CN208189710U - 一种车载燃料电池氢气控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种车载燃料电池氢气控制装置，包括储氢模块，燃料电池电堆，控制模块，比例阀和第一压力传感器；储氢模块与燃料电池电堆连接；比例阀设置于储氢模块和燃料电池电堆之间，且与控制模块连接，用于控制从比例阀输出的氢气的压力值；第一压力传感器设置于比例阀和燃料电池电堆之间，且与控制模块连接，用于检测从比例阀输出的氢气的压力值，并将从比例阀输出的氢气的压力值发送至控制模块；控制模块，用于比较从比例阀输出的氢气的压力值与预设压力值的大小，产生第一控制信号，发送第一控制信号至比例阀，以使得比例阀调整打开角度。本实用新型实现了动态调整进入燃料电池电堆的氢气压力值。

Description

一种车载燃料电池氢气控制装置

技术领域

本实用新型涉及燃料电池领域，尤其涉及一种车载燃料电池氢气控制装置。

背景技术

随着清洁能源的发展，燃料电池成为越来越多电子产品的供电方式，氢燃料电池为其中的一种，可用于为车辆供电。

氢燃料电池是指氢气和氧气发生化学反应产生电能的装置，在车辆系统中，为了控制输出电能的大小，需要对输入燃料电池电堆的氢气压力进行控制，现有的车载燃料电池氢气控制装置均使用二级减压阀将输入给燃料电池电堆的氢气压力设定在一个固定值，通过输入固定压力的氢气产生电能为发动机供电。

然而，将氢气压力设定为一个固定值无法根据车辆发动机的运行状态对氢气压力值进行调整，若氢气压力值设定较小，则无法满足车辆发动机大功率运行时对氢气的需求，若氢气压力值设定较大，则在车辆发动机低功率运行时浪费氢气，且氢气压力设定过大会严重减少燃料电池电堆的使用寿命。

实用新型内容

本实用新型提供了一种车载燃料电池氢气控制装置，实现动态调整进入燃料电池电堆的氢气压力值。

本实用新型实施例提供了一种车载燃料电池氢气控制装置，包括储氢模块，燃料电池电堆，控制模块，比例阀和第一压力传感器；

所述储氢模块与所述燃料电池电堆连接，用于存储氢气，并输出所述氢气至所述燃料电池电堆；

所述比例阀设置于所述储氢模块和所述燃料电池电堆之间，且与所述控制模块连接，用于控制从所述比例阀输出的氢气的压力值；

所述第一压力传感器设置于所述比例阀和所述燃料电池电堆之间，且与所述控制模块连接，用于检测所述从所述比例阀输出的氢气的压力值，并将所述从所述比例阀输出的氢气的压力值发送至所述控制模块；

所述控制模块，用于比较所述从所述比例阀输出的氢气的压力值与预设压力值的大小，产生第一控制信号，发送所述第一控制信号至所述比例阀，以使得所述比例阀调整打开角度。

可选的，所述控制模块包括第一控制单元和方波信号发生器；

所述第一控制单元与所述第一压力传感器和所述方波信号发生器均连接，用于比较所述从所述比例阀输出的氢气的压力值与预设压力值的大小，并根据比较结果输出第二控制信号至所述方波信号发生器；

所述方波信号发生器与所述比例阀连接，用于根据接收的所述第二控制信号产生所述第一控制信号，发送所述第一控制信号至所述比例阀。

可选的，该车载燃料电池氢气控制装置还包括电源模块；

所述电源模块分别与所述第一控制单元、所述方波信号发生器、所述第一压力传感器和所述比例阀均连接，用于为所述第一控制单元、所述方波信号发生器、所述第一压力传感器和所述比例阀供电。

可选的，该车载燃料电池氢气控制装置还包括第一电磁阀，所述第一电磁阀设置于所述第一压力传感器和所述燃料电池电堆之间；

所述第一控制单元与所述第一电磁阀连接，所述第一控制单元还用于产生第三控制信号并下发给所述第一电磁阀，所述第三控制信号用于指示所述第一电磁阀打开或闭合。

可选的，该车载燃料电池氢气控制装置还包括第二压力传感器；

所述第二压力传感器设置于所述第一电磁阀和所述燃料电池电堆之间，且与所述第一控制单元连接，用于检测输入所述燃料电池电堆的氢气的压力值，并发送所述输入所述燃料电池电堆的氢气的压力值至所述第一控制单元。

可选的，该车载燃料电池氢气控制装置还包括第二电磁阀；

所述燃料电池电堆包括尾气输出端，用于向外界排放尾气，所述第二电磁阀设置于所述尾气输出端；

所述第一控制单元与所述第二电磁阀连接，所述第一控制单元还用于产生第四控制信号并下发给所述第二电磁阀，所述第四控制信号用于指示所述第二电磁阀打开或闭合。

可选的，该车载燃料电池氢气控制装置还包括燃料电池辅助模块；

所述燃料电池辅助模块与所述第一控制单元和所述燃料电池电堆均连接，用于辅助所述燃料电池电堆运行。

可选的，该车载燃料电池氢气控制装置还包括显示模块；

所述显示模块与所述第一控制单元连接，用于显示所述车载燃料电池氢气控制装置的状态信息。

可选的，所述储氢模块具体包括第三压力传感器；

所述第三压力传感器与所述第一控制单元连接，用于检测所述储氢模块的氢气含量并发送至所述第一控制单元。

可选的，该车载燃料电池氢气控制装置还包括减压阀；

所述减压阀设置于所述储氢模块和所述比例阀之间，用于减小输入所述比例阀的氢气压力值。

本实用新型实施例提供了一种车载燃料电池氢气控制装置，通过设置储氢模块与燃料电池电堆连接，实现了存储氢气，并输出氢气至燃料电池电堆，通过将比例阀设置于储氢模块和燃料电池电堆之间，且与控制模块连接，将第一压力传感器设置于比例阀和燃料电池电堆之间，且与控制模块连接，实现了检测比例阀输出的氢气压力值，控制模块通过比较比例阀输出的氢气压力值与预设压力值的大小，产生第一控制信号，并发送第一控制信号至比例阀，以使得比例阀调整其打开角度，从而调整比例阀输出的氢气的压力值直至与预设压力值相等。本实用新型解决了现有的车载燃料电池氢气控制装置无法根据车辆发动机的运行状态对氢气压力值进行调整的问题，实现了根据车辆发动机的运行状态动态调整进入燃料电池电堆的氢气压力值。

附图说明

图1为本实用新型实施例一提供的一种车载燃料电池氢气控制装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例二提供的一种车载燃料电池氢气控制装置的结构示意图；

图3为本实用新型实施例三提供的一种车载燃料电池氢气控制装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本实用新型实施例一提供的一种车载燃料电池氢气控制装置的结构示意图，参见图1，该车载燃料电池氢气控制装置包括储氢模块110，燃料电池电堆120，控制模块130，比例阀140和第一压力传感器150；储氢模块110与燃料电池电堆120连接，用于存储氢气，并输出氢气至燃料电池电堆120；比例阀140设置于储氢模块110和燃料电池电堆120之间，且与控制模块130连接，用于控制从比例阀140输出的氢气的压力值；第一压力传感器150设置于比例阀140和燃料电池电堆120之间，且与控制模块130连接，用于检测从比例阀140输出的氢气的压力值，并将从比例阀140输出的氢气的压力值发送至控制模块130；控制模块130用于比较从比例阀140输出的氢气的压力值与预设压力值的大小，产生第一控制信号，发送第一控制信号至比例阀140，以使得比例阀140调整打开角度。

其中，燃料电池电堆120包括多个燃料电池单体，以氢气为燃料，与氧气经过电化学反应后产生电能为车辆发动机供电，具体的，输入燃料电池电堆120的氢气的量越多，燃料电池电堆120产生的电能越大，在同一规格的车载燃料电池氢气控制装置中，氢气的压力值越大，则表示输入燃料电池电堆120的氢气量越多。

当车辆发动机需要以某一功率运行时，为了满足发动机运行功率的需求且避免能源浪费，燃料电池电堆120可以产生刚好满足当前发动机运行功率需要的电量，该电量对应的需要输入燃料电池电堆120的氢气的压力值即为预设压力值，该预设压力值实时存储在控制模块130中。

控制模块130、比例阀140和第一压力传感器150形成了控制比例阀140输出到燃料电池电堆120的氢气的压力值的闭环控制系统，控制模块130比较从比例阀140输出的氢气的压力值与预设压力值的大小，并根据比较结果产生第一控制信号发送至比例阀140，比例阀140调整打开角度，以使得比例阀140输出到燃料电池电堆120的氢气压力值与预设压力值相等。

可选的，储氢模块110与燃料电池电堆120之间通过管路连接，比例阀140设置于储氢模块110与燃料电池电堆120之间的管路上，第一压力传感器150设置于比例阀140和燃料电池电堆120之间的管路上。

该车载燃料电池氢气控制装置的工作原理为：当车辆发动机开始运行后，示例性地，当前车辆发动机运行功率下的预设压力值为P1，且预设压力值P1存储在控制模块130中；储氢模块110将存储的氢气经过比例阀140输出至燃料电池电堆120，第一压力传感器150检测比例阀140输出的氢气的压力值，示例性地，第一压力传感器150检测到的氢气的压力值为P2，且将该压力值P2输入控制模块130；控制模块130比较从比例阀140输出的氢气的压力值P2与预设压力值P1的大小，产生第一控制信号，以使得比例阀140调整打开角度，示例性地，若P2＝P1，则控制模块130产生第一控制信号“保持当前角度”并发送至比例阀140，比例阀140保持当前打开角度不变；若P2＞P1，则产生第一控制信号“减小10°”并发送至比例阀140，比例阀140调整其打开角度减小10°，此时，输入燃料电池电堆120的氢气的压力值变小，然后第一压力传感器150继续检测比例阀140输出的氢气的压力值，直至P2与P1相等为止；若P2＞P1，则产生第一控制信号“增加10°”，其工作过程与上述过程类似，在此不再赘述。本实用新型实施例提供的车载燃料电池氢气控制装置，通过设置储氢模块110与燃料电池电堆120连接，实现了存储氢气，并输出氢气至燃料电池电堆120，通过将比例阀140设置于储氢模块110和燃料电池电堆120之间，且与控制模块130连接，将第一压力传感器150设置于比例阀140和燃料电池电堆120之间，且与控制模块130连接，实现了检测比例阀140输出的氢气压力值，控制模块130通过比较比例阀140输出的氢气压力值与预设压力值的大小，产生第一控制信号，并发送第一控制信号至比例阀140，以使得比例阀140调整其打开角度，从而调整比例阀140输出的氢气的压力值直至与预设压力值相等。本实用新型解决了现有的车在燃料电池氢气控制装置无法根据车辆发动机的运行状态对氢气压力值进行调整的问题，实现了根据车辆发动机的运行状态动态调整进入燃料电池电堆的氢气压力值。

可选的，控制模块130还用于设定比例阀140的初始打开角度，当车辆发动机开始运行后，控制模块130先产生控制信号发送给比例阀140，比例阀140调整打开角度为初始打开角度，然后再根据从比例阀140输出的氢气的压力值与预设压力值的大小调整进入燃料电池电堆120的氢气压力值。

需要说明的是，控制模块130可选为单片机、可编程逻辑器件等，具体的，在本实施例中，控制模块130采用MC9S12XEQ512CAG型号的单片机。

实施例二

图2为本实用新型实施例二提供的一种车载燃料电池氢气控制装置的结构示意图，参见图2，在上述实施例的基础上，可选的，在该车载燃料电池氢气控制装置中，控制模块130包括第一控制单元131和方波信号发生器132；第一控制单元131与第一压力传感器150和方波信号发生器132均连接，用于比较从比例阀140输出的氢气的压力值与预设压力值的大小，并根据比较结果输出第二控制信号至方波信号发生器132；方波信号发生器132与比例阀连接，用于根据接收的第二控制信号产生第一控制信号，发送第一控制信号至比例阀140。

其中，方波信号发生器132产生的第一控制信号为方波信号，比例阀140根据方波信号的占空比调整打开角度，可选的，发送至比例阀140的方波信号的占空比越大，对应比例阀140的打开角度越大。

在本实施例中，第一控制单元131比较从比例阀140输出的氢气的压力值P2与预设压力值P1的大小，并根据比较结果输出第二控制信号至方波信号发生器132，示例性地，若P2＝P1，则第一控制单元131产生第二控制信号“保持占空比”并发送至方波信号发生器132，方波信号发生器132保持当前第一控制信号的占空比输出至比例阀140，比例阀140保持当前打开角度不变；若P2＞P1，则产生第二控制信号“减小10％占空比”并发送至方波信号发生器132，方波信号发生器132输出的第一控制信号的占空比减小10％，比例阀140调整其打开角度减小10°，此时，输入燃料电池电堆120的氢气的压力值变小，然后第一压力传感器150继续检测比例阀140输出的氢气的压力值，直至P2与P1相等为止；若P2＞P1，则产生第二控制信号“增大10％占空比”并发送至方波信号发生器132，其工作过程与上述过程类似，在此不再赘述。

在上述方案的基础上，可选的，方波信号发生器132采用脉冲调制技术(PulseWidth Modulation，PWM)产生方波信号，其根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或MOS管栅极的偏置，来实现晶体管或MOS管导通时间的改变形成具有一定占空比的方波信号，示例性地，方波信号发生器132采用具有过流保护和过压保护等多项功能的大功率MOS管。

本实用新型实施例提供的车载燃料电池氢气控制装置，在上述实施例的基础上，通过设置控制模块130包括第一控制单元131和方波信号发生器132，实现了控制比例阀140输出的氢气的压力值，本实用新型解决了现有的车在燃料电池氢气控制装置无法根据车辆发动机的运行状态对氢气压力值进行调整的问题，实现了根据车辆发动机的运行状态动态调整进入燃料电池电堆的氢气压力值。

请继续参见图2，可选的，该车载燃料电池氢气控制装置还包括电源模块210；电源模块210分别与第一控制单元131、方波信号发生器132、第一压力传感器150和比例阀140均连接，用于为第一控制单元131、方波信号发生器132、第一压力传感器150和比例阀140供电。

可选的，电源模块210采用24V蓄电池进行供电，但是一般情况下，第一控制单元131、方波信号发生器132、第一压力传感器150和比例阀140的供电电压为5V，因此，可选的，电源模块210还包括电源转换器，蓄电池经过电源转换器将24V电压转换为5V后为第一控制单元131、方波信号发生器132、第一压力传感器150和比例阀140供电。

实施例三

图3为本实用新型实施例三提供的一种车载燃料电池氢气控制装置的结构示意图，参见图3，在上述各实施例的基础上，可选的，该车载燃料电池氢气控制装置还包括第一电磁阀310，第一电磁阀310设置于第一压力传感器150和燃料电池电堆120之间；第一控制单元131与第一电磁阀310连接，第一控制单元131还用于产生第三控制信号并下发给第一电磁阀310，第三控制信号用于指示第一电磁阀310打开或闭合。

在本实施例中，通过第一控制单元131产生第三控制信号控制第一电磁阀310的打开或闭合可以控制氢气是否输入燃料电池电堆120，当车载燃料电池氢气控制装置发生故障时，第一电磁阀310还可以作为进入燃料电池电堆120的最后一道防护，避免氢气压力过高对燃料电池电堆120造成损坏。

可选的，该车载燃料电池氢气控制装置还包括第二压力传感器320；第二压力传感320器设置于第一电磁阀310和燃料电池电堆120之间，且与第一控制单元131连接，用于检测输入燃料电池电堆120的氢气的压力值，并发送输入燃料电池电堆120的氢气的压力值至第一控制单元131。

在本实施例中，通过设置第二压力传感器320可以实时检查输入燃料电池电堆120的氢气的压力值是否与比例阀140输出的氢气的压力值一致，进一步判断是否存在故障，避免氢气压力过高对燃料电池电堆造成损坏。

可选的，该车载燃料电池氢气控制装置还包括第二电磁阀330；燃料电池电堆120包括尾气输出端121，用于向外界排放尾气，第二电磁阀330设置于尾气输出端121；第一控制单元131与第二电磁阀330连接，第一控制单元131还用于产生第四控制信号并下发给第二电磁阀330，第四控制信号用于指示第二电磁阀330打开或闭合。

在本实施例中，通过第一控制单元131产生第四控制信号控制第二电磁阀330的打开或闭合可以控制燃料电池电堆120是否将尾气排出，进一步地，还可以通过调节第二电磁阀330的打开或关断的频率控制燃料电池电堆120内氢气的反应时间。

可选的，该车载燃料电池氢气控制装置还包括燃料电池辅助模块340；燃料电池辅助模块340与第一控制单元131和燃料电池电堆120均连接，用于辅助燃料电池电堆120运行。

示例性地，燃料电池辅助模块340可以包括供氧单元、散热单元、燃料电池电堆单体电压采集单元和温度采集单元等。供氧单元用于在第一控制单元131的控制下向燃料电池电堆120输入氧气，散热单元用于在第一控制单元131的控制下决定燃料电池电堆120是否进行散热，燃料电池电堆单体电压采集单元用于实时监测燃料电池电堆单体的电压值并发送至第一控制单元131，温度采集单元用于实时监测燃料电池电堆120的温度值并发送至第一控制单元131。通过这样的设置可以辅助燃料电池电堆120的正常运行。

可选的，储氢模块110具体包括第三压力传感器350；第三压力传感器350与第一控制单元131连接，用于检测储氢模块110的氢气含量并发送至第一控制单元131。

在本实施例中，通过设置第三压力传感器350可以实时监测储氢模块110中存储氢气的含量并发送给第一控制单元131，避免由于氢气存储不足造成的发动机运行异常。

可选的，该车载燃料电池氢气控制装置还包括显示模块360；显示模块360与第一控制单元131连接，用于显示车载燃料电池氢气控制装置的状态信息。

示例性地，车载燃料电池氢气控制装置的状态信息包括输入燃料电池电堆120的氢气的压力值，储氢模块110中存储氢气的含量以及是否出现故障等。通过这样的设置可以方便使用人员方便直观的了解车载燃料电池氢气控制装置的运行状态。可选的，车载燃料电池氢气控制装置与车辆控制器共用一个显示模块360。

可选的，该车载燃料电池氢气控制装置还包括减压阀370；减压阀370设置于储氢模块110和比例阀140之间，用于减小输入比例阀140的氢气压力值。通过这样的设置可以将储氢模块110输出的氢气的压力值减小到比例阀140允许输入的氢气压力值的范围内，保证比例阀140输入压力的稳定。

在上述方案的基础上，可选的，车载燃料电池氢气控制装置还可以包括至少一个氢气浓度传感器和至少一个压力表；至少一个氢气浓度传感器可以实时监测车载燃料电池氢气控制装置附近的氢气浓度，保证氢气使用过程中的安全，至少一个压力表使工作人员直接的观测该车载燃料电池氢气控制装置主要位置的氢气的压力值，进一步提高车载燃料电池氢气控制装置的安全性。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种车载燃料电池氢气控制装置，其特征在于，包括储氢模块，燃料电池电堆，控制模块，比例阀和第一压力传感器；

所述储氢模块与所述燃料电池电堆连接，用于存储氢气，并输出所述氢气至所述燃料电池电堆；

所述比例阀设置于所述储氢模块和所述燃料电池电堆之间，且与所述控制模块连接，用于控制从所述比例阀输出的氢气的压力值；

所述第一压力传感器设置于所述比例阀和所述燃料电池电堆之间，且与所述控制模块连接，用于检测所述从所述比例阀输出的氢气的压力值，并将所述从所述比例阀输出的氢气的压力值发送至所述控制模块；

所述控制模块，用于比较所述从所述比例阀输出的氢气的压力值与预设压力值的大小，产生第一控制信号，发送所述第一控制信号至所述比例阀，以使得所述比例阀调整打开角度。

2.根据权利要求1所述的车载燃料电池氢气控制装置，其特征在于，所述控制模块包括第一控制单元和方波信号发生器；

所述第一控制单元与所述第一压力传感器和所述方波信号发生器均连接，用于比较所述从所述比例阀输出的氢气的压力值与预设压力值的大小，并根据比较结果输出第二控制信号至所述方波信号发生器；

所述方波信号发生器与所述比例阀连接，用于根据接收的所述第二控制信号产生所述第一控制信号，发送所述第一控制信号至所述比例阀。

3.根据权利要求2所述的车载燃料电池氢气控制装置，其特征在于，还包括电源模块；

所述电源模块分别与所述第一控制单元、所述方波信号发生器、所述第一压力传感器和所述比例阀均连接，用于为所述第一控制单元、所述方波信号发生器、所述第一压力传感器和所述比例阀供电。

4.根据权利要求2所述的车载燃料电池氢气控制装置，其特征在于，还包括第一电磁阀，所述第一电磁阀设置于所述第一压力传感器和所述燃料电池电堆之间；

所述第一控制单元与所述第一电磁阀连接，所述第一控制单元还用于产生第三控制信号并下发给所述第一电磁阀，所述第三控制信号用于指示所述第一电磁阀打开或闭合。

5.根据权利要求4所述的车载燃料电池氢气控制装置，其特征在于，还包括第二压力传感器；

所述第二压力传感器设置于所述第一电磁阀和所述燃料电池电堆之间，且与所述第一控制单元连接，用于检测输入所述燃料电池电堆的氢气的压力值，并发送所述输入所述燃料电池电堆的氢气的压力值至所述第一控制单元。

6.根据权利要求2所述的车载燃料电池氢气控制装置，其特征在于，还包括第二电磁阀；

所述燃料电池电堆包括尾气输出端，用于向外界排放尾气，所述第二电磁阀设置于所述尾气输出端；

所述第一控制单元与所述第二电磁阀连接，所述第一控制单元还用于产生第四控制信号并下发给所述第二电磁阀，所述第四控制信号用于指示所述第二电磁阀打开或闭合。

7.根据权利要求2所述的车载燃料电池氢气控制装置，其特征在于，还包括燃料电池辅助模块；

所述燃料电池辅助模块与所述第一控制单元和所述燃料电池电堆均连接，用于辅助所述燃料电池电堆运行。

8.根据权利要求2所述的车载燃料电池氢气控制装置，其特征在于，还包括显示模块；

所述显示模块与所述第一控制单元连接，用于显示所述车载燃料电池氢气控制装置的状态信息。

9.根据权利要求2所述的车载燃料电池氢气控制装置，其特征在于，所述储氢模块具体包括第三压力传感器；

所述第三压力传感器与所述第一控制单元连接，用于检测所述储氢模块的氢气含量并发送至所述第一控制单元。

10.根据权利要求1所述的车载燃料电池氢气控制装置，其特征在于，还包括减压阀；

所述减压阀设置于所述储氢模块和所述比例阀之间，用于减小输入所述比例阀的氢气压力值。