个流道的开闭，来实现广域的引射比(即对应燃料电池中的全功率段)和广域的供气补充比(燃料电池的实时最大负载范围)。也方便用来调节控制方法中第一流道和第二流道在单元循环时长中的开通时长比例。

在一些实施例中，第一开闭单元和第二开闭单元为同一结构的电磁阀组件。

上述技术方案中，通过将第一开闭单元和第二开闭单元设置为电磁阀组件，电磁阀组件的开闭单元使得对流道的开闭灵敏度高，稳定性强，便于控制。

在一些实施例中，电磁阀组件包括电磁器、滑动件和挡板，电磁器设于第一流道或第二流道中；滑动件沿第一方向可滑动地设于第一流道或所述流道中，滑动件上设有与电磁器电磁感应的电磁片，滑动件在第一流道或第二流道中具有第一位置和第二位置，电磁器通过通电和断电能使滑动件在第一位置和第二位置之间切换；挡板上开设有用于供气流通过的通孔，当滑动件处于第一位置时，滑动件对挡板的通孔进行封闭，以使第一流道或第二流道关闭；当滑动件处于第二位置时，滑动件与挡板的通孔错开，以使第一流道或第二流道打开。

上述技术方案中，通过利用电磁器通电和断电来驱使滑动件滑动，在电磁器通电状态下，与电磁片产生电磁力并吸引滑动件，使得滑动件由第一位置滑动至第二位置，滑动件丧失对挡板上通孔的阻挡作用，从而使得对应的流道打开，实现气流流通。当电磁器断电时，滑动件丧失吸引力，而移回至第一位置，对挡板上的通孔进行阻挡，从而使得对应的流道断开。其中，第一方向可以为第一流道或第二流道的轴向。由于滑动件只能稳定地存在于第一位置或第二位置，因此第一流道或第二流道只能处于全开或全关两个状态，只要调节开或关的精确时长，就能精确控制流经流道的流量，避免了像调节阀按比例开口而带来的不稳定和不精确的问题，因此，通过设计带此开闭单元组件的流道，可以提高流量控制的精准度和灵敏度，为控制方法中的调节提供基础。

在一些实施例中，电磁阀组件还包括弹性件，弹性件设于电磁器与滑动件之间，弹性件用于给滑动件施加弹性力，以使滑动件在电磁器的断电状态下维持在第一位置。

上述技术方案中，通过在电磁器与滑动件之间设置有弹性件，在电磁器通电时，滑动件由第一位置滑动至第二位置，此过程弹性件蓄积弹性力，当电磁器断电后，弹性力释放，弹性力驱使滑动件由第二位置复位至第一位置，使得滑动件能在第一位置和第二位置之间的位置切换，从而实现对应流道的开闭。

在一些实施例中，滑动件设置为金属件。

上述技术方案中，由于电磁器与电磁片之间为电磁感应产生电磁力从而驱使滑动件滑动，因此将滑动件设置为金属件，金属件的滑动件更易于受到磁力的影响而移动，减小了电磁力的负荷。

第二方面，本申请实施例还提供一种燃料电池供氢系统，燃料电池供氢系统包括氢气瓶、集成引射器、燃料电池的电堆、分水器、控制器和流量计，氢气瓶通过管路与集成引射器主气道入口连通，电堆的出口通过管路连接分水器，分水器的出口连接有回流管，回流管上设有止回阀，回流管的另一端连接集成引射器的循环气道的进口，集成引射器第一流道与喷嘴连通，第二流道通过管路与电堆的氢气入口连通，混合室出口通过管路与电堆的入口连通，控制器分别与第一开闭单元和第二开闭单元电连接，以用于控制第一开闭单元和第二开闭单元的开闭，流量计设于回流管上并与控制器电连接，控制器接收流量计的信号，用于和其它获取的性能参数一起来计算第一开闭单元和第二开闭单元的开闭时长。

在本方案中，低压循环气从集成引射器的循环气道入口进入，高压氢气从氢气瓶出来后，先进入集成引射器中的主气道，然后分为两路，可以通过集成引射器中的第一流道进入喷嘴内，引流循环气，经混合室增压后通过管路进入电堆入口，也可以通过第二流道通过管路进入电堆。其中第一开闭单元和第二开闭单元可以由电磁驱动，控制器接收流量计的信号，根据流量值和其它性能参数进行计算，输出开闭时长的信号，根据控制器的信号，电磁驱动第一开闭单元和第二开闭单元的开闭，如果第一流道或第二流道关闭，氢气则无法通过第一流道或第二流道，如若第一流道或第二流道打开，氢气通过第一流道或第二流道。

其中，第一流道的流量，可以用来调节流经喷嘴的流速来影响对循环气的引射范围，第二流道的流量，可以用来补充混合室出口的气量，在应用连续流体方程下，控制第一流道和第二流道的开闭时长，就可以精确控制第一流道和第二流道的流量，通过两个流道的流量配合，就可以在满足引射循环气的同时快速响应电堆负载变化，精确提供电堆负载需求。这样，此燃料电池供氢系统可以达到快速调节燃料电池系统动态负载的效果，覆盖到广域功率和变载响应，且无额外能耗，结构精简。而从电堆的阳极出来的气体带有未反应的氢气和反应生成的水和膜内扩散过来的氮气等杂质，通过分水器可以分离水分杂质，成为循环气通过回流管进入集成引射器后增压，重新进入电堆反应，提高未反应氢气的利用率。在回流管上设置有止回阀，止回阀可以防止回流管中的循环气出现倒流的现象。

在一些实施例中，氢气瓶与集成引射器之间的管路上设有过滤器、安全阀以及压力计。

上述技术方案中，高压氢气从氢气瓶出来后，经过过滤器可以对氢气进行过滤，滤除氢气中含有的杂质气体，从而可以提高进入电堆中氢气的纯度，保证了燃料电池的正常工作。通过安全阀配合压力计，可以保证燃料电池供氢系统的安全运行，提高燃料电池供氢系统的安全性。

第三方面，本申请实施例还提供了一种燃料电池供氢系统的控制方法，包括以下步骤：S1:控制器每隔间隔时长获取目标工况所需的性能参数；S2:控制器根据获取的性能参数计算在所述间隔时长内的第一流道和第二流道在每循环单元时长中所需的开通时长；S3:控制器根据所得的开通时长来控制第一开闭单元和第二开闭单元在每循环单元时长中的开闭动作和开闭时长，并以循环单元时长为一个周期，进行循环操作，以此来实现广域引射和突变负载量的精确控制。

在一些实施例中，在间隔时长内，第一开闭单元和第二开闭单元都以循环单元时长为周期进行循环动作，循环单元时长小于间隔时长；判定离上次获取性能参数的间隔时长是否到达，当未到达间隔时长时，第一开闭单元和第二开闭单元继续以循环单元时长为周期进行循环动作；当判定到达间隔时长时，控制器重新获取性能参数，然后重复S2和S3步骤。以此来实现对目标工况的快速响应。

上述技术方案中，在S1步，每隔间隔时长T0，控制器便能获取目标工况所需的性能参数，用来对集成引射器中的两个流道进行计算。控制器可以从电堆信号获取目标工况所需的引射比FR和负载需求量Q，从流量计获取循环流量Qs，然后在S2步，控制器根据这些获取的性能参数，计算出两个流道在循环单元时长T3中所需的开通时长T1和T2。

两个流道开通时长的计算根据以下公式确定。

当Q≥Qs/FR+Qs时,

当Q＜Qs/FR+Qs时,

T2＝0；

其中，Qmax1＝p₁×D₁ ²,Qmax2＝p₂×D₂ ²。

T1为第一流道开通时长,T2为第二流道开通时长，Qmax1为第一流道设计最大流量，Qmax2为第二流道设计最大流量，D1为第一流道直径，D2为第二流道直径。p1，p2为流量系数，根据电堆的性能、测试预先设计。T3为循环单元时长，根据控制精度需求预先设定。FR>0，T3≤T0

这里Qs,max是最大负载工况点的循环量，FR,max是最大负载工况点的引射比，Qm是最大负载需求量，根据电堆性能预定。这里D1,D2的设计是保证计算所得的0≤T1≤T3，0≤T2≤T3。

在第S3步，控制器根据所得的开通时长，在每循环单元时长T3里,控制第一开闭单元开通时长T1，关闭(T3-T1)时长，控制第二开闭单元开通T2时长，关闭(T3-T2)时长，并以循环单元时长T3为周期，进行循环操作。这里T3设计相对小的话每次开闭循环的流量变动就小，控制流道流量的精度更高。

然后，控制器判定离上次获取性能参数的时长间隔是否到达T0，当未达到T0时，控制器继续以计算得到的开闭时长控制两个流道，以T3为周期进行循环，当达到T0时，重新获取参数，并进行新一轮计算，更新T1，T2，重复前面的步骤。这里，每次达到T0时如果获取的参数与上一次一样，则计算所得的T1,T2不变，控制器继续以同样的开闭时长控制两个流道的开闭，如果获取的参数与上一次不一样，则T1,T2改变，则控制器改变开闭控制的时长。因此，这种控制方法无需考虑复杂的情况变化和区分不同的工况，只需要以简单计算所得的两个开闭单元的开通时长，就可以实现各种复杂工况的引射和负载需求，操控简易，成本低廉；而且通过第一流道开通时长对循环引射量的控制，和第二流道开通时长对负载总量的控制，可以实现广域的引射和负载需求，精确度高；通过循环单元时长和间隔时长的设计，可以控制开通时长的更新和流道开闭的速度，实现快速变载响应。

本申请的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为现有技术中引射器的结构示意图；

图2为本申请一些实施例提供的集成引射器的结构示意图；

图3为本申请一些实施例中提供的燃料电池供氢系统的系统框图；

图4为本申请中燃料电池供氢系统控制方法的流程示意图；

图5为申请中燃料电池供氢系统控制方法中两个开闭单元的控制示意图。

图标：100-集成引射器；10-电磁阀组件；1-电磁器；2-弹性件；3-电磁片；4-滑动件；5-通孔；6-挡板；20-主气道；30-循环气道；40-引射室；50-喷嘴；60-混合室；70-第一流道；80-第二流道；c-第一开闭单元；d-第二开闭单元；200-氢气瓶；300-过滤器；400-安全阀；500-压力计；600-电堆；700-分水器；800-止回阀；900-回流管；901-流量计；902-控制器；1000-现有技术的引射器；1001-调节针；1002-现有喷嘴。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”应做广义理解，例如，可以是固定相连，也可以是可拆卸相连，或一体地相连；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例

经发明人发现，现有技术的引射器1000，请参阅图1，现有喷嘴1002中穿设有可变的调节针1001，通过现有喷嘴1002中的调节针1001来调节喷嘴的截面，而使氢气能在各种工况下在喷嘴达到临界速度而达到引射的效果，但是该调节针1001又需要额外电机来驱动，引入了额外耗电、噪音等问题，而且响应延迟，无法快速满足负载变化的需求，另外由于喷嘴小，调节针1001设置的偏心度误差高，使用不稳定。

鉴于此，本申请实施例提供一种集成引射器，请参阅图2，集成引射器100用于与燃料电池的电堆600(图3中示出)配合，集成引射器100包括主气道20、喷嘴50、循环气道30、引射室40及混合室60，主气道20用于引入氢气，主气道20与喷嘴50相通，喷嘴50远离主气道20的一端与引射室40和混合室60连通，循环气道30用于引入循环气，循环气道30与引射室40相通，混合室60用于对氢气与循环气混合后增压；其中，集成引射器中设有与主气道20相通的第一流道70和第二流道80，主气道20通过第一流道70的另一端与喷嘴50相通，第二流道80的另一端通过管路与电堆600的氢气入口相通；第一流道70与喷嘴50的入口之间设有第一开闭单元c，第二流道80上设有第二开闭单元d，第一开闭单元c和第二开闭单元d分别用于控制第一流道70以及第二流道80的开闭。

在本方案中，循环气从集成引射器100的循环气道30入口进入，高压的氢气从集成引射器的主气道20进入，然后分为两路，氢气可以通过第一流道70进入喷嘴50内，引流循环气，也可以通过第二流道80直接进入电堆600，第一流道70和第二流道80的开闭由第一开闭单元c和第二开闭单元d控制，如若第一流道70或第二流道80关闭，氢气则无法通过，如若第一流道70或第二流道80打开，氢气可以通过。因此通过对第一开闭单元c和第二开闭单元d的开闭和开闭时长的调节，就可达到调节电堆600氢气入口压力和流量的效果，而且可以覆盖到广域动态工况，因此本方案中的集成引射器既省掉了喷嘴50的调节针1001的设计，也省掉了调节阀的设计，一举多得，设计精巧也集成。

需要说明的是，循环气为从电堆600的阳极出来的气体，带有未反应的氢气和反应生成的水和膜内扩散过来的氮气等杂质，并通过分水器700分离水分杂质后的气体，为了提高未反应氢气的利用率，循环气通过集成引射器增压，重新进入电堆600反应。引射循环气的工作原理为：由于伯努利原理，速度越高压力越低，高速的喷嘴处气体形成远低于循环气道入口的压力，即在引射室的前端和后端形成一定压力差，使得循环气道中的气体不断被吸入引射室，并不断地被经喷嘴50喷射出的气体推动而流进混合室进行增压，实现余氢的回流。

具体的，由于伯努利方程，把氢气入口处(即主气道20)的压力和流速与第一流道70处与第二流道80处的压力和流速联系在一起：流量(主气道20)＝流量(第一流道70)+流量(第二流道80)，流速(位置)＝流量(位置)/管径面积(位置)/密度(位置)，压力(位置)+密度(位置)*流速^2(位置)/2＝常数。这样，通过氢气入口管径与第一流道70处与第二流道80处的管径的计算，就能精确控制第一流道70处与第二流道80处的流量与压力。而且，流量(电堆入口)＝流量(第一流道70)*(1+引射比)+流量(第二流道80)。从第一流道70处进入的氢气按照前述的原理，通过喷嘴50把循环气进行引射。从第二流道80进入电堆的氢气，按照前述的流量计算，对电堆入口的总气量进行补充。这样，通过调节第一流道70和第二流道80的开闭时长，就能调节第一流道70和第二流道80的流经流量，以此来精确控制引射量和总气量。

在一些实施例中，第一流道70与第二流道80的管径比为0.5到2之间。

上述技术方案中，通过设计第一流道70直径和第二流道80直径的比例，来调节第一流道70的最大流量和最大压强，从而来控制流经喷嘴的气体的最大流速，以此来控制引射比范围，并且还可以控制第一流道70和第二流道80全开下的流量比，从而来控制第二流道80对循环混合气的最大供气补充比例。综上原理，配合对两个流道的开闭调节，来实现广域的引射比(即对应燃料电池中的全功率段)和广域的供气补充比(燃料电池中的动态负载)。

在动态负载时，通过信号控制，可对第一流道70和第二流道80开闭的时长比例调节来满足需求。当负载需求增加时，则由开通时长公式，T2增大，第二流道80开通时长比例增大，在循环气体流量较低的情况时能够达到快速补充氢气，反应快的效果。在氢气需求突然降低的情况时，负载需求降低，T2减小甚至可能到0，T1也相应减小，第二流道80和第一流道70开通的时长比例减小，来防止电堆600的阳极端供氢过多造成浪费问题。

在低电密工况下时，负载需求小，T1,T2都相对小，控制器会根据计算减小第二流道80和第一流道70开通的时长比例，在高电密工况下时，即负载需求大，T1,T2都相对大，控制器会根据计算增加第二流道80和第一流道70开通的时长比例。从而提供稳定精准的负载需求。

在一些实施例中，第一开闭单元c和第二开闭单元d为同一结构的电磁阀组件10。

上述技术方案中，通过将第一开闭单元c和第二开闭单元d设置为电磁阀组件10，电磁阀组件10的开闭单元使得对流道的开闭灵敏度高，便于控制。

在一些实施例中，请继续参阅图2，电磁阀组件10包括电磁器1、滑动件4和挡板6，电磁器1设于第一流道70或第二流道80中；滑动件4沿第一方向可滑动地设于第一流道70或所述流道中，滑动件4上设有与电磁器1电磁感应的电磁片3，滑动件4在第一流道70或第二流道80中具有第一位置和第二位置，电磁器1通过通电和断电能使滑动件4在第一位置和第二位置之间切换；挡板6上开设有用于供气流通过的通孔5，当滑动件4处于第一位置时，滑动件4对挡板6的通孔5进行封闭，以使第一流道70或第二流道80关闭；当滑动件4处于第二位置时，滑动件4与挡板6的通孔5错开，以使第一流道70或第二流道80打开。

上述技术方案中，通过利用电磁器1通电和断电来驱使滑动件4滑动，在电磁器1通电状态下，与电磁片3产生电磁力并吸引滑动件4，使得滑动件4由第一位置滑动至第二位置，滑动件4丧失对挡板6上通孔5的阻挡作用，从而使得对应的流道打开，实现气流流通。当电磁器1断电时，滑动件4丧失吸引力，而移回至第一位置，对挡板6上的通孔5进行阻挡，从而使得对应的流道断开。

其中，第一方向为第一流道70或第二流道80的轴向。滑动件4的回位过程可以由多种方式驱动，可以通过复位件、重力作用或者相反的电磁力驱使，这些方式均可以实现滑动件4由第二位置复位至第一位置，从而使得滑动件4对挡板6上的通孔5进行阻挡，使得对应的流道断开。

在一些实施例中，电磁阀组件10还包括弹性件2，弹性件2设于电磁器1与滑动件4之间，弹性件2用于给滑动件4施加弹性力，以使滑动件4在电磁器1的断电状态下维持在第一位置。

上述技术方案中，通过在电磁器1与滑动件4之间设置有弹性件2，在电磁器1通电时，滑动件4由第一位置滑动至第二位置，此过程弹性件2蓄积弹性力，当电磁器1断电后，弹性力释放，弹性力驱使滑动件4由第二位置复位至第一位置，使得滑动件4能在第一位置和第二位置之间的位置切换，从而实现对应流道的开闭。

其中，弹性件2可以是弹簧、弹性垫片等弹性部件，在本实施例中，弹性件2采用为弹簧垫片。

在一些实施例中，滑动件4设置为金属件。

上述技术方案中，由于电磁器1与电磁片3之间为电磁感应产生电磁力从而驱使滑动件4滑动，因此将滑动件4设置为金属件，金属件的滑动件4更易于受到磁力的影响而移动，减小了电磁力的负荷。

其中，金属件的材质可以是铜、铁或铝等金属材质，具体根据实际情况选用。

第二方面，本申请实施例还提供一种燃料电池供氢系统，请参阅图3，燃料电池供氢系统包括氢气瓶200、集成引射器100、燃料电池的电堆600、分水器700、控制器902和流量计901，氢气瓶200通过管路与集成引射器100连通，集成引射器100通过管路与电堆600连通，电堆600的出口通过管路连接分水器700，分水器700的出口连接有回流管900，回流管900上设有止回阀800，回流管900的另一端连接集成引射器100的循环气道30的进口，第一流道70与集成引射器100内的喷嘴50连通，第二流道80通过管路与电堆600的氢气入口连通，控制器902分别与第一开闭单元c和第二开闭单元d电连接，以用于控制第一开闭单元c和第二开闭单元d的开闭，流量计901设于回流管900上并与控制器902电连接。

在本方案中，循环气从集成引射器100的循环气道30入口进入，高压氢气从氢气瓶200出来后，先进入集成引射器100中的主气道20，然后分为两路，可以通过集成引射器100中的第一流道70进入喷嘴50内，引流循环气，也可以通过第二流道80直接进入电堆600。其中第一开闭单元c和第二开闭单元d可以由电磁驱动，根据控制器的信号，电磁驱动第一开闭单元和第二开闭单元的开闭，如果第一流道70或第二流道80关闭，氢气则无法通过第一流道70或第二流道80，如若第一流道70或第二流道80打开，氢气通过第一流道70或第二流道80。通过控制器902对第一开闭单元c和第二开闭单元d的开闭时长调节，从而对第一流道70和第二流道80进行开闭控制，来精确调节第一流道70和第二流道80的流量，就可达到调节电堆600氢气入口压力和流量的效果，而且可以覆盖到电堆600的全部工况，因此，燃料电池供氢系统既省掉了现有技术中喷嘴50的调节针1001的设计，也省掉了调节阀的设计，一举多得，设计精巧也集成。而从电堆600的阳极出来的气体带有未反应的氢气和反应生成的水和膜内扩散过来的氮气等杂质，通过分水器700可以分离水分杂质，循环气通过回流管900进入集成引射器100后增压，重新进入电堆600反应，提高未反应氢气的利用率，在回流管900上设置有止回阀800，止回阀800可以防止回流管900中的循环气出现倒流的现象。

在一些实施例中，请继续参阅图3，氢气瓶200与集成引射器100之间的管路上设有过滤器300、安全阀400以及压力计500。

上述技术方案中，高压氢气从氢气瓶200出来后，经过过滤器300可以对氢气进行过滤，滤除氢气中含有的杂质气体，从而可以提高进入电堆600中氢气的纯度，保证了燃料电池的正常工作。通过安全阀400配合压力计500，可以保证燃料电池供氢系统的安全运行，提高燃料电池供氢系统的安全性。

第三方面，本申请实施例还提供了一种燃料电池供氢系统的控制方法，请参阅图4和图5，包括以下步骤：S1:控制器902每隔间隔时长T0获取目标工况所需的性能参数；S2:控制器902根据获取的性能参数计算在间隔时长T0内的第一流道70和第二流道80在每循环单元时长T3所需的开通时长T1,T2；S3:控制器902根据所得的开通时长T1,T2来控制第一开闭单元c和第二开闭单元d在每循环单元时长T3的开闭动作和开闭时长，并以循环单元时T3为一个周期进行循环，以此来实现广域供气的精确控制。

在一些实施例中，在间隔时长T0内，第一开闭单元c和第二开闭单元d都以循环单元时长T3为周期进行循环动作，循环单元时长T3小于间隔时长T0；判定离上次获取性能参数的间隔时长是否到达，当未到达间隔时长时，第一开闭单元c和第二开闭单元d继续以循环单元时长T3为周期进行循环动作；当判定到达间隔时长时，控制器902重新获取性能参数，重复S2和S3步骤。

上述技术方案中，在S1步，每隔间隔时长T0，控制器902便能获取目标工况所需的性能参数，用来对集成引射器中的两个流道进行计算。控制器902可以从电堆信号获取目标工况所需的引射比FR和负载需求量Q，从流量计901传输的信号获取循环流量Qs。然后在S2步，控制器902根据这些获取的性能参数，计算出两个流道在循环单元时长T3中所需的开通时长T1和T2。

两个流道开通时长的计算根据以下公式确定。

当Q≥Qs/FR+Qs时,

当Q＜Qs/FR+Qs时,

T2＝0；

其中，Qmax1＝p₁×D₁ ²,Qmax2＝p₂×D₂ ²。

T1为第一流道开通时长,T2为第二流道开通时长，Qmax1为第一流道70设计最大流量，Qmax2为第二流道80设计最大流量，D1为第一流道直径，D2为第二流道直径。p1，p2为流量系数，根据电堆的性能、测试预先设计。T3为循环单元时长，根据控制精度需求预先设定。FR>0，T3≤T0

这里Qs,max是电堆600最大负载工况点的循环量，FR，max是最大负载工况点的引射比，Qm是最大负载需求量，根据电堆性能预定。这里D1,D2的设计是保证计算所得的时长满足0≤T1≤T3，0≤T2≤T3。

在第S3步，控制器902根据所得的开通时长，(如图5)在每循环单元时长T3里,控制第一开闭单元c开通时长T1，关闭(T3-T1)时长，控制第二开闭单元d开通T2时长，关闭(T3-T2)时长，并以循环单元时长T3为周期，进行循环操作。这里，控制器902控制开闭单元以T3为周期进行循环开闭的作用，是可以通过控制流道的开闭来控制每个循环周期的流经流量，就可以提高流量控制的精度和响应度。

然后，控制器902判定离上次获取性能参数的时长间隔是否到达T0，当未达到T0时，控制器902继续以计算得到的开闭时长控制两个流道，以T3为周期进行循环，当达到T0时，控制器重新获取参数，并进行新一轮计算，更新T1，T2，重复前面的步骤。这里，每次达到T0时如果获取的参数与上一次一样，则计算所得的T1,T2不变，控制器继续以同样的开闭时长控制两个流道的开闭，如果获取的参数与上一次不一样，则T1,T2改变，则控制器改变开闭控制的时长。

这种控制方法的优点为：通过第一流道开通时长T1对引射比FR的影响，和第二流道开通时长T2对负载总量Q的影响，可以精确实现广域的电堆600负载和引射需求；无需考虑复杂的情况变化和区分不同的工况，只需要以简单计算所得的两个开闭单元的开通时长T1,T2进行开闭循环操作，就可以实现各种复杂情况的引射和负载需求，操控简易灵活；通过设定循环单元时长T3和间隔时长T0的大小，可以调节循环周期的流量灵敏度和开闭时长T1,T2的更新，实现工况变化的快速响应。

对于电堆600的不同负载情况，应用上述控制方法时可以包括如下几种情形：

i)在停机吹扫阶段，控制器接收到信号，获得停机吹扫参数，按前述开通时长的计算公式，负载需求量>0，引射比＝∞，循环量未变，则T1＝0，第一流道70进入休息闭合状态，而T2>0，第二流道80以打开T2时长、关闭(T3-T2)时长的动作进行循环，这样高压氢气以一定的流量进入电堆600，把存余水分排出电堆600外，直到控制器902收到新的参数。

ii)在稳态负载中，按前述开通时长的计算公式，T1，T2不变，第二流道80可以在关闭状态(T2＝0时)，也可以以T2时长开、(T3-T2)时长关的方式进行循环开闭，提供持续稳定的氢流补充，第一流道70可以呈持续打开状态(T1＝T3时)，也可以呈T1时长开，(T3-T1)时长关的方式循环，来进行阳极余氢的增压循环，直到控制器902收到指令电堆600负载产生变化。其中，由于两个流道的直径根据电堆性能进行合理设计，可以保证电堆各工况点的引射比、负载需求量、循环量的变化范围，都能保证T1,T2计算值在0到T3之间变化，因此，只要控制两个流道以计算所得的T1,T2开通时长进行循环开闭动作，就能满足广域的引射范围和负载的动态变化，覆盖各工况点的需求，此外，通过设计T3能调整流量控制的精度。

iii)在动态负载时，如开机环境，电堆600需氢量突然提升，按前述开通时长的计算公式，负载需求变大,引射比>0，循环量＝0，则计算得T1＝0，第一流道70关闭，而T2值从0突升，第二流道80的开通/关闭时长比例增大，这样，电堆突升的需氢量通过第二流道80的开通突增而得到快速补充，而且补充量得到定量的循环控制而保证精准，而且第一流道70处于关闭状态，不会由于负载突增而过激造成空引射，因此这种控制方法是高效精确的动态响应。另外，在负载突然降低的情况下，则按前述开通时长的计算公式，负载需求减小,引射比>0，循环量来不及改变，计算得T2减小或减为0，则第二流道80的开通时长比例变小或者关闭，而T1不变或减小，则第一流道70的开通时长不变或变小，这样可以精确满足目标工况的引射比和负载量，且不会造成燃料浪费。其它情况同理。

本方案具有如下优点：

1、集成引射器100通过集成两路流道，第一流道70、第二流道80中的第一开闭单元和第二开闭单元采用电磁式设计，第一流道70用来连接喷嘴50，第二流道80用来连接电堆入口，两个流道的管径比设计配合闭合单元的控制，来实现广域引射范围和负载突变的动态响应功能。而且，由于无需引入喷嘴50的调节针1001或并联压缩机，也省去了前端的复杂调节设备，结构集成化程度更高，体积精简，无额外能耗和振动噪音的影响。

2、控制方法通过第一流道70开通时长T1对引射比FR的影响，和第二流道80开通时长T2对负载总量Q的影响，控制第一开闭单元c和第二开闭单元d进行循环开闭操作，可以实现各种复杂情况的引射和负载需求，操控简易灵活，成本低廉；而且设计合适的循环单元时长T3可以实现工况变化的快速响应；第一开闭单元c开通时长T1和第二开闭单元d开通时长T2的计算基于气体状态方程，计算简单但准确，因此通过T1,T2来控制的燃料电池供氢系统目标工况的引射量和负载量精确度高。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.集成引射器，其特征在于，包括主气道、喷嘴、循环气道、引射室及混合室，所述主气道用于引入高压氢气，所述主气道与所述喷嘴相通，所述喷嘴远离所述主气道的一端与所述引射室和所述混合室连通，所述循环气道用于引入低压循环气，所述循环气道与所述引射室相通，所述混合室用于对所述氢气与所述循环气混合后增压；

其中，所述集成引射器中设有与所述主气道相通的第一流道和第二流道，所述第一流道的另一端与所述喷嘴相通，所述第二流道的另一端通过管路与所述电堆的氢气入口相通；所述第一流道与所述喷嘴的入口之间设有第一开闭单元，所述第二流道上设有第二开闭单元，所述第一开闭单元和所述第二开闭单元分别用于控制所述第一流道以及所述第二流道的开闭。

2.如权利要求1所述的集成引射器，其特征在于，所述第一流道与所述第二流道的管径比为0.5到2之间。

3.如权利要求1所述的集成引射器，其特征在于，所述第一开闭单元和所述第二开闭单元为同一结构的电磁阀组件。

4.如权利要求3所述的集成引射器，其特征在于，所述电磁阀组件包括：

电磁器，设于所述第一流道或所述第二流道中；

滑动件，沿第一方向可滑动地设于所述第一流道或所述第二流道中，所述滑动件上设有与所述电磁器电磁感应的电磁片，所述滑动件在所述第一流道或所述第二流道中具有第一位置和第二位置，所述电磁器通过通电和断电能使所述滑动件在所述第一位置和所述第二位置之间切换；

挡板，所述挡板上开设有用于供气流通过的通孔，当所述滑动件处于所述第一位置时，所述滑动件对所述挡板的所述通孔进行封闭，以使所述第一流道或所述第二流道关闭；当所述滑动件处于所述第二位置时，所述滑动件与所述挡板的所述通孔错开，以使所述第一流道或所述第二流道打开。

5.如权利要求4所述的集成引射器，其特征在于，所述电磁阀组件还包括弹性件，设于所述电磁器与所述滑动件之间，所述弹性件用于给所述滑动件施加弹性力，以使所述滑动件在所述电磁器的断电状态下维持在所述第一位置。

6.如权利要求4所述的集成引射器，其特征在于，所述滑动件设置为金属件。

7.燃料电池供氢系统，包括氢气瓶、引射器、燃料电池的电堆、分水器、控制器和流量计，其特征在于，所述引射器为如权利要求1-6中任一项所述的集成引射器，所述集成引射器的主气道入口与所述氢气瓶通过管路连通，所述集成引射器的混合室出口与所述电堆的入口通过管路连通，所述集成引射器的第二流道与所述电堆的氢气入口通过管路连通，所述电堆的出口通过管路连接所述分水器，分水器的出口连接有回流管，所述回流管上设有止回阀，所述回流管的另一端连接所述集成引射器的循环气道的进口，所述控制器分别与所述引射器的第一开闭单元和所述引射器的第二开闭单元电连接，以用于控制所述第一开闭单元和所述第二开闭单元的开闭，所述流量计设于所述回流管上并与所述控制器电连接，以用于控制器获取回流管内的流量值。

8.如权利要求7所述的燃料电池供氢系统，其特征在于，所述氢气瓶与所述集成引射器之间的管路上设有过滤器、安全阀和压力计。

9.燃料电池供氢系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1:控制器每隔间隔时长获取目标工况所需的性能参数；

S2:控制器根据获取的性能参数计算在所述间隔时长内的第一流道和第二流道在每循环单元时长中所需的开通时长；

S3:控制器根据所得的开通时长来控制第一开闭单元和第二开闭单元在每循环单元时长中的开闭动作和开闭时长，并以循环单元时长为一个循环周期，进行循环动作，以此来实现广域的引射范围和突升突降的负载变化的精确控制。

10.如权利要求9所述的燃料电池供氢系统的控制方法，其特征在于，在间隔时长内，第一开闭单元和第二开闭单元都以所述循环单元时长为周期进行循环动作，循环单元时长小于间隔时长；判定离上次获取性能参数的间隔时长是否到达，当未到达间隔时长时，第一开闭单元和第二开闭单元继续以循环单元时长为周期进行循环动作；当判定到达间隔时长时，控制器重新获取性能参数，重复S2和S3步骤，以此来实现对目标工况的快速响应。

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