CN114530615B - 一种防氢空压差过大的燃料电池发动机及其控制方法 - Google Patents

一种防氢空压差过大的燃料电池发动机及其控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114530615B
CN114530615B CN202210195916.1A CN202210195916A CN114530615B CN 114530615 B CN114530615 B CN 114530615B CN 202210195916 A CN202210195916 A CN 202210195916A CN 114530615 B CN114530615 B CN 114530615B
Authority
CN
China
Prior art keywords
hydrogen
air
opening
control valve
valve
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210195916.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114530615A (zh
Inventor
王伟强
李飞强
高云庆
张国强
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Sinohytec Co Ltd
Original Assignee
Beijing Sinohytec Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Sinohytec Co Ltd filed Critical Beijing Sinohytec Co Ltd
Priority to CN202210195916.1A priority Critical patent/CN114530615B/zh
Publication of CN114530615A publication Critical patent/CN114530615A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114530615B publication Critical patent/CN114530615B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04126—Humidifying
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04156—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04992—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the implementation of mathematical or computational algorithms, e.g. feedback control loops, fuzzy logic, neural networks or artificial intelligence
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0662—Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/2484—Details of groupings of fuel cells characterised by external manifolds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Fuzzy Systems (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)

Abstract

本发明提供了一种防氢空压差过大的燃料电池发动机及其控制方法，属于燃料电池技术领域，解决了现有技术无法适用于燃料电池异常运行出现氢空压差过大情况的问题。该装置包括电堆、氢喷设备、电控三通阀、分水器、氢气循环泵、高低压空压机、加湿器、单向控制阀二、三等。电堆的氢气入口经电控三通阀的输入端一接氢喷设备，并经电控三通阀的输入端二、氢气循环泵、分水器接其氢气尾气出口；空气入口依次经加湿器、单向控制阀二接高低压空压机，空气尾气出口接单向控制阀三。监测到整车进入断高压模式后，高低压空压机切换供电模式，并调节单向控制阀二、三的开度维稳后，再识别入堆氢空压差是否达到设定范围，如果否，调整电控三通阀的开度。

Description

一种防氢空压差过大的燃料电池发动机及其控制方法
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种防氢空压差过大的燃料电池发动机及其控制方法。
背景技术
随着燃料电池发动机技术的快速发展，质子交换膜制备的越来越薄，在相同的体积下集成度越来越大，成组的电堆的功率越来越高。为了达到大功率，目前电堆的工作压力普遍较高。但质子交换膜燃料电池发动机应用在车辆上时，受限于整车的状态及燃料电池的运行状态，容易发生一些故障(比如绝缘故障)，导致整车运行情况下燃料电池发动机的高压供电可能突然断掉，目前所用的高压零部件，比如空压机，会立即停止工作，导致电堆内部空腔气体压力可能变为常压，而氢腔气体压力受限于排气阀流通能力的影响，即使完全打开也不会立即卸掉，出现氢空压差过大的情况。而短时间的氢空压差过大可能造成质子交换膜的损坏，影响燃料电池发动机的继续使用。
目前，现有技术解决氢空压差过大的方法是通过开启燃料电池发动机的排水阀进气排气，以降低氢空压差。但该方法只适用于燃料电池正常运行的情况，不适用于燃料电池异常运行情况，如空气压力突然变为常压的情况。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种防氢空压差过大的燃料电池发动机及其控制方法，用以解决现有技术无法适用于燃料电池异常运行出现氢空压差过大情况的问题。
一方面，本发明实施例提供了一种防氢空压差过大的燃料电池发动机，包括电堆、控制器、氢喷设备、电控三通阀、分水器、氢气循环泵、高低压空压机、加湿器、单向控制阀二、单向控制阀三；其中，
电堆的氢气入口经电控三通阀的输入端一接氢喷设备，并依次经电控三通阀的输入端二、氢气循环泵、分水器的排气口接其氢气尾气出口；其空气入口依次经加湿器、单向控制阀二接高低压空压机，其空气尾气出口接单向控制阀三；
控制器，用于监测整车是否进入断高压模式；以及，在进入断高压模式后，控制高低压空压机从高压供电模式切换到低压供电模式，并调节单向控制阀二、单向控制阀三的开度直到电堆空气侧压力稳定，再识别入堆氢空压差是否超出设定范围，如果是，调整电控三通阀的开度，直到入堆氢空压差达到设定范围，否则，维持当前时刻电控三通阀的开度不变。
上述技术方案的有益效果如下：燃料电池发动机中的空压机采用高低压供电模式，即既可以高压供电也可以低压供电，能够动切换，在燃料电池发动机正常运行时遇到一些紧急情况(比如绝缘故障)，整车会进行断高压处理，这时空压机切换到低压供电模式，维持低速运转状态，通过调整单向控制阀二、单向控制阀三的开度维持掉高压前的空气压力，如果调整后入堆氢空压差还是超过设定范围，则再调整电控三通阀的开度一降低入堆氢气的压力，然后执行后续的关机流程，保证整个过程的氢空压差维持在安全水平内，有效避免了异常情况下氢空差压过大引发的质子交换膜串漏问题。
基于上述装置的进一步改进，该发动机还包括排气阀；其中，
所述排气阀的输入端与分水器的中部排气口连接，输出端与整车排气管道连接，控制端与控制器的输出端连接；并且，所述分水器的顶部排气口与氢气循环泵的气体入口连接；
所述控制器，还用于定期开启所述排气阀，使得电堆氢侧压力稳定；以及，在高低压空压机从高压供电模式切换到低压供电模式时，同步调节所述排气阀和所述单向控制阀二、单向控制阀三的开度，使得电堆内氢压和空压同步下降，直到电堆空气侧压力稳定。
进一步，该发动机还包括单向控制阀一；其中，
所述单向控制阀一的输入端与高低压空压机的输出端连接，输出端与整车排气管道连接，控制端与控制器的输出端连接；
所述控制器，还用于如果调整电控三通阀的开度至输入端一完全关闭、输入端二完全打开后，入堆氢空压差仍不在设定范围内，控制排气阀开启，并同步调整单向控制阀一的开度，直到入堆氢空压差达到设定范围内结束单向控制阀一的开度的调整。
进一步，该发动机还包括设于高低压空压机前端的空气过滤器；其中，
所述空气过滤器的输出端与高低压空压机的进气口连接。
进一步，该发动机还包括中冷器、水泵和散热器；其中，
所述电堆输出的冷却液分为两路，一路依次经所述水泵、散热器与其冷却液入口连接，另一路经所述中冷器中的冷却液管道与其冷却液入口连接；
所述中冷器设于单向控制阀二的前端，其气体输入端与高低压空压机的输出端连接，气体输出端与单向控制阀二的输入端连接。
进一步，所述控制器进一步包括：
数据采集单元，用于实时采集电堆的输出电压或电流，以及入堆氢气和入堆空气的气压，发送至数据处理与控制单元；
数据处理与控制单元，用于实时监测电堆的输出电压或电流，判断整车是否进入断高压模式；以及，如果进入断高压模式，先控制高低压空压机从高压供电模式切换到低压供电模式，并调节单向控制阀二、单向控制阀三的开度直到电堆空气侧压力稳定，再根据入堆氢气和入堆空气的气压得出入堆氢空压差，识别所述入堆氢空压差是否超出设定范围的上限，如果超出设定范围的上限，调整电控三通阀的开度，再次监测入堆氢空压差，直到入堆氢空压差达到设定范围内结束电控三通阀的开度调整。
进一步，数据采集单元进一步包括：
气压传感器，分别设于电堆的氢气入口、空气入口的管道内壁上，用于实时采集布设位置处的气压，作为入堆氢气、入堆空气的气压；
电压-电流一体传感器，与电堆的供电输出端连接，用于实时采集电堆的输出电压和电流。
进一步，所述数据处理与控制单元执行如下程序：
实时监测电堆的输出电压和电流，判断整车是否进入断高压模式；如果所述输出电压或电流中的瞬时值中有一个超过对应的设定值，判定整车进入断高压模式，并执行下一步，否则，判定整车不进入断高压模式，继续下一时刻电堆的输出电压和电流的判断；
控制高低压空压机从高压供电模式切换到低压供电模式，以维持高低压空压机进行低速运转；
调整单向控制阀二、单向控制阀三的开度，使得单向控制阀二的开度增大，单向控制阀三的开度减小，直到入堆空气的气压降低速率不超过设定值，判定电堆空气侧压力稳定，执行下一步；
根据入堆氢气和入堆空气的气压得出当前时刻的入堆氢空压差，识别所述入堆氢空压差是否超出设定范围；如果是，调整电控三通阀的开度，直到入堆氢空压差达到设定范围结束调整，否则，维持当前时刻电控三通阀的开度不变。
进一步，所述控制器执行如下程序：
定期开启所述排气阀，使得电堆氢侧压力稳定；
实时监测电堆的输出电压和电流，判断整车是否进入断高压模式；如果所述输出电压或电流中的瞬时值中有一个超过对应的设定值，判定整车进入断高压模式，并执行下一步，否则，判定整车不进入断高压模式，继续下一时刻电堆的输出电压和电流的判断；
控制高低压空压机从高压供电模式切换到低压供电模式，以维持高低压空压机进行低速运转；
开启排气阀，同步调节单向控制阀二、单向控制阀三的开度，使得电堆内氢压和空压同步下降，直到入堆空气的气压降低速率不超过设定值，判定电堆空气侧压力稳定，关闭排气阀，执行下一步；
根据入堆氢气和入堆空气的气压得出当前时刻的入堆氢空压差，识别所述入堆氢空压差是否超出设定范围；如果否，维持当前时刻电控三通阀、单向控制阀一的开度不变；如果是，调整电控三通阀的开度，直到入堆氢空压差达到设定范围结束调整，如果调整电控三通阀的开度至输入端一完全关闭、输入端二完全打开后，入堆氢空压差仍超出设定范围，控制排气阀再次开启，并同步调整单向控制阀一的开度，直到入堆氢空压差达到设定范围内结束单向控制阀一的开度的调整，并关闭排气阀。
与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
1、燃料电池正常运行时避免了因为整车断高压造成燃料电池氢空压差大，进而造成燃料电池质子交换膜损坏的问题，延长了燃料电池的寿命，提高了系统可靠性；
2、通过高低压空压机方案有效解决了无高压空压机不能工作的问题；
3、燃料电池异常运行(比如绝缘故障)时，在控制器检测到断高压的瞬间，空压机切换到低压供电模式，维持空压机低速运转，通过调整排气阀、单向控制阀二、单向控制阀三的开度实现维持断高压前的空气压力，如果调整后压差还是超过预设范围，则开启三通阀、单向控制阀一、排气阀继续调整，保证整个过程的氢空压差维持在安全水平内，然后执行后续的关机流程。大大降低异常情况对发动机的损坏，减少维护成本，同时提高了用户体验，降低了用户投诉率。
本发明实施例还提供了一种上述燃料电池发动机的控制方法，包括如下步骤：
监测整车是否进入断高压模式，如果是，执行下一步，否则，维持当前时刻高低压空压机的高压供电模式不变；
控制高低压空压机从高压供电模式切换到低压供电模式，并调节单向控制阀二、单向控制阀三的开度，直到电堆空气侧压力稳定；
识别入堆氢空压差是否超出设定范围，如果是，调整电控三通阀的开度，直到入堆氢空压差达到设定范围，否则，维持当前时刻电控三通阀的开度不变。
提供发明内容部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。发明内容部分无意标识本公开的重要特征或必要特征，也无意限制本公开的范围。
附图说明
通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了实施例1防氢空压差过大的燃料电池发动机组成示意图；
图2示出了实施例2防氢空压差过大的燃料电池发动机组成示意图；
图3示出了实施例2防氢空压差过大的燃料电池发动机的电路连接示意图；
图4示出了实施例2防氢空压差过大的燃料电池发动机的部分原理示意图。
附图标记：
3-冷却液控制回路；4-电堆pack；5-整车排气管道；10-安全阀；
11-氢气调节器；12-氢气循环泵；13-排气阀14-入堆氢压传感器；15-分水器；20-空气过滤器；21-高低压空压机；22-中冷器；23-单向控制阀一；24-单向控制阀二；25-单向控制阀三。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。
实施例1
本发明的一个实施例，公开了一种防氢空压差过大的燃料电池发动机，如图1所示，包括电堆、控制器、氢喷设备、电控三通阀、分水器、氢气循环泵、高低压空压机、加湿器、单向控制阀二、单向控制阀三。
电堆的氢气入口经电控三通阀的输入端一(-表示气体从输入端一进入，从输出端流出)接氢喷设备，并依次经电控三通阀的输入端二、氢气循环泵、分水器的排气口(可设于分水腔的顶部或中上部)接其氢气尾气出口；其空气入口依次经加湿器、单向控制阀二接高低压空压机，其空气尾气出口接单向控制阀三。
控制器，用于监测整车是否进入断高压模式；以及，在进入断高压模式后，控制高低压空压机从高压供电模式切换到低压供电模式，并调节单向控制阀二、单向控制阀三的开度直到电堆空气侧压力稳定，再识别入堆氢空压差是否超出设定范围，如果是，调整电控三通阀的开度，直到入堆氢空压差达到设定范围，否则，维持当前时刻电控三通阀的开度不变。
电堆，用于把输入的燃料所具有的化学能通过电化学反应直接转换成电能，内部设有燃料腔、氧化剂腔、水路腔等。
单向电控阀二、三，用于通过开闭及开度的大小，使得通过此阀的的气体流量发生变化。
增湿器，用于通过气气交换的模式使输入的干空气增湿，输出加湿后空气至电堆。
高低压空压机，既能高压供电又能低压供电，能够自由切换供电电源，在异常情况下掉高压能自动转换为低压供电，高压供电时能满功率运行，低压供电时能维持低功率运行。
与现有技术相比，本实施例提供的燃料电池发动机中的空压机采用高低压供电模式，即既可以高压供电也可以低压供电，能够动切换，在燃料电池发动机正常运行时遇到一些紧急情况(比如绝缘故障、急速掉电)，整车会进行断高压处理，这时空压机切换到低压供电模式，维持低速运转状态，通过调整单向控制阀二、单向控制阀三的开度维持掉高压前的空气压力，如果调整后入堆氢空压差还是超过设定范围，则再调整电控三通阀的开度一降低入堆氢气的压力，然后执行后续的关机流程，保证整个过程的氢空压差维持在安全水平内，有效避免了异常情况下氢空差压过大引发的质子交换膜串漏问题。
实施例2
在实施例1的基础上进行改进，控制器进一步包括依次连接的数据采集单元、数据处理与控制单元。
数据采集单元，用于实时采集电堆的输出电压或电流，以及入堆氢气和入堆空气的气压，发送至数据处理与控制单元。
数据处理与控制单元，用于实时监测电堆的输出电压或电流，判断整车是否进入断高压模式；以及，如果进入断高压模式，先控制高低压空压机从高压供电模式切换到低压供电模式，并调节单向控制阀二、单向控制阀三的开度直到电堆空气侧压力稳定，再根据入堆氢气和入堆空气的气压得出入堆氢空压差，识别所述入堆氢空压差是否超出设定范围的上限，如果超出设定范围的上限，调整电控三通阀的开度，再次监测入堆氢空压差，直到入堆氢空压差达到设定范围。
优选地，数据采集单元进一步包括气压传感器、电压-电流一体传感器。
气压传感器，分别设于电堆的氢气入口、空气入口的管道内壁上，用于实时采集布设位置处的气压，作为入堆氢气、入堆空气的气压。
电压-电流一体传感器，与电堆的供电输出端连接，用于实时采集电堆的输出电压和电流。
优选地，所述数据处理与控制单元执行如下程序：
S1.实时监测电堆的输出电压和电流，判断整车是否进入断高压模式；如果所述输出电压或电流中的瞬时值中有一个超过对应的设定值，判定整车进入断高压模式，并执行下一步，否则，判定整车不进入断高压模式，继续下一时刻电堆的输出电压和电流的判断；
S2.控制高低压空压机从高压供电模式切换到低压供电模式，以维持高低压空压机进行低速运转；
S3.调整单向控制阀二、单向控制阀三的开度，使得单向控制阀二的开度增大，单向控制阀三的开度减小，直到入堆空气的气压降低速率不超过设定值，判定电堆空气侧压力稳定，执行下一步；
S4.根据入堆氢气和入堆空气的气压得出当前时刻的入堆氢空压差，识别所述入堆氢空压差是否超出设定范围；如果是，调整电控三通阀的开度，直到入堆氢空压差达到设定范围结束调整，否则，维持当前时刻电控三通阀的开度不变。
与现有技术相比，本实施例提供的燃料电池发动机在异常掉高压情况通过低压给空压机供电，维持氢空压差在安全水平，避免了氢空压差大问题。燃料电池应用高低供电空压机，可以实现在没有高压的情况下，空压机依然正常工作。
实施例3
在实施例1、2的基础上改进，该燃料电池发动机还包括排气阀，如图2～4所示。其中，所述排气阀的输入端与分水器的中部排气口连接，输出端与整车排气管道连接，控制端与控制器的输出端连接。
优选地，分水器的外壳上设有顶部排气口、中部排气口和输入端。顶部排气口与氢气循环泵的气体入口连接。
控制器，还用于定期开启所述排气阀，使得电堆氢侧压力稳定；以及，在高低压空压机从高压供电模式切换到低压供电模式时，同步调节所述排气阀和所述单向控制阀二、单向控制阀三(图4中的单向控制阀2、3)的开度，使得电堆内氢压和空压同步下降，直到电堆空气侧压力稳定。
优选地，该燃料电池发动机还包括单向控制阀一。其中，所述单向控制阀一的输入端与高低压空压机的输出端连接，输出端与整车排气管道连接，控制端与控制器的输出端连接。
控制器，还用于如果调整电控三通阀的开度至输入端一完全关闭、输入端二完全打开后，入堆氢空压差仍不在设定范围内，控制排气阀开启，并同步调整单向控制阀一的开度，直到入堆氢空压差达到设定范围内结束单向控制阀一的开度的调整。
优选地，该燃料电池发动机还包括设于高低压空压机前端的空气过滤器。其中，所述空气过滤器的输出端与高低压空压机的进气口连接。
优选地，该燃料电池发动机还包括中冷器、水泵和散热器。其中，水泵和散热器构成了燃料电池发动机的冷却液控制回路2。电堆输出的冷却液分为两路，一路依次经所述水泵、散热器与其冷却液入口连接，另一路经所述中冷器中的冷却液管道与其冷却液入口连接。中冷器设于单向控制阀二的前端，其气体输入端与高低压空压机的输出端连接，气体输出端与单向控制阀二的输入端连接。
中冷器，用于对高低压空压机输出高温空气进行冷却。
优选地，控制器执行如下程序：
SS1.定期开启所述排气阀，使得电堆氢侧压力稳定；
SS2.实时监测电堆的输出电压和电流，判断整车是否进入断高压模式；如果所述输出电压或电流中的瞬时值中有一个超过对应的设定值，判定整车进入断高压模式，并执行下一步，否则，判定整车不进入断高压模式，继续下一时刻电堆的输出电压和电流的判断；
SS3.控制高低压空压机从高压供电模式切换到低压供电模式，以维持高低压空压机进行低速运转；
SS4.开启排气阀，同步调节单向控制阀二、单向控制阀三的开度，使得电堆内氢压和空压同步下降，直到入堆空气的气压降低速率不超过设定值，判定电堆空气侧压力稳定，关闭排气阀，执行下一步；
SS5.根据入堆氢气和入堆空气的气压得出当前时刻的入堆氢空压差，识别所述入堆氢空压差是否超出设定范围；如果否，维持当前时刻电控三通阀、单向控制阀一的开度不变；如果是，调整电控三通阀的开度，直到入堆氢空压差达到设定范围结束调整，如果调整电控三通阀的开度至输入端一完全关闭、输入端二完全打开后，入堆氢空压差仍超出设定范围，控制排气阀再次开启，并同步调整单向控制阀一的开度，直到入堆氢空压差达到设定范围内结束单向控制阀一的开度的调整，并关闭排气阀。
与现有技术相比，本实施例提供的燃料电池发动机具有如下有益效果：
1、燃料电池正常运行时避免了因为整车断高压造成燃料电池氢空压差大，进而造成燃料电池质子交换膜损坏的问题，延长了燃料电池的寿命，提高了系统可靠性；
2、通过高低压空压机方案有效解决了无高压空压机不能工作的问题；
3、燃料电池异常运行(比如绝缘故障)时，在控制器检测到断高压的瞬间，空压机切换到低压供电模式，维持空压机低速运转，通过调整排气阀、单向控制阀二、单向控制阀三的开度实现维持断高压前的空气压力，如果调整后压差还是超过预设范围，则开启三通阀、单向控制阀一、排气阀继续调整，保证整个过程的氢空压差维持在安全水平内，然后执行后续的关机流程。大大降低异常情况对发动机的损坏，减少维护成本，同时提高了用户体验，降低了用户投诉率。
实施例4
本发明的另一个实施例，提供一种实施例1、2、3所述燃料电池发动机的控制方法，该方法包括如下步骤：
SSS1.监测整车是否进入断高压模式，如果是，执行下一步，否则，维持当前时刻高低压空压机的高压供电模式不变；
SSS2.控制高低压空压机从高压供电模式切换到低压供电模式，并调节单向控制阀二、单向控制阀三的开度，直到电堆空气侧压力稳定；
SSS3.识别入堆氢空压差是否超出设定范围，如果是，调整电控三通阀的开度，直到入堆氢空压差达到设定范围，否则，维持当前时刻电控三通阀的开度不变。
与现有技术相比，本实施例提供的控制方法中，燃料电池发动机在异常掉高压情况通过低压给空压机供电，维持氢空压差在安全水平，避免了氢空压差大问题。燃料电池应用高低供电空压机，可以实现在没有高压的情况下，空压机依然正常工作。
以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对现有技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (10)

1.一种防氢空压差过大的燃料电池发动机，其特征在于，包括电堆、控制器、氢喷设备、电控三通阀、分水器、氢气循环泵、高低压空压机、加湿器、单向控制阀二、单向控制阀三；其中，
电堆的氢气入口经电控三通阀的输入端一接氢喷设备，并依次经电控三通阀的输入端二、氢气循环泵、分水器的排气口接其氢气尾气出口；其空气入口依次经加湿器、单向控制阀二接高低压空压机，其空气尾气出口接单向控制阀三；
控制器，用于监测整车是否进入断高压模式；以及，在进入断高压模式后，控制高低压空压机从高压供电模式切换到低压供电模式，并调节单向控制阀二、单向控制阀三的开度直到电堆空气侧压力稳定，再识别入堆氢空压差是否超出设定范围，如果是，调整电控三通阀的开度，直到入堆氢空压差达到设定范围，否则，维持当前时刻电控三通阀的开度不变。
2.根据权利要求1所述的防氢空压差过大的燃料电池发动机，其特征在于，还包括排气阀；其中，
所述排气阀的输入端与分水器的中部排气口连接，输出端与整车排气管道连接，控制端与控制器的输出端连接；并且，所述分水器的顶部排气口与氢气循环泵的气体入口连接；
所述控制器，还用于定期开启所述排气阀，使得电堆氢侧压力稳定；以及，在高低压空压机从高压供电模式切换到低压供电模式时，同步调节所述排气阀和所述单向控制阀二、单向控制阀三的开度，使得电堆内氢压和空压同步下降，直到电堆空气侧压力稳定。
3.根据权利要求2所述的防氢空压差过大的燃料电池发动机，其特征在于，还包括单向控制阀一；其中，
所述单向控制阀一的输入端与高低压空压机的输出端连接，输出端与整车排气管道连接，控制端与控制器的输出端连接；
所述控制器，还用于如果调整电控三通阀的开度至输入端一完全关闭、输入端二完全打开后，入堆氢空压差仍不在设定范围内，控制排气阀开启，并同步调整单向控制阀一的开度，直到入堆氢空压差达到设定范围内结束单向控制阀一的开度的调整。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的防氢空压差过大的燃料电池发动机，其特征在于，还包括设于高低压空压机前端的空气过滤器；其中，
所述空气过滤器的输出端与高低压空压机的进气口连接。
5.根据权利要求4所述的防氢空压差过大的燃料电池发动机，其特征在于，还包括中冷器、水泵和散热器；其中，
所述电堆输出的冷却液分为两路，一路依次经所述水泵、散热器与其冷却液入口连接，另一路经所述中冷器中的冷却液管道与其冷却液入口连接；
所述中冷器设于单向控制阀二的前端，其气体输入端与高低压空压机的输出端连接，气体输出端与单向控制阀二的输入端连接。
6.根据权利要求1-3、5任意一项所述的防氢空压差过大的燃料电池发动机，其特征在于，所述控制器进一步包括：
数据采集单元，用于实时采集电堆的输出电压或电流，以及入堆氢气和入堆空气的气压，发送至数据处理与控制单元；
数据处理与控制单元，用于实时监测电堆的输出电压或电流，判断整车是否进入断高压模式；以及，如果进入断高压模式，先控制高低压空压机从高压供电模式切换到低压供电模式，并调节单向控制阀二、单向控制阀三的开度直到电堆空气侧压力稳定，再根据入堆氢气和入堆空气的气压得出入堆氢空压差，识别所述入堆氢空压差是否超出设定范围的上限，如果超出设定范围的上限，调整电控三通阀的开度，再次监测入堆氢空压差，直到入堆氢空压差达到设定范围内结束电控三通阀的开度调整。
7.根据权利要求6所述的防氢空压差过大的燃料电池发动机，其特征在于，数据采集单元进一步包括：
气压传感器，分别设于电堆的氢气入口、空气入口的管道内壁上，用于实时采集布设位置处的气压，作为入堆氢气、入堆空气的气压；
电压-电流一体传感器，与电堆的供电输出端连接，用于实时采集电堆的输出电压和电流。
8.根据权利要求7所述的防氢空压差过大的燃料电池发动机，其特征在于，所述数据处理与控制单元执行如下程序：
实时监测电堆的输出电压和电流，判断整车是否进入断高压模式；如果所述输出电压或电流中的瞬时值中有一个超过对应的设定值，判定整车进入断高压模式，并执行下一步，否则，判定整车不进入断高压模式，继续下一时刻电堆的输出电压和电流的判断；
控制高低压空压机从高压供电模式切换到低压供电模式，以维持高低压空压机进行低速运转；
调整单向控制阀二、单向控制阀三的开度，使得单向控制阀二的开度增大，单向控制阀三的开度减小，直到入堆空气的气压降低速率不超过设定值，判定电堆空气侧压力稳定，执行下一步；
根据入堆氢气和入堆空气的气压得出当前时刻的入堆氢空压差，识别所述入堆氢空压差是否超出设定范围；如果是，调整电控三通阀的开度，直到入堆氢空压差达到设定范围结束调整，否则，维持当前时刻电控三通阀的开度不变。
9.根据权利要求3所述的防氢空压差过大的燃料电池发动机，其特征在于，所述控制器执行如下程序：
定期开启所述排气阀，使得电堆氢侧压力稳定；
实时监测电堆的输出电压和电流，判断整车是否进入断高压模式；如果所述输出电压或电流中的瞬时值中有一个超过对应的设定值，判定整车进入断高压模式，并执行下一步，否则，判定整车不进入断高压模式，继续下一时刻电堆的输出电压和电流的判断；
控制高低压空压机从高压供电模式切换到低压供电模式，以维持高低压空压机进行低速运转；
开启排气阀，同步调节单向控制阀二、单向控制阀三的开度，使得电堆内氢压和空压同步下降，直到入堆空气的气压降低速率不超过设定值，判定电堆空气侧压力稳定，关闭排气阀，执行下一步；
根据入堆氢气和入堆空气的气压得出当前时刻的入堆氢空压差，识别所述入堆氢空压差是否超出设定范围；如果否，维持当前时刻电控三通阀、单向控制阀一的开度不变；如果是，调整电控三通阀的开度，直到入堆氢空压差达到设定范围结束调整，如果调整电控三通阀的开度至输入端一完全关闭、输入端二完全打开后，入堆氢空压差仍超出设定范围，控制排气阀再次开启，并同步调整单向控制阀一的开度，直到入堆氢空压差达到设定范围内结束单向控制阀一的开度的调整，并关闭排气阀。
10.一种权利要求1-9任意一项所述的防氢空压差过大的燃料电池发动机的控制方法，包括如下步骤：
监测整车是否进入断高压模式，如果是，执行下一步，否则，维持当前时刻高低压空压机的高压供电模式不变；
控制高低压空压机从高压供电模式切换到低压供电模式，并调节单向控制阀二、单向控制阀三的开度，直到电堆空气侧压力稳定；
识别入堆氢空压差是否超出设定范围，如果是，调整电控三通阀的开度，直到入堆氢空压差达到设定范围，否则，维持当前时刻电控三通阀的开度不变。
CN202210195916.1A 2022-03-02 2022-03-02 一种防氢空压差过大的燃料电池发动机及其控制方法 Active CN114530615B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210195916.1A CN114530615B (zh) 2022-03-02 2022-03-02 一种防氢空压差过大的燃料电池发动机及其控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210195916.1A CN114530615B (zh) 2022-03-02 2022-03-02 一种防氢空压差过大的燃料电池发动机及其控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114530615A CN114530615A (zh) 2022-05-24
CN114530615B true CN114530615B (zh) 2023-06-16

Family

ID=81627547

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210195916.1A Active CN114530615B (zh) 2022-03-02 2022-03-02 一种防氢空压差过大的燃料电池发动机及其控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114530615B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115832364B (zh) * 2023-02-15 2023-05-05 海卓动力(青岛)能源科技有限公司 一种氢气燃料电池发动机启动控制方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007059321A (ja) * 2005-08-26 2007-03-08 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
KR20130142572A (ko) * 2012-06-20 2013-12-30 현대자동차주식회사 연료전지 시스템 운전 방법

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3744456B2 (ja) * 2002-04-08 2006-02-08 日産自動車株式会社 燃料電池搭載車両の制御装置
CN2729918Y (zh) * 2004-10-22 2005-09-28 中国科学院大连化学物理研究所 一种燃料电池发动机用容积转移式气体压差自动调节装置
JP2006278046A (ja) * 2005-03-28 2006-10-12 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP4524804B2 (ja) * 2007-12-25 2010-08-18 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP5384543B2 (ja) * 2011-03-04 2014-01-08 本田技研工業株式会社 燃料電池システム
KR101724846B1 (ko) * 2015-06-01 2017-04-07 현대자동차주식회사 연료전지 시스템의 운전 제어 방법
JP6304141B2 (ja) * 2015-06-24 2018-04-04 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
KR101704223B1 (ko) * 2015-06-26 2017-02-07 현대자동차주식회사 연료전지 시스템의 운전압력 제어 방법
CN106486685A (zh) * 2015-08-24 2017-03-08 北京亿华通科技股份有限公司 一种燃料电池系统及燃料电池系统的工作方法
KR102676730B1 (ko) * 2018-12-05 2024-06-19 현대자동차주식회사 연료전지의 발전 정지 모드 제어방법 및 제어시스템
CN109921061B (zh) * 2019-03-27 2022-01-11 重庆长安汽车股份有限公司 一种燃料电池供气系统及供气方法
CN110380084B (zh) * 2019-08-26 2020-08-04 北京航天发射技术研究所 一种汽车氢燃料电池的温控系统及其控制方法
CN110957503B (zh) * 2019-11-29 2021-06-04 同济大学 一种燃料电池低温启动的空气加热回流系统及控制方法
CN113809366B (zh) * 2020-06-15 2023-03-24 北京亿华通科技股份有限公司 燃料电池系统的停机控制方法及燃料电池系统、车辆
CN213304182U (zh) * 2020-11-06 2021-05-28 风氢扬氢能科技(上海)有限公司 一种压缩空气系统及燃料电池汽车

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007059321A (ja) * 2005-08-26 2007-03-08 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
KR20130142572A (ko) * 2012-06-20 2013-12-30 현대자동차주식회사 연료전지 시스템 운전 방법

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
45kW质子交换膜燃料电池发动机建模与仿真;高昆鹏 等;同济大学学报(自然科学版);第41卷(第02期);第264-270页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114530615A (zh) 2022-05-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7867661B2 (en) Fuel cell system and method
KR100845567B1 (ko) 연료전지시스템과 그 운전방법 및 연료전지 차량
CN111092246A (zh) 一种燃料电池系统启动方法
WO2005099013A1 (en) Fuel cell system
WO2007117018A1 (ja) 燃料電池運転システム及び燃料電池運転システムにおける弁の凍結防止方法
CN111354958B (zh) 一种燃料电池的阳极保护系统及控制方法
CN111082098A (zh) 一种燃料电池系统停机方法
CN112133940A (zh) 一种燃料电池系统空气路控制系统及方法
CN113258101B (zh) 一种燃料电池系统及其运行控制方法
CN111180764B (zh) 一种燃料电池阴极侧湿度调节控制系统及方法
CN110364752B (zh) 一种燃料电池系统及其控制方法
CN113540512B (zh) 燃料电池空气系统和燃料电池空气系统控制方法
CN114530615B (zh) 一种防氢空压差过大的燃料电池发动机及其控制方法
CN107565148A (zh) 一种燃料电池水淹检测及故障排除系统及其工作方法
CN112909305A (zh) 一种氢燃料电池系统故障关机的控制方法
CN110957507A (zh) 一种燃料电池供气装置及其控制方法
CN113130945A (zh) 一种燃料电池堆性能恢复方法及系统
JP5243780B2 (ja) 燃料電池システムの運転方法
CN118136895A (zh) 一种具有空气路故障检测功能的燃料电池发动机
KR20060112679A (ko) 연료 전지 시스템 및 그 운전방법
CN110364751B (zh) 燃料电池系统及其控制方法
CN114744246B (zh) 一种燃料电池系统及其空气湿度调节方法
CN113036177B (zh) 燃料电池空气路控制系统与燃料电池
JP7456910B2 (ja) 燃料電池システム
CN116914189B (zh) 一种排水排气方法及燃料电池氢气循环系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant