CN117936841A - 一种车辆、燃料电池发动机系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃料电池发动机技术领域，公开了一种车辆、燃料电池发动机系统及控制方法，燃料电池发动机系统包括电堆模块、空气供应子系统、氢气供应子系统和热管理子系统；空气供应子系统包括进气通路和出气通路；进气通路包括依次连接的空气滤清器、第一管道、空气压缩机、第二管道、中冷器、第三管道、加湿器和第四管道，第四管道的输出端与电堆模块的空气入口端连接；出气通路包括依次连接的第五管道、加湿器和空气尾排管道；氢气供应子系统包括进氢通路、出氢通路和氢气循环泵；进氢通路包括依次连接的第一比例阀、第六管道、第二比例阀、第七管道。本发明可以降低燃料电池发动机系统的成本，也可以实现对进入电堆模块内的氢气的温度的控制。

Description

一种车辆、燃料电池发动机系统及控制方法

技术领域

本发明涉及燃料电池发动机技术领域，尤其涉及一种车辆、燃料电池发动机系统及控制方法。

背景技术

燃料电池发动机是一种通过氢气和氧气电化学反应产生电能的能量转换装置，与传统的发动机相比，燃料电池发动机具有更高的效率、更低的噪音、更少的污染等优点。

为提高燃料电池发动机的氢气利用率，通常采用阳极氢气循环利用的策略，但高温高湿的再循环阳极废气与输入处的新鲜、干燥和低温氢气混合时将形成液滴并进入阳极气体流动通道，导致通道被液滴堵塞，造成质子交换膜局部欠气，对单电池和电堆造成不可逆的永久性损伤。

现有解决方案采用氢气换热器对氢气进行加热，该部件无主动控制调节能力，无法根据电堆需求调节进堆氢气的温度，且氢气换热器需增加水路结构，系统复杂程度及成本均有所提升。

发明内容

本发明提供了一种车辆、燃料电池发动机系统及控制方法，可以降低燃料电池发动机系统的成本，也可以实现对进入电堆模块内的氢气的温度的控制。

根据本发明的一方面，提供了一种燃料电池发动机系统，该燃料电池发动机系统包括：电堆模块、空气供应子系统、氢气供应子系统和热管理子系统；

所述空气供应子系统用于为所述电堆模块提供空气；

所述氢气供应子系统用于为所述电堆模块提供氢气；

所述热管理子系统用于为所述电堆模块提供冷却液；

所述空气供应子系统包括进气通路和出气通路；所述进气通路包括依次连接的空气滤清器、第一管道、空气压缩机、第二管道、中冷器、第三管道、加湿器和第四管道，所述第四管道的输出端与所述电堆模块的空气入口端连接；所述出气通路包括依次连接的第五管道、所述加湿器和空气尾排管道，所述第五管道的输入端与所述电堆模块的空气排出端连接；

所述氢气供应子系统包括进氢通路、出氢通路和氢气循环泵；所述进氢通路包括依次连接的第一比例阀、第六管道、第二比例阀、第七管道、进氢截止阀、引射器和第八管道，所述第八管道的输出端与所述电堆模块的氢气入口端连接；所述进氢通路还包括第一旁通支路和第二旁通支路；所述第一旁通支路连接在所述第一比例阀的输入端与所述第二比例阀的输入端之间；所述第二旁通支路连接在所述第二比例阀的输入端和所述进氢截止阀的输入端之间；所述出氢通路包括分水器、排氢阀和排水阀，所述分水器的输入端与所述电堆模块的氢气出口端连接，所述分水器的第一输出端与所述排氢阀和所述氢气循环泵的输入端连接，所述分水器的第二输出端与所述排水阀连接；所述氢气循环泵的输出端与所述引射器连接；

所述空气尾排管道内的空气加热所述第六管道内的氢气；

所述第二管道内的空气加热所述第七管道内的氢气。

可选的，部分所述空气尾排管道与部分所述第六管道相邻且平行。

可选的，部分所述第二管道与部分所述第七管道相邻且平行。

可选的，所述空气尾排管道与所述第六管道相互平行的长度范围为2米~3米；

所述第二管道与所述第七管道相互平行的长度范围为2米~3米。

可选的，相互平行所述空气尾排管道与所述第六管道之间的间距大于0且小于55厘米；

相互平行所述第二管道与所述第七管道之间的间距大于0且小于55厘米。

可选的，本实施例提供的燃料电池发动机系统还包括第一保温单元和第二保温单元；

所述第一保温单元用于包裹相互平行所述空气尾排管道与所述第六管道；

所述第二保温单元用于包裹相互平行所述第二管道与所述第七管道。

可选的，本实施例提供的燃料电池发动机系统还包括控制模块；

所述热管理子系统包括第一温度传感器；

所述氢气供应子系统还包括第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器和第五压力传感器；

所述第一温度传感器用于检测的所述电堆模块的冷却液出口端的冷却液出电堆温度；

所述第二温度传感器用于检测的所述电堆模块的氢气进口端的氢气进电堆温度；

所述第三温度传感器用于检测的所述电堆模块的氢气出口端的氢气出电堆温度；

所述第四温度传感器用于检测所述进氢截止阀的输出端处的截止阀氢气温度；

所述第五压力传感器用于检测所述电堆模块的氢气出口端的氢气出电堆压力；

所述控制模块与所述第一比例阀、所述第二比例阀、所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述第三温度传感器、所述第四温度传感器、所述第五压力传感器电连接，所述控制模块用于控制所述第一比例阀的开度和所述第二比例阀的开度，以使所述氢气进电堆温度小于或等于所述冷却液出电堆温度，使所述氢气出电堆温度小于或等于所述截止阀氢气温度，使氢气进电堆温度在温度预设范围内，以及使所述氢气出电堆压力在压力预设范围内。

可选的，所述空气供应子系统还包括第一截止阀、第二截止阀、空气旁通支路和空气旁通阀；

所述第一截止阀连接在所述加湿器与所述电堆模块的空气入口端之间；

所述第二截止阀连接在所述加湿器与所述电堆模块的空气出口端之间；

所述空气旁通支路连接在所述中冷器的输出端与所述空气尾排管道之间；

所述空气旁通阀设置与所述空气旁通支路中；

所述氢气供应子系统还包括泄压阀和氢气尾排管道；

所述排氢阀的输出端和排水阀的输出端均与所述氢气尾排管道连接；

所述泄压阀连接在所述第八管道和所述氢气尾排管道之间。

根据本发明的另一方面，提供了一种燃料电池发动机系统的控制方法，所述控制方法应用于本发明任意实施例提供的燃料电池发动机系统中；

所述控制方法包括：

获取所述电堆模块的冷却液出口端的冷却液出电堆温度、所述电堆模块的氢气进口端的氢气进电堆温度、所述电堆模块的氢气出口端的氢气出电堆温度、所述进氢截止阀的输出端处的截止阀氢气温度以及所述电堆模块的氢气出口端的氢气出电堆压力；

控制所述第一比例阀的开度和所述第二比例阀的开度，以使所述氢气进电堆温度小于或等于所述冷却液出电堆温度，使所述氢气出电堆温度小于或等于所述截止阀氢气温度，使氢气进电堆温度在温度预设范围内，以及使所述氢气出电堆压力在压力预设范围内。

根据本发明的另一方面，提供了一种车辆，该车辆包括本发明任意实施例提供的燃料电池发动机系统。

本实施例提供了一种燃料电池发动机系统，该燃料电池发动机系统包括电堆模块、空气供应子系统、氢气供应子系统和热管理子系统。热管理子系统可以向电堆模块提供冷却液从而降低电堆模块内的温度。空气供应子系统可以向电堆模块提供空气，空气供应子系统中的第二管道的内空气温度和空气尾排管道内的空气温度均较高。本实施例设置第二管道内的空气加热氢气供应子系统中第七管道内的氢气，以及空气尾排管道内的空气加热氢气供应子系统中第六管道内的氢气，实现对进入电堆模块内的氢气进行加热的效果。其次，氢气供应子系统还包括连接在第一比例阀的输入端与第二比例阀的输入端之间的第一旁通支路以及连接在第二比例阀的输入端和引射器的输入端之间第二旁通支路，可以通过调节第一比例阀的开度调节第一旁通支路内的氢气量和第六管道内的氢气量，通过调节第二比例阀的开度调节第二旁通支路内的氢气量和第七管道内的氢气量，从而实现被高温空气加热的氢气量，最终实现对进入电堆模块内的氢气的温度的控制。综上，本实施例燃料电池发动机系统采用燃料电池发动机系统内产生的热量对进入电堆模块的氢气进行两次加热，无需通过额外的加热装置加热进入电堆模块内的氢气，从而可以降低燃料电池发动机系统的成本，也可以实现对进入电堆模块内的氢气的温度的控制。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1是根据本发明实施例提供的一种燃料电池发动机系统的结构示意图；

图2是根据本发明实施例提供的又一种燃料电池发动机系统的结构示意图；

图3是根据本发明实施例提供的又一种燃料电池发动机系统的结构示意图；

图4是根据本发明实施例提供的一种燃料电池发动机系统的控制方法的流程示意图。

图中的附图标记如下：

110-电堆模块，120-热管理子系统，131-空气滤清器，132-第一管道，133-空气压缩机，134-第二管道，135-中冷器，136-第三管道，137-加湿器，138-第四管道，139-第一截止阀，141-第五管道，142-空气尾排管道，143-第二截止阀，144-空气旁通支路，145-空气旁通阀，150-氢气循环泵，151-第一保温单元，152-第二保温单元，161-第一比例阀，162-第六管道，163-第二比例阀，164-第七管道，165-进氢截止阀，166-引射器，167-第八管道，168-第一旁通支路，169-第二旁通支路，171-分水器，172-排氢阀，173-排水阀，174-第二温度传感器，175-第三温度传感器，176-第四温度传感器，177-第五压力传感器，178-泄压阀，179-氢气尾排管道，191-第一压力传感器，192-第二压力传感器，193-第三压力传感器，194-第四压力传感器，195-第五温度传感器，196-第六温度传感器，197-流量传感器。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

图1是根据本发明实施例提供的一种燃料电池发动机系统的结构示意图，图2是根据本发明实施例提供的又一种燃料电池发动机系统的结构示意图，参考图1和图2，本实施例提供的燃料电池发动机系统包括：电堆模块110、空气供应子系统（可参考图1或图2中的粗实线）、氢气供应子系统（可参考图1或图2中的细实线）和热管理子系统120；空气供应子系统用于为电堆模块110提供空气；氢气供应子系统用于为电堆模块110提供氢气；热管理子系统120用于为电堆模块110提供冷却液；空气供应子系统包括进气通路和出气通路；进气通路包括依次连接的空气滤清器131、第一管道132、空气压缩机133、第二管道134、中冷器135、第三管道136、加湿器137和第四管道138，第四管道138的输出端与电堆模块110的空气入口端连接；出气通路包括依次连接的第五管道141、加湿器137和空气尾排管道142，第五管道141的输入端与电堆模块110的空气排出端连接；氢气供应子系统包括进氢通路、出氢通路和氢气循环泵150；进氢通路包括依次连接的第一比例阀161、第六管道162、第二比例阀163、第七管道164、进氢截止阀165、引射器166和第八管道167，第八管道167的输出端与电堆模块110的氢气入口端连接；进氢通路还包括第一旁通支路168和第二旁通支路169；第一旁通支路168连接在第一比例阀161的输入端与第二比例阀163的输入端之间；第二旁通支路169连接在第二比例阀163的输入端和进氢截止阀165的输入端之间；出氢通路包括分水器171、排氢阀172和排水阀173，分水器171的输入端与电堆模块110的氢气出口端连接，分水器171的第一输出端与排氢阀172和氢气循环泵150的输入端连接，分水器171的第二输出端与排水阀173连接；氢气循环泵150的输出端与引射器166连接；空气尾排管道142内的空气加热第六管道162内的氢气；第二管道134内的空气加热第七管道164内的氢气。

具体的，热管理子系统120包括节温器、水泵、去离子器、膨胀水箱、散热器、温度传感器以及压力传感器。热管理子系统120向电堆模块110输入的冷却液可以与电堆模块110进行热交换，从而降低电堆模块110内的温度。

在空气供应子系统中，空气滤清器131可以净化空气滤清器131输入端输入的空气。空气压缩机133可以对空气进行压缩，压缩后的空气通过第二管道134传输至中冷器135中。中冷器135可以降低压缩后的空气的温度。加湿器137可以对压缩后的空气进行加湿。加湿后的空气通过第四管道138传输至电堆模块110的空气入口端，进入电堆模块110中的空气与氢气发生电化学反应产生电能。电堆模块110的空气排出端排出的空气经过加湿器137传输到空气尾排管道142内。

在氢气供应子系统中，第一比例阀161的开度可以控制第六管道162内的氢气量和第一旁通支路168中氢气量，当第一比例阀161关闭时，氢气进口端输入的氢气全部通过第一旁通支路168传输至第二比例阀163入口处。第二比例阀163的开度可以控制第七管道164内的氢气量和第二旁通支路169中氢气量，当第二比例阀163关闭时，第二比例阀163入口处的氢气全部通过第二旁通支路169传输至进氢截止阀165入口处。进氢截止阀165导通时氢气可以输入至电堆模块110中。引射器166用于将其内的氢气传输至电堆模块110中。氢气与空气在电堆模块110反应后，电堆模块110的氢气出口端输出的氢气会带有水汽，分水器171可以将氢气和水汽进行分离，分离后的氢气通过氢气循环泵150进入引射器166最后再返回至电堆模块110内实现能源的再利用，还有一分部氢气经过排氢阀172被排出。

空气压缩机133与中冷器135之间的管道为第二管道134，第二管道134可以沿一个方向排布，也可以沿多个方向排布。空气尾排管道142用于将电堆模块110输出的空气排出，空气尾排管道142可以沿一个方向排布，也可以沿多个方向排布。第一比例阀161与第二比例阀163之间的管道为第六管道162，第六管道162可以沿一个方向排布，也可以沿多个方向排布。第二比例阀163与进氢截止阀165之间的管道为第七管道164，第七管道164可以沿一个方向排布，也可以沿多个方向排布。

电堆模块110的空气排出端排出的空气温度较高，电堆模块110排出的空气通过第五管道141和加湿器137进入空气尾排管道142内，空气尾排管道142内的高温空气可以加热第六管道162内的氢气。由于压缩后的空气温度较高，因此，第二管道134内的空气温度较高，本实施例设置第二管道134内的空气加热第七管道164内的氢气，可提高第七管道164内的氢气的温度。第六管道162和第七管道164均为进氢通路中的管道，可见，在氢气进入电堆模块110之前，本实施例采用燃料电池发动机系统内产生的热量对氢气进行两次加热，无需通过额外的加热装置加热进入电堆模块110内的氢气，从而可以降低燃料电池发动机系统的成本。此外，第一旁通支路168内的氢气和第二旁通支路169内的氢气不通过高温空气进行加热，本实施例还可以通过调节第一比例阀161的开度和第二比例阀163的开度调节被加热的氢气量，从而调节进入电堆模块110内的氢气的温度，实现进堆氢气温度可控的效果。

本实施例可以设置空气尾排管道142与第六管道162的距离较近，第二管道134与第七管道164的距离较近，从而实现空气尾排管道142内的空气加热第六管道162内的氢气的效果及第二管道134内的空气加热第七管道164内的氢气的效果，示例性的，本实施例可以设置部分空气尾排管道142与部分第六管道162平行且距离较近（具体可参考图1或图2）。本实施例可以设置第二管道134与第七管道164相互交叉且距离较近（具体可参考图1），可以设置部分第二管道134与部分第七管道164平行且距离较近（具体可参考图2）。

需要说明的是，空气尾排管道142与第六管道162不连通，第二管道134与第七管道164不连通。

本实施例提供了一种燃料电池发动机系统，该燃料电池发动机系统包括电堆模块、空气供应子系统、氢气供应子系统和热管理子系统。热管理子系统可以向电堆模块提供冷却液从而降低电堆模块内的温度。空气供应子系统可以向电堆模块提供空气，空气供应子系统中的第二管道的内空气温度和空气尾排管道内的空气温度均较高。本实施例设置第二管道内的空气加热氢气供应子系统中第七管道内的氢气，以及空气尾排管道内的空气加热氢气供应子系统中第六管道内的氢气，实现对进入电堆模块内的氢气进行加热的效果。其次，氢气供应子系统还包括连接在第一比例阀的输入端与第二比例阀的输入端之间的第一旁通支路以及连接在第二比例阀的输入端和引射器的输入端之间第二旁通支路，可以通过调节第一比例阀的开度调节第一旁通支路内的氢气量和第六管道内的氢气量，通过调节第二比例阀的开度调节第二旁通支路内的氢气量和第七管道内的氢气量，从而实现被高温空气加热的氢气量，最终实现对进入电堆模块内的氢气的温度的控制。综上，本实施例燃料电池发动机系统采用燃料电池发动机系统内产生的热量对进入电堆模块的氢气进行两次加热，无需通过额外的加热装置加热进入电堆模块内的氢气，从而可以降低燃料电池发动机系统的成本，也可以实现对进入电堆模块内的氢气的温度的控制。

在上述实施例的基础上，可选的，继续参考图1或图2，部分空气尾排管道142与部分第六管道162相邻且平行，这样设置，可以提高空气尾排管道142内的空气对第六管道162内的氢气的加热效果。

在上述实施例的基础上，继续参考图2，可选的，部分第二管道134与部分第七管道164相邻且平行，这样设置，可以提高第二管道134内的空气对第七管道164内的氢气的加热效果。

在上述实施例的基础上，继续参考图2，可选的，空气尾排管道142与第六管道162相互平行的长度范围为2米~3米；第二管道134与第七管道164相互平行的长度范围为2米~3米。

具体的，设置相互平行的管道的长度范围为2米~3米，可以提高加热效果，也避免相互平行距离较长而不利于空气尾排管道142、第六管道162、第二管道134以及第七管道164的设置。

在上述实施例的基础上，继续参考图2，可选的，相互平行空气尾排管道142与第六管道162之间的间距大于0且小于55厘米；相互平行第二管道134与第七管道164之间的间距大于0且小于55厘米，这样设置，可以进一步提高空气尾排管道142内的空气对第六管道162内的氢气的加热效果，进一步提高第二管道134内的空气对第七管道164内的氢气的加热效果。

在上述实施例的基础上，可选的，继续参考图2，本实施例提供的燃料电池发动机系统还包括第一保温单元151和第二保温单元152；第一保温单元151用于包裹相互平行空气尾排管道142与第六管道162；第二保温单元152用于包裹相互平行第二管道134与第七管道164。

具体的，第一保温单元151的材料和第二保温单元152的材料具有耐高温、耐腐蚀、耐老化以及保温性能好等特点。第一保温单元151可以减少空气尾排管道142内的空气的热量损失，第二保温单元152可以减少第二管道134内的空气的热量损失。设置第一保温单元151和第二保温单元152可以提高进入电堆模块110内的氢气的加热效果。

可选的，图3是根据本发明实施例提供的又一种燃料电池发动机系统的结构示意图，参考图3，本实施例提供的燃料电池发动机系统还包括控制模块（图中未示出）；热管理子系统120包括第一温度传感器（图中未示出）；氢气供应子系统还包括第二温度传感器174、第三温度传感器175、第四温度传感器176和第五压力传感器177；第一温度传感器用于检测的电堆模块110的冷却液出口端的冷却液出电堆温度；第二温度传感器174用于检测的电堆模块110的氢气进口端的氢气进电堆温度；第三温度传感器175用于检测的电堆模块110的氢气出口端的氢气出电堆温度；第四温度传感器176用于检测进氢截止阀165的输出端处的截止阀氢气温度；第五压力传感器177用于检测电堆模块110的氢气出口端的氢气出电堆压力P1；控制模块与第一比例阀161、第二比例阀163、第一温度传感器、第二温度传感器174、第三温度传感器175、第四温度传感器176、第五压力传感器177电连接，控制模块用于控制第一比例阀161的开度和第二比例阀163的开度，以使氢气进电堆温度小于或等于冷却液出电堆温度，使氢气出电堆温度小于或等于截止阀氢气温度，使氢气进电堆温度在温度预设范围内，以及使氢气出电堆压力在压力预设范围内。

具体的，从电堆模块110的冷却液出口端输出的冷却液的温度为冷却液出电堆温度。进入电堆模块110的氢气进口端的氢气的温度为氢气进电堆温度，从电堆模块110的氢气出口端输出的氢气的温度为氢气出电堆温度。从进氢截止阀165的输出端输出的氢气的温度为截止阀氢气温度。从电堆模块110的氢气出口端输出的氢气的压力为氢气出电堆压力。控制模块用于获取冷却液出电堆温度、氢气进电堆温度、氢气出电堆温度以及氢气出电堆压力。第一比例阀161和第二比例阀163可以为电子比例阀。

第二温度传感器174可以检测第八管道167内氢气的温度，第三温度传感器175可以检测电堆模块110与分水器171之间的管道内的氢气的温度。第四温度传感器176可以检测进氢截止阀165与引射器166之间的管道内的氢气的温度。第五压力传感器177可以检测电堆模块110与分水器171之间的管道内的氢气的压力。

在低温情况下，若进入电堆模块110的氢气温度过高，高于电堆模块110内的冷却液的温度，也容易造成冷凝形成液态水。本实施例通过控制模块控制第一比例阀161的开度和第二比例阀163的开度，以使氢气进电堆温度小于或等于冷却液出电堆温度，从而防止进入电堆模块110的氢气的温度大于电堆模块110内冷却液的温度，导致氢气中的水蒸气冷凝。

从电堆模块110输出的氢气会通过氢气循环泵150再次返回至电堆模块110内，进入氢气循环泵150的氢气具有一定的湿度，若氢气出电堆温度大于截止阀氢气温度，会在电堆模块110内造成高温高湿的氢气与低温干燥的氢气混合时将形成液态水滴并进入电堆模块110的阳极气体流动通道，导致阳极气体流动通道被液态水堵塞，造成质子交换膜局部欠气，对单电池和电堆模块造成不可逆的永久性损伤。本实施例通过控制模块控制第一比例阀161的开度和第二比例阀163的开度，以使氢气出电堆温度小于或等于截止阀氢气温度，可防止氢气中的水蒸气冷凝而造成电堆模块110的永久性损伤。

控制模块控制第一比例阀161的开度和第二比例阀163的开度，以使氢气进电堆温度在温度预设范围内，以及使氢气出电堆压力在压力预设范围内，可满足燃料电池发动机工况要求，从而使燃料电池发动机正常工作。

综上，本实施例提供的燃料电池发动机系统既无需外部加热装置加热氢气，还可以自动调节进入电堆模块110的氢气的温度从而改善电堆模块110内产生水汽而影响电堆模块110寿命的问题。

可选的，继续参考图3，空气供应子系统还包括第一截止阀139、第二截止阀143、空气旁通支路144和空气旁通阀145；第一截止阀139连接在加湿器137与电堆模块110的空气入口端之间；第二截止阀143连接在加湿器137与电堆模块110的空气出口端之间；空气旁通支路144连接在中冷器135的输出端与空气尾排管道142之间；空气旁通阀145设置与空气旁通支路144中；氢气供应子系统还包括泄压阀178和氢气尾排管道179；排氢阀172的输出端和排水阀173的输出端均与氢气尾排管道179连接；泄压阀178连接在第八管道167和氢气尾排管道179之间。

具体的，第一截止阀139可使空气进入或不进入电堆模块110中，第二截止阀143可使空气进入或不进入加湿器137中。当空气压力过大时，空气旁通支路144可释放一部分空气进入空气尾排管道142内。

在氢气压力过大时可通过泄压阀178将一部分氢气排放到氢气尾排管道179中。

继续参考图3，氢气尾排管道179与空气尾排管道142可以连通，从而可使空气尾排管道142内的空气稀释氢气尾排管道179内氢气，避免氢气尾排管道179内氢气直接释放到环境中造成安全事故。

继续参考图3，氢气供应子系统还包括第一压力传感器191、第二压力传感器192和减压阀，减压阀可降低进入氢气进口端的氢气的压力。空气供应子系统还包括第三压力传感器193、第四压力传感器194、第五温度传感器195、第六温度传感器196和流量传感器197。

本实施例还提供了一种燃料电池发动机系统的控制方法，该控制方法应用于本发明任意实施例提供的燃料电池发动机系统中。图4是根据本发明实施例提供的一种燃料电池发动机系统的控制方法的流程示意图，参考图4,控制方法包括如下步骤：

S110、获取电堆模块的冷却液出口端的冷却液出电堆温度、电堆模块的氢气进口端的氢气进电堆温度、电堆模块的氢气出口端的氢气出电堆温度、进氢截止阀的输出端处的截止阀氢气温度以及电堆模块的氢气出口端的氢气出电堆压力。

S120、控制第一比例阀的开度和第二比例阀的开度，以使氢气进电堆温度小于或等于冷却液出电堆温度，使氢气出电堆温度小于或等于截止阀氢气温度，使氢气进电堆温度在温度预设范围内，以及使氢气出电堆压力在压力预设范围内。

本实施例提供的燃料电池发动机系统的控制方法与本发明任意实施例提供的燃料电池发动机系统具有相应的有益效果，未在本实施例详尽的技术细节，详见本发明任意实施例提供的燃料电池发动机系统。

本实施例还提供了一种车辆，该车辆包括本发明任意实施例提供的燃料电池发动机系统。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种燃料电池发动机系统，其特征在于，包括：电堆模块、空气供应子系统、氢气供应子系统和热管理子系统；

所述空气供应子系统用于为所述电堆模块提供空气；

所述氢气供应子系统用于为所述电堆模块提供氢气；

所述热管理子系统用于为所述电堆模块提供冷却液；

所述空气供应子系统包括进气通路和出气通路；所述进气通路包括依次连接的空气滤清器、第一管道、空气压缩机、第二管道、中冷器、第三管道、加湿器和第四管道，所述第四管道的输出端与所述电堆模块的空气入口端连接；所述出气通路包括依次连接的第五管道、所述加湿器和空气尾排管道，所述第五管道的输入端与所述电堆模块的空气排出端连接；

所述氢气供应子系统包括进氢通路、出氢通路和氢气循环泵；所述进氢通路包括依次连接的第一比例阀、第六管道、第二比例阀、第七管道、进氢截止阀、引射器和第八管道，所述第八管道的输出端与所述电堆模块的氢气入口端连接；所述进氢通路还包括第一旁通支路和第二旁通支路；所述第一旁通支路连接在所述第一比例阀的输入端与所述第二比例阀的输入端之间；所述第二旁通支路连接在所述第二比例阀的输入端和所述进氢截止阀的输入端之间；所述出氢通路包括分水器、排氢阀和排水阀，所述分水器的输入端与所述电堆模块的氢气出口端连接，所述分水器的第一输出端与所述排氢阀和所述氢气循环泵的输入端连接，所述分水器的第二输出端与所述排水阀连接；所述氢气循环泵的输出端与所述引射器连接；

所述空气尾排管道内的空气加热所述第六管道内的氢气；

所述第二管道内的空气加热所述第七管道内的氢气。

2.根据权利要求1所述的燃料电池发动机系统，其特征在于，部分所述空气尾排管道与部分所述第六管道相邻且平行。

3.根据权利要求2所述的燃料电池发动机系统，其特征在于，部分所述第二管道与部分所述第七管道相邻且平行。

4.根据权利要求3所述的燃料电池发动机系统，其特征在于，所述空气尾排管道与所述第六管道相互平行的长度范围为2米~3米；

所述第二管道与所述第七管道相互平行的长度范围为2米~3米。

5.根据权利要求3所述的燃料电池发动机系统，其特征在于，相互平行所述空气尾排管道与所述第六管道之间的间距大于0且小于55厘米；

相互平行所述第二管道与所述第七管道之间的间距大于0且小于55厘米。

6.根据权利要求1所述的燃料电池发动机系统，其特征在于，还包括第一保温单元和第二保温单元；

所述第一保温单元用于包裹相互平行所述空气尾排管道与所述第六管道；

所述第二保温单元用于包裹相互平行所述第二管道与所述第七管道。

7.根据权利要求1所述的燃料电池发动机系统，其特征在于，还包括控制模块；

所述热管理子系统包括第一温度传感器；

所述氢气供应子系统还包括第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器和第五压力传感器；

所述第一温度传感器用于检测的所述电堆模块的冷却液出口端的冷却液出电堆温度；

所述第二温度传感器用于检测的所述电堆模块的氢气进口端的氢气进电堆温度；

所述第三温度传感器用于检测的所述电堆模块的氢气出口端的氢气出电堆温度；

所述第四温度传感器用于检测所述进氢截止阀的输出端处的截止阀氢气温度；

所述第五压力传感器用于检测所述电堆模块的氢气出口端的氢气出电堆压力；

所述控制模块与所述第一比例阀、所述第二比例阀、所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述第三温度传感器、所述第四温度传感器、所述第五压力传感器电连接，所述控制模块用于控制所述第一比例阀的开度和所述第二比例阀的开度，以使所述氢气进电堆温度小于或等于所述冷却液出电堆温度，使所述氢气出电堆温度小于或等于所述截止阀氢气温度，使氢气进电堆温度在温度预设范围内，以及使所述氢气出电堆压力在压力预设范围内。

8.根据权利要求1所述的燃料电池发动机系统，其特征在于，所述空气供应子系统还包括第一截止阀、第二截止阀、空气旁通支路和空气旁通阀；

所述第一截止阀连接在所述加湿器与所述电堆模块的空气入口端之间；

所述第二截止阀连接在所述加湿器与所述电堆模块的空气出口端之间；

所述空气旁通支路连接在所述中冷器的输出端与所述空气尾排管道之间；

所述空气旁通阀设置与所述空气旁通支路中；

所述氢气供应子系统还包括泄压阀和氢气尾排管道；

所述排氢阀的输出端和排水阀的输出端均与所述氢气尾排管道连接；

所述泄压阀连接在所述第八管道和所述氢气尾排管道之间。

9.一种燃料电池发动机系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法应用于权利要求1-8任一项所述的燃料电池发动机系统中；

所述控制方法包括：

获取所述电堆模块的冷却液出口端的冷却液出电堆温度、所述电堆模块的氢气进口端的氢气进电堆温度、所述电堆模块的氢气出口端的氢气出电堆温度、所述进氢截止阀的输出端处的截止阀氢气温度以及所述电堆模块的氢气出口端的氢气出电堆压力；

控制所述第一比例阀的开度和所述第二比例阀的开度，以使所述氢气进电堆温度小于或等于所述冷却液出电堆温度，使所述氢气出电堆温度小于或等于所述截止阀氢气温度，使氢气进电堆温度在温度预设范围内，以及使所述氢气出电堆压力在压力预设范围内。

10.一种车辆，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的燃料电池发动机系统。