CN116826105A - 燃料电池氢循环系统、车辆及电堆保护方法 - Google Patents

Abstract

本申请揭示一种燃料电池氢循环系统、车辆及电堆保护方法，该方案设置检测电堆氢气进气口处的气体压力的压力传感器，控制器与压力传感器电性连接，并配置控制器为在压力传感器检测到电堆的氢气进气口处的气体压力等于大于第一压力阈值时，控制水气分离器的第一排放阀打开，直到气体压力下降至小于第一压力阈值时控制水气分离器的第一排放阀关闭。水气分离器的第一排放阀打开时，利用水气分离器的第一排放阀将气体排出，实现泄压，从而保护电堆，无需额外设置安全阀，可以节约硬件成本。

Description

燃料电池氢循环系统、车辆及电堆保护方法

技术领域

本申请涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种燃料电池氢循环系统、车辆及电堆保护方法。

背景技术

燃料电池，例如氢燃料电池，是一种能量转化装置，它将燃料的电化学能转化成电能，只排放出水和一些对环境危害较小的副产物。

燃料电池电堆的氢气进气口通过氢气进气管道连通气源，利用气源给电堆提供氢气。电堆能够承受的压力较小，当经氢气进气管道进入电堆的气体压力较大时，会损坏电堆。现有技术中，是在氢气进气管道上设置安全阀，当电堆的氢气进气口处的气体压力达到设定阈值时，安全阀打开，通过泄压保护电堆。安全阀的设置导致了硬件成本的增加。

发明内容

为了实现在不增加成本的情况下保护电堆，本申请提供了一种燃料电池氢循环系统、车辆及燃料电池电堆保护方法。

本申请公开了一种燃料电池氢循环系统，该燃料电池氢循环系统包括电堆、氢气进气管道、水气分离器、循环管道、压力传感器以及控制器；其中，所述电堆具有连通的氢气进气口和排气口；所述氢气进气管道连通所述氢气进气口和提供氢气的气源；所述水气分离器具有连通的进口端和第一排放出口，所述进口端连通所述排气口，所述第一排放出口设置第一排放阀；所述循环管道连通所述水气分离器和所述氢气进气管道；所述压力传感器设置在所述氢气进气管道上，用于检测所述氢气进气口处的气体压力；所述控制器与所述压力传感器电性连接，被配置为在所述压力传感器检测到所述氢气进气口处的气体压力等于大于第一压力阈值时，控制所述第一排放阀打开，直到所述气体压力下降至小于所述第一压力阈值时控制所述第一排放阀关闭，其中，所述第一压力阈值小于所述电堆的耐压值。

本申请的实施例提供的上述技术方案至少包括以下有益效果：

本申请提供的燃料电池氢循环系统，设置检测电堆氢气进气口处的气体压力的压力传感器，控制器与压力传感器电性连接，并配置为在压力传感器检测到电堆的氢气进气口处的气体压力等于大于第一压力阈值时，控制水气分离器的第一排放阀打开，直接利用水气分离器的第一排放阀将气体排出，实现泄压，从而保护电堆，无需额外设置安全阀，可以节约硬件成本。

在一种示例性实施例中，所述控制器被配置为在所述第一排放阀打开时，计算所述第一排放阀的持续打开时长，当所述第一排放阀的持续打开时长等于大于第一预设时长时，切断所述气源给所述电堆的氢气供应。当第一排放阀的持续打开时长等于大于第一预设时长时，即已经通过第一排放阀泄压较长时间，但电堆的氢气进气口处的气体压力仍然等于大于第一压力阈值，说明通过第一排放阀泄压已经无法将电堆的气体压力调整至正常压力，因此，切断气源给电堆的氢气供应，可以避免由于电堆的气体压力过大导致损坏电堆。

在一种示例性实施例中，所述第一预设时长为5秒～10秒。

在一种示例性实施例中，所述控制器被配置为在所述第一排放阀的持续打开时长等于大于所述第一预设时长时，输出用于指示所述电堆的进气压力过大的报警信号。以提醒车辆用户电堆的进气压力过大，及时进行故障排查。

在一种示例性实施例中，所述水气分离器的底部设有储水槽，所述第一排放出口设置在所述水气分离器的底部并与所述储水槽连通。利用第一排放出口和第一排放阀实现排水和排气，节约硬件成本。

在一种示例性实施例中，所述水气分离器具有连通所述进口端的第二排放出口，所述第二排放出口设置第二排放阀，所述控制器被配置为在所述气体压力等于大于第二压力阈值时，控制所述第一排放阀和所述第二排放阀打开，其中，所述第二压力阈值大于所述第一压力阈值且小于所述电堆的耐压值。在气体压力等于大于第二压力阈值时，控制第一排放阀和第二排放阀打开，以加快泄压速度。

在一种示例性实施例中，所述控制器被配置为在所述气体压力等于大于所述第二压力阈值时，切断所述气源给所述电堆的氢气供应。氢气进气口处的气体压力等于大于第二压力阈值时，进入电堆的气体压力过大，因此，直接切断气源给电堆的氢气供应，避免由于电堆的气体压力过大导致损坏电堆。

在一种示例性实施例中，所述控制器被配置为在所述气体压力等于大于所述第二压力阈值时，输出用于指示所述电堆的进气压力过大的报警信号。以提醒车辆用户电堆的进气压力过大，及时进行故障排查。

在一种示例性实施例中，所述控制器被配置为在所述气体压力等于大于所述第一压力阈值且小于所述第二压力阈值时，控制所述第二排放阀打开，直到所述第二排放阀的持续打开时长达到第二预设时长时控制所述第二排放阀关闭，其中，所述水气分离器的底部设有储水槽，所述第二排放出口设置在所述水气分离器的底部并与所述储水槽连通，所述第二预设时长等于所述第二排放阀将所述水气分离器中的水排空的时间。通过控制第二排放阀打开将水气分离器中的水排空，当氢气进气口处的气体压力进一步上升至等于大于第二压力阈值时，打开第二排放阀，水气分离器中的气体即可经第二排放出口和第二排放阀排出，加快泄压速度。

本申请还公开了一种车辆，该车辆包括车体和如上所述的燃料电池氢循环系统，所述燃料电池氢循环系统设置在所述车体上。

本申请还公开了一种燃料电池电堆保护方法，其中，所述电堆具有连通的氢气进气口和排气口，所述排气口连通水气分离器的进口端，所述水气分离器具有连通所述进口端的第一排放出口，所述第一排放出口设置第一排放阀，所述氢气进气口通过氢气进气管道连通提供氢气的气源，所述氢气进气管道上设置用于检测所述氢气进气口处的气体压力的压力传感器。其中，所述保护方法包括：

当所述压力传感器检测到所述氢气进气口处的气体压力等于大于第一压力阈值时，控制所述第一排放阀打开，直到所述气体压力下降至小于所述第一压力阈值时控制所述第一排放阀关闭，其中，所述第一压力阈值小于所述电堆的耐压值。

本申请的实施例提供的上述技术方案至少包括以下有益效果：

本申请提供的电堆保护方法，通过压力传感器检测氢气进气口处的气体压力，当检测到气体压力等于大于第一压力阈值时，控制水气分离器原有的第一排放阀打开，直接利用水气分离器原有的第一排放阀将气体排出，实现泄压，从而保护燃料电池电堆，无需额外设置安全阀，可以节约硬件成本。

在一种示例性实施例中，所述电堆保护方法还包括：

在所述第一排放阀打开时，计算所述第一排放阀的持续打开时长；

当所述第一排放阀的持续打开时长等于大于第一预设时长时，切断所述气源给所述电堆的氢气供应，并输出用于指示所述电堆的进气压力过大的报警信号。

当第一排放阀的持续打开时长等于大于第一预设时长时，即已经通过第一排放阀泄压较长时间，但电堆的氢气进气口处的气体压力仍然等于大于第一压力阈值，说明通过第一排放阀泄压已经无法将电堆的气体压力调整至正常压力，因此，切断气源给电堆的氢气供应，可以避免由于电堆的气体压力过大导致损坏电堆；并提醒车辆用户电堆的进气压力过大，及时进行故障排查。

在一种示例性实施例中，所述水气分离器具有连通所述进口端的第二排放出口，所述第二排放出口设置第二排放阀，所述保护方法还包括：

当所述压力传感器检测到所述氢气进气口处的气体压力等于大于第二压力阈值时，控制所述第一排放阀和所述第二排放阀打开，其中，所述第二压力阈值大于所述第一压力阈值且小于所述电堆的耐压值。

在该示例性实施例中，在气体压力等于大于第二压力阈值时，控制第一排放阀和第二排放阀打开，可以加快泄压速度。

在一种示例性实施例中，所述电堆保护方法还包括：

当所述压力传感器检测到所述氢气进气口处的气体压力等于大于第二压力阈值时，切断所述气源给所述电堆的氢气供应，并输出用于指示所述电堆的进气压力过大的报警信号。

当氢气进气口处的气体压力等于大于第二压力阈值时，说明进入电堆的气体压力过大，因此，直接切断气源给电堆的氢气供应，避免由于电堆的气体压力过大导致损坏电堆；同时，输出用于指示所述电堆的进气压力过大的报警信号，以提醒车辆用户电堆的进气压力过大，及时进行故障排查。

在一种示例性实施例中，所述电堆保护方法还包括：

当所述压力传感器检测到所述氢气进气口处的气体压力等于大于所述第一压力阈值且小于所述第二压力阈值时，控制所述第二排放阀打开，直到所述第二排放阀的持续打开时长达到第二预设时长时控制所述第二排放阀关闭，其中，所述水气分离器的底部设有储水槽，所述第二排放出口设置在所述水气分离器的底部并与所述储水槽连通，所述第二预设时长等于所述第二排放阀将所述水气分离器中的水排空的时间。

在该示例性实施例中，通过控制第二排放阀打开将水气分离器中的水排空，当氢气进气口处的气体压力进一步上升至等于大于第二压力阈值时，打开第二排放阀，水气分离器中的气体即可经第二排放出口和第二排放阀排出，加快泄压速度。

在一种示例性实施例中，所述第一排放阀为排氮阀。

在一种示例性实施例中，所述第二排放阀为排水阀。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并于说明书一起用于解释本申请的原理。

图1示出了本申请实施例一提供的燃料电池氢循环系统的架构图；

图2示出了图1所示燃料电池氢循环系统的电控部分的组成框图；

图3示出了本申请实施例二提供的燃料电池氢循环系统的架构图；

图4示出了图3所示燃料电池氢循环系统的电控部分的组成框图；

图5示出了本申请实施例三提供的燃料电池电堆保护方法的流程图；

图6示出了本申请实施例四提供的燃料电池电堆保护方法的流程图。

附图标记说明如下：

1、电堆；11、氢气进气口；12、排气口；21、氢气进气管道；22、气源；3、水气分离器；31、进口端；32、第一排放出口；33、第二排放出口；34、气体出口；4、排气管道；51、第一排放阀；52、第一排放管道；53、第二排放阀；54、第二排放管道；61、循环管道；62、引射器；63、引射器控制阀；71、第一流量计；72、第二流量计；81、压力传感器；82、温度传感器；83、湿度传感器；9、控制器。

具体实施方式

尽管本申请可以容易地表现为不同形式的实施方式，但在附图中示出并且在本说明书中将详细说明的仅仅是其中一些具体实施方式，同时可以理解的是本说明书应视为是本申请原理的示范性说明，而并非旨在将本申请限制到在此所说明的那样。

本申请的描述中所提到的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或模块的过程、方法、系统、产品或设备，没有限定于已列出的步骤或模块，而是可选的还包括其他没有列出的步骤或模块，或可选的还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或模块。

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些示例实施方式使得本申请的描述将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。

为了防止进入电堆的气体压力过大导致损坏电堆，相关技术中，在氢气进气管道上设置安全阀，当电堆的氢气进气口处的气体压力达到设定阈值时，安全阀打开，通过泄压保护电堆。安全阀的设置导致了硬件成本的增加，而安全阀作为安全保护装置，通常情况下无需打开，甚至不会打开，使用率极低。

为此，本申请提供了一种燃料电池氢循环系统以及电堆保护方法，以解决通过在氢气进气管道上设置安全阀来保护电堆导致的硬件成本增加的问题，实现在不增加成本的情况下保护电堆。

本申请的燃料电池氢循环系统主要包括电堆、氢气进气管道、水气分离器、循环管道、压力传感器以及控制器，氢气进气管道连通电堆的氢气进气口和提供氢气的气源，循环管道连通水气分离器和氢气进气管道，水气分离器的进口端连通电堆的排气口，水气分离器的第一排放出口设置第一排放阀，压力传感器设置在氢气进气管道上，用于检测氢气进气口处的气体压力，控制器与压力传感器电性连接，被配置为在压力传感器检测到氢气进气口处的气体压力等于大于第一压力阈值时，控制第一排放阀打开，直到气体压力下降至小于第一压力阈值时控制第一排放阀关闭，其中，第一压力阈值小于电堆的耐压值。

通过设置检测电堆氢气进气口处的气体压力的压力传感器，将控制器与压力传感器电性连接，并配置为在压力传感器检测到电堆的氢气进气口处的气体压力等于大于第一压力阈值时，控制水气分离器的第一排放阀打开，直接利用了水气分离器的第一排放阀将气体排出，实现泄压，从而保护电堆，无需额外设置安全阀，可以节约硬件成本。

下面结合具体实施方式对本申请提供的燃料电池氢循环系统做出详细说明。

图1示出了本申请实施例一提供的燃料电池氢循环系统的架构图，图2示出了图1所示燃料电池氢循环系统的电控部分的组成框图。

燃料电池包括电堆1，其工作原理是通过氢气与空气中的氧气在电堆1中发生电化学反应，产生电能和水。电堆1包括有阴极和阳极，电堆1的阴极连接有空气进气口和空气排出口，空气从空气进气口进入电堆1的阴极，而且空气中的氧气从阴极进入阳极，其余气体从空气排出口排出。电堆1具有连通的氢气进气口11和排气口12，氢气进气口11和排气口12均与电堆1的阳极连通，氢气通过氢气进气口11进入电堆1的阳极，并与处于阳极处的氧气发生反应，反应后多余的氢气以及反应所生成的水从排气口12排出。由于空气中含有氮气，在电堆1的内部，部分氮气也会渗透至阳极中，因此，从排气口12排出的气体中，还会含有氮气，而且随着渗透的时间越长，氮气的量就会越多。

参阅图1所示，氢气进气管道21的一端连通电堆1的氢气进气口11，另一端连通提供氢气的气源22，气源22提供的氢气通过氢气进气管道21输送到氢气进气口11，并经氢气进气口11进入电堆1，以在电堆1中与空气中的氧气发生电化学反应，产生电能。

水气分离器3具有连通的进口端31和第一排放出口32，其中，进口端31通过排气管道4连通电堆1的排气口12，经电堆1的排气口12排出的反应产物中往往包含水、氢气以及氮气，水气分离器3进行水气分离，分离出的气体和水可以从第一排放出口32排出。第一排放出口32设置第一排放阀51，第一排放阀51用于控制水气分离器3中的气体和水的排出。

其中，水气分离器3的底部设有储水槽(图中未示出)，第一排放出口32设置在水气分离器3的底部并与储水槽连通，第一排放出口32为水气排放出口。相应地，第一排放阀51既可以排气，也可以排水，用于控制水气分离器3中的气体和水的排出。其中，当水气分离器3中有水时，第一排放阀51作为用于控制水气分离器3中的水的排出的排水阀，当第一排放阀51打开时，水气分离器3中的水经第一排放出口32和第一排放阀51排出，当第一排放阀51关闭时，水气分离器3中的水无法排出。当水气分离器3中没有水时，第一排放阀51作为用于控制水气分离器3中的气体的排出的排气阀，当第一排放阀51打开时，水气分离器3中的气体经第一排放出口32和第一排放阀51排出，当第一排放阀51关闭时，水气分离器3中的气体无法排出。

需要说明的是，第一排放出口32设置第一排放阀51，并非特指第一排放阀51设置在第一排放出口32，具体可以是第一排放阀51设置在连通第一排放出口32的第一排放管道52上(如图1所示)，通过第一排放阀51的打开和关闭控制第一排放管道52的打开和关闭，从而控制水气分离器3中的气体和水的排出。

循环管道61的一端与水气分离器3连通，另一端与氢气进气管道21连通，循环管道61用于将水气分离器3分离出的气体输送至氢气进气管道21内，以循环利用反应剩余的氢气，防止氢气的浪费。详细地，水气分离器3的上部可以设置气体出口34，循环管道61的一端可以是与水气分离器3的气体出口34连通。

在图1所示实施例中，氢气进气管道21上还设置引射器62，循环管道61的一端与水气分离器3连通，另一端与引射器62连通，以将水气分离器3分离出的气体输送至引射器62。在引射器62处，从循环管道61输送的气体与从气源22进入氢气进气管道21中的氢气混合，混合后的气体再经氢气进气管道21输送至电堆1。引射器62的设置，能够提高从循环管道61输送的气体与从气源22进入氢气进气管道21中的氢气的混合效果，避免氢气进气管道21中的局部氮气量大而导致电堆1内的反应不稳定。

氢气进气管道21上还设置引射器控制阀63，引射器控制阀63设置在引射器62与气源22之间，用于控制从气源22进入引射器62的氢气流量，以控制进入电堆1的氢气流量，从气源22进入引射器62的氢气流量与引射器控制阀63的开度呈正相关。当从循环管道61输送的气体能够满足电堆1的反应需求时，关闭引射器控制阀63，以减少从气源22提供给电堆1的氢气量；当从循环管道61输送的气体无法满足电堆1的反应需求时，打开引射器控制阀63，以从气源22给电堆1提供氢气；当从循环管道61输送的气体和从气源22进入的气体无法满足电堆1的反应需求时，调大引射器控制阀63的开度，以增加提供给电堆1的氢气量。

氢气进气管道21上还设置第一流量计71和第二流量计72，第一流量计71和第二流量计72分别与控制器9电性连接(如图2所示)。其中，第一流量计71设置在氢气进气管道21连接气源22的一端，用于测量从气源22进入氢气进气管道21的氢气流量。第二流量计72设置在氢气进气管道21连接氢气进气口11的一端，用于测量进入电堆1的气体流量。可以理解地，进入电堆1的气体流量为从气源22进入氢气进气管道21的氢气流量与经循环管道61从水气分离器3获得的气体流量之和。

压力传感器81设置在氢气进气管道21上，压力传感器81与控制器9电性连接，用于检测电堆1的氢气进气口11处的气体压力，并将检测到的气体压力信息发送至控制器9，以使控制器9获知电堆1的氢气进气口11处的气体压力情况，以进一步根据氢气进气口11处的气体压力情况执行相关处理操作。

控制器9与压力传感器81电性连接，被配置为在压力传感器81检测到氢气进气口11处的气体压力等于大于第一压力阈值时，控制第一排放阀51打开，直到气体压力下降至小于第一压力阈值时控制第一排放阀51关闭，其中，第一压力阈值小于电堆1的耐压值。

示例性地，第一压力阈值为310kPa，也即，控制器9被配置为在压力传感器81检测到氢气进气口11处的气体压力等于大于310kPa时，控制第一排放阀51打开，直到气体压力下降至小于310kPa时控制第一排放阀51关闭。

在第一排放阀51打开时，若水气分离器3的储水槽中有水，此时水气分离器3中的气体与第一排放出口32之间被水阻隔，首先通过第一排放出口32和第一排放阀51将储水槽中的水排空。在水气分离器3的储水槽中的水排空之后，水气分离器3中的气体可以通过储水槽到达第一排放出口32，并经第一排放出口32和第一排放阀51排出水气分离器3外，此时，即可利用水气分离器3的第一排放阀51将水气分离器3中的气体排出，从而将电堆1中的气体排出，实现泄压，从而保护电堆1。

在该实施例中，进一步地，控制器9被配置为在第一排放阀51打开时，计算第一排放阀51的持续打开时长，当第一排放阀51的持续打开时长等于大于第一预设时长时，切断气源22给电堆1的氢气供应。

气源22的气体压力远大于电堆1的耐压值，气源22提供的氢气压力经过降压之后再传输到电堆1的氢气进气口11，当降压过程出现问题时，可能导致气体压力的短时波动，也有可能导致氢气进气口11处的气体压力长时间等于大于第一压力阈值。当第一排放阀51的持续打开时长等于大于第一预设时长时，即已经通过第一排放阀51泄压较长时间，但电堆1的氢气进气口11处的气体压力仍然等于大于第一压力阈值(氢气进气口11处的气体压力长时间等于大于第一压力阈值)，说明通过第一排放阀51泄压已经无法将电堆1的气体压力调整至正常压力，因此，切断气源22给电堆1的氢气供应，可以避免由于电堆1的气体压力过大导致损坏电堆1。

正常情况下，例如由于气体压力的短时波动导致的氢气进气口11处的气体压力等于大于第一压力阈值，第一排放阀51的持续打开时长达到5秒～10秒时，便可以实现将电堆1的气体压力调整至正常压力，因此，设置第一预设时长为5秒～10秒。示例性地，第一预设时长设置为6秒；示例性地，第一预设时长设置为8秒；再示例性地，第一预设时长设置为9秒。当然，第一预设时长不限于是设置为5秒～10秒。

在本申请一个实施例中，进一步地，控制器9被配置为在第一排放阀51的持续打开时长等于大于第一预设时长时，输出用于指示电堆1的进气压力过大的报警信号。以提醒车辆用户电堆1的进气压力过大，及时进行故障排查。

其中，报警信号可以是文字形式，也可以是图形标识形式，还可以是语音形式等。示例性地，报警信号为通过显示屏显示的“电堆的进气压力过大”文字；示例性地，报警信号为通过音频设备播放的“电堆的进气压力过大”语音；再示例性地，报警信号为通过显示屏显示的图形标识。

在本申请一个实施例中，控制器9被配置为在压力传感器81检测到氢气进气口11处的气体压力等于大于第一压力阈值时，控制第一排放阀51打开，并计算第一排放阀51的持续打开时长，当第一排放阀51的持续打开时长等于大于第一预设时长时，切断气源22给电堆1的氢气供应，并输出用于指示电堆1的进气压力过大的报警信号。

在图1和图2所示实施例中，氢气进气管道21上还设置有温度传感器82和湿度传感器83，温度传感器82和湿度传感器83分别与控制器9电性连接。其中，温度传感器82用于检测氢气进气口11处的气体温度，并将检测到的气体温度信息发送至控制器9。湿度传感器83用于检测氢气进气口11处的气体湿度，并将检测到的气体湿度信息发送至控制器9。借此设置，使得控制器9能够获知氢气进气口11处的气体温湿度情况，以进一步根据气体温湿度情况执行相关处理操作，例如，在气体温度和/或湿度在合理范围之外时，生成报警信号进行报警等。

接下来请参阅图3和图4，图3示出了本申请实施例二提供的燃料电池氢循环系统的架构图，图4示出了图3所示燃料电池氢循环系统的电控部分的组成框图。

如图3和图4所示，与前述实施例一不同的是，在该实施例中，水气分离器3具有连通进口端31的第一排放出口32和第二排放出口33，第一排放出口32设置第一排放阀51，第二排放出口33设置第二排放阀53。控制器9被配置为：在压力传感器81检测到氢气进气口11处的气体压力等于大于第一压力阈值时，控制第一排放阀51打开，直到气体压力下降至小于第一压力阈值时控制第一排放阀51关闭，其中，第一压力阈值小于电堆1的耐压值；在压力传感器81检测到氢气进气口11处的气体压力等于大于第二压力阈值时，控制第一排放阀51和第二排放阀53打开，其中，第二压力阈值大于第一压力阈值且小于电堆1的耐压值。

示例性地，第一压力阈值为310kPa，第二压力阈值为340kPa。也即，控制器9被配置为：在压力传感器81检测到氢气进气口11处的气体压力等于大于310kPa时，控制第一排放阀51打开，直到气体压力下降至小于310kPa时控制第一排放阀51关闭；在压力传感器81检测到氢气进气口11处的气体压力等于大于340kPa时，控制第一排放阀51和第二排放阀53打开。

在该实施例中，第一排放出口32设置在水气分离器3的上部，第一排放出口32为气体排放出口，相应地，第一排放阀51作为用于控制水气分离器3中的气体的排出的排气阀。水气分离器3的底部设有储水槽(图中未示出)，第二排放出口33设置在水气分离器3的底部并与储水槽连通，第二排放出口33为水气排放出口，相应地，第二排放阀53既可以排气，也可以排水，用于控制水气分离器3中的气体和水的排出。其中，当水气分离器3中有水时，第二排放阀53打开时，水气分离器3中的水经第二排放出口33和第二排放阀53排出，当第二排放阀53关闭时，水气分离器3中的水无法排出。当水气分离器3中没有水时，第二排放阀53则作为用于控制水气分离器3中的气体的排出的排气阀。当第二排放阀53打开时，水气分离器3中的气体经第二排放出口33和第二排放阀53排出，当第二排放阀53关闭时，水气分离器3中的气体无法经由第二排放出口33和第二排放阀53排出。

需要说明的是，第一排放出口32设置第一排放阀51，并非特指第一排放阀51设置在第一排放出口32，具体可以是第一排放阀51设置在连通第一排放出口32的第一排放管道52上(如图3所示)，通过第一排放阀51的打开和关闭控制第一排放管道52的打开和关闭，从而控制水气分离器3中的气体的排出。同样地，第二排放出口33设置第二排放阀53，并非特指第二排放阀53设置在第二排放出口33，具体可以是第二排放阀53设置在连通第二排放出口33的第二排放管道54上(如图3所示)，通过第二排放阀53的打开和关闭控制第二排放管道54的打开和关闭，从而控制水气分离器3中的气体和水的排出。

在该实施例中，进一步地，控制器9被配置为在压力传感器81检测到氢气进气口11处的气体压力等于大于第二压力阈值时，切断气源22给电堆1的氢气供应。也即，在氢气进气口11处的气体压力等于大于第二压力阈值时，控制第一排放阀51和第二排放阀53打开，并切断气源22给电堆1的氢气供应。

氢气进气口11处的气体压力等于大于第二压力阈值时，进入电堆1的气体压力过大，因此，直接切断气源22给电堆1的氢气供应，避免由于电堆1的气体压力过大导致损坏电堆1。

在该实施例中，进一步地，控制器9被配置为在压力传感器81检测到氢气进气口11处的气体压力等于大于第二压力阈值时，输出用于指示电堆1的进气压力过大的报警信号。也即，在氢气进气口11处的气体压力等于大于第二压力阈值时，控制第一排放阀51和第二排放阀53打开，并输出用于指示电堆1的进气压力过大的报警信号。以提醒车辆用户电堆1的进气压力过大，及时进行故障排查。

其中，报警信号可以是文字形式，也可以是图形标识形式，还可以是语音形式等。示例性地，报警信号为通过显示屏显示的“电堆的进气压力过大”文字；示例性地，报警信号为通过音频设备播放的“电堆的进气压力过大”语音；再示例性地，报警信号为通过显示屏显示的图形标识。

此外，控制器9还可以是被配置为：在压力传感器81检测到氢气进气口11处的气体压力等于大于第二压力阈值时，控制第一排放阀51和第二排放阀53打开，切断气源22给电堆1的氢气供应，以及，输出用于指示电堆1的进气压力过大的报警信号。

在该实施例中，进一步地，控制器9被配置为在压力传感器81检测到氢气进气口11处的气体压力等于大于第一压力阈值且小于第二压力阈值时，控制第二排放阀53打开，直到第二排放阀53的持续打开时长达到第二预设时长时控制第二排放阀53关闭。其中，第二预设时长等于第二排放阀53将水气分离器3中的水排空的时间，示例性地，第二预设时长设置为1-2秒。

在氢气进气口11处的气体压力等于大于第一压力阈值且小于第二压力阈值时，控制第二排放阀53打开，将水气分离器3中的水排空，当氢气进气口11处的气体压力进一步上升至等于大于第二压力阈值时，打开第二排放阀53，水气分离器3中的气体即可经第二排放出口33和第二排放阀53排出，加快泄压速度。

在该实施例二中，采用燃料电池氢循环系统的第一排放阀51和第二排放阀53控制氢气进气口11的气体压力，当氢气进气口11处的气体压力达到第一压力阈值时，打开第一排放阀51，同时打开第二排放阀53排水，水气分离器3中的水排空后，关闭第二排放阀53，以避免第一排放阀51和第二排放阀53同时排气导致排出的氢过多，氢浓度过高存在爆炸危险。若后续压力正常，关闭第一排放阀51。若第一排放阀51的持续打开时长达到第一预设时长，氢气进气口11处的气体压力依然达到第一压力阈值，切断气源22给电堆1的氢气供应，并输出用于指示电堆1的进气压力过大的报警信号。若氢气进气口11处的气体压力持续上升达到第二压力阈值，打开第一排放阀51和第二排放阀53，切断气源22给电堆1的氢气供应，并输出用于指示电堆1的进气压力过大的报警信号。该实施例无需设置安全阀，可节省成本约200-300元/车，且气体压力控制更加精准。

图5示出了本申请实施例三提供的燃料电池电堆保护方法的流程图，本实施例提供的燃料电池电堆保护方法适用于图1所示的燃料电池氢循环系统，具体可以由其控制器执行，如图5所示，该电堆保护方法包括步骤S510至步骤S540，具体如下：

在步骤S510，获取压力传感器检测到的氢气进气口处的气体压力。

在步骤S520，判断氢气进气口处的气体压力是否等于大于第一压力阈值，若是，进入步骤S530，否则，进入步骤S540。其中，第一压力阈值小于电堆的耐压值。

在步骤S530，控制第一排放阀打开。并循环执行上述步骤S510至步骤S520。

在步骤S540，控制第一排放阀关闭。

在该实施例中，进一步地，在第一排放阀打开时，计算第一排放阀的持续打开时长；当第一排放阀的持续打开时长等于大于第一预设时长时，切断气源给电堆的氢气供应，并输出用于指示电堆的进气压力过大的报警信号。

上述各个步骤的详细执行过程可以参阅前述燃料电池氢循环系统中的描述，在此不再赘述。

图6示出了本申请实施例四提供的燃料电池电堆保护方法的流程图，本实施例提供的燃料电池电堆保护方法适用于图3所示的燃料电池氢循环系统，具体可以由其控制器执行，如图6所示，该电堆保护方法包括步骤S610至步骤S650，具体如下：

在步骤S610，获取压力传感器检测到的氢气进气口处的气体压力。

在步骤S620，判断氢气进气口处的气体压力是否满足气体压力≥第二压力阈值，或第二压力阈值＞气体压力≥第一压力阈值，若满足气体压力≥第二压力阈值，进入步骤S630，若满足第二压力阈值＞气体压力≥第一压力阈值，进入步骤S640，如果均不满足，则进入步骤S650。其中，第二压力阈值大于第一压力阈值且小于电堆的耐压值。

在步骤S630，控制第一排放阀和第二排放阀打开，并切断气源给电堆的氢气供应，以及输出用于指示电堆的进气压力过大的报警信号。

在步骤S640，控制第一排放阀和第二排放阀打开，并计算第二排放阀的持续打开时长，当第二排放阀的持续打开时长达到第二预设时长时控制第二排放阀关闭。

循环执行上述步骤S610至步骤S620。

在步骤S650，控制第一排放阀和第二排放阀关闭。

上述各个步骤的详细执行过程可以参阅前述燃料电池氢循环系统中的描述，在此不再赘述。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围执行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (16)

1.一种燃料电池氢循环系统，其特征在于，包括：

电堆，具有连通的氢气进气口和排气口；

氢气进气管道，连通所述氢气进气口和提供氢气的气源；

水气分离器，具有连通的进口端和第一排放出口，所述进口端连通所述排气口，所述第一排放出口设置第一排放阀；

循环管道，连通所述水气分离器和所述氢气进气管道；

压力传感器，设置在所述氢气进气管道上，用于检测所述氢气进气口处的气体压力；

控制器，与所述压力传感器电性连接，被配置为在所述压力传感器检测到所述氢气进气口处的气体压力等于大于第一压力阈值时，控制所述第一排放阀打开，直到所述气体压力下降至小于所述第一压力阈值时控制所述第一排放阀关闭，其中，所述第一压力阈值小于所述电堆的耐压值。

2.根据权利要求1所述的燃料电池氢循环系统，其特征在于，所述控制器被配置为在所述第一排放阀打开时，计算所述第一排放阀的持续打开时长，当所述第一排放阀的持续打开时长等于大于第一预设时长时，切断所述气源给所述电堆的氢气供应。

3.根据权利要求2所述的燃料电池氢循环系统，其特征在于，所述第一预设时长为5秒～10秒。

4.根据权利要求2所述的燃料电池氢循环系统，其特征在于，所述控制器被配置为在所述第一排放阀的持续打开时长等于大于所述第一预设时长时，输出用于指示所述电堆的进气压力过大的报警信号。

5.根据权利要求1至4任一项所述的燃料电池氢循环系统，其特征在于，所述水气分离器的底部设有储水槽，所述第一排放出口设置在所述水气分离器的底部并与所述储水槽连通。

6.根据权利要求1至4任一项所述的燃料电池氢循环系统，其特征在于，所述水气分离器具有连通所述进口端的第二排放出口，所述第二排放出口设置第二排放阀，所述控制器被配置为在所述气体压力等于大于第二压力阈值时，控制所述第一排放阀和所述第二排放阀打开，其中，所述第二压力阈值大于所述第一压力阈值且小于所述电堆的耐压值。

7.根据权利要求6所述的燃料电池氢循环系统，其特征在于，所述控制器被配置为在所述气体压力等于大于所述第二压力阈值时，切断所述气源给所述电堆的氢气供应，并输出用于指示所述电堆的进气压力过大的报警信号。

8.根据权利要求6所述的燃料电池氢循环系统，其特征在于，所述控制器被配置为在所述气体压力等于大于所述第一压力阈值且小于所述第二压力阈值时，控制所述第二排放阀打开，直到所述第二排放阀的持续打开时长达到第二预设时长时控制所述第二排放阀关闭，其中，所述水气分离器的底部设有储水槽，所述第二排放出口设置在所述水气分离器的底部并与所述储水槽连通，所述第二预设时长等于所述第二排放阀将所述水气分离器中的水排空的时间。

9.一种车辆，其特征在于，包括：

车体；

燃料电池氢循环系统，设置在所述车体上，所述燃料电池氢循环系统如权利要求1至8任一项所述。

10.一种燃料电池电堆保护方法，其特征在于，所述电堆具有连通的氢气进气口和排气口，所述排气口连通水气分离器的进口端，所述水气分离器具有连通所述进口端的第一排放出口，所述第一排放出口设置第一排放阀，所述氢气进气口通过氢气进气管道连通提供氢气的气源，所述氢气进气管道上设置用于检测所述氢气进气口处的气体压力的压力传感器，所述保护方法包括：

当所述压力传感器检测到所述氢气进气口处的气体压力等于大于第一压力阈值时，控制所述第一排放阀打开，直到所述气体压力下降至小于所述第一压力阈值时控制所述第一排放阀关闭，其中，所述第一压力阈值小于所述电堆的耐压值。

11.根据权利要求10所述的电堆保护方法，其特征在于，还包括：

在所述第一排放阀打开时，计算所述第一排放阀的持续打开时长；

当所述第一排放阀的持续打开时长等于大于第一预设时长时，切断所述气源给所述电堆的氢气供应，并输出用于指示所述电堆的进气压力过大的报警信号。

12.根据权利要求10或11所述的电堆保护方法，其特征在于，所述水气分离器具有连通所述进口端的第二排放出口，所述第二排放出口设置第二排放阀，所述保护方法还包括：

当所述压力传感器检测到所述氢气进气口处的气体压力等于大于第二压力阈值时，控制所述第一排放阀和所述第二排放阀打开，其中，所述第二压力阈值大于所述第一压力阈值且小于所述电堆的耐压值。

13.根据权利要求12所述的电堆保护方法，其特征在于，还包括：

当所述压力传感器检测到所述氢气进气口处的气体压力等于大于所述第二压力阈值时，切断所述气源给所述电堆的氢气供应，并输出用于指示所述电堆的进气压力过大的报警信号。

14.根据权利要求12所述的电堆保护方法，其特征在于，还包括：

当所述压力传感器检测到所述氢气进气口处的气体压力等于大于所述第一压力阈值且小于所述第二压力阈值时，控制所述第二排放阀打开，直到所述第二排放阀的持续打开时长达到第二预设时长时控制所述第二排放阀关闭，其中，所述水气分离器的底部设有储水槽，所述第二排放出口设置在所述水气分离器的底部并与所述储水槽连通，所述第二预设时长等于所述第二排放阀将所述水气分离器中的水排空的时间。

15.根据权利要求10所述的电堆保护方法，其特征在于，所述第一排放阀为排氮阀。

16.根据权利要求12所述的电堆保护方法，其特征在于，所述第二排放阀为排水阀。