專(zhuān)利名稱：一種車(chē)用燃料電池氫氣循環(huán)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池領(lǐng)域，尤其涉及車(chē)用燃料電池領(lǐng)域，特別涉及質(zhì)子交換膜 燃料電池氫循環(huán)。
背景技術(shù)：
質(zhì)子交換膜燃料電池是一種高效、環(huán)境友好的發(fā)電裝置，它直接將貯存在燃 料與氧化劑中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。其內(nèi)部核心部件是膜電極(Membrane Electrode Assembly,簡(jiǎn)稱MEA)。質(zhì)子交換膜燃料電池膜內(nèi)的水狀態(tài)與工作性能密切相關(guān)。水的 流進(jìn)和流出管理不當(dāng)，將出現(xiàn)水淹和干化現(xiàn)象。燃料經(jīng)濟(jì)性是衡量一套燃料電池系統(tǒng)優(yōu) 劣的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。為有效對(duì)燃料電池內(nèi)部水進(jìn)行管理，提高系統(tǒng)可靠性，提高燃料經(jīng) 濟(jì)性，氫循環(huán)是非常有效的一種方法，采用該方法不僅能夠有效降低氫側(cè)增濕要求，加 強(qiáng)氫側(cè)液態(tài)水排出，還能夠有效提高氫氣利用率?，F(xiàn)技術(shù)中大多采用流量控制器或壓力 控制器或比例控制調(diào)節(jié)閥與文丘里管結(jié)合使用，完成氫循環(huán)?，F(xiàn)有技術(shù)的上述方法的不 足是設(shè)備成本高；設(shè)備可靠性、適用性及抗干擾能力不如車(chē)載部件。。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種車(chē)用燃料電池氫氣循環(huán)系統(tǒng)，加強(qiáng)用燃料電池系統(tǒng)內(nèi) 部水管理，同時(shí)提高燃料氫氣利用率。針對(duì)車(chē)載環(huán)境，通過(guò)多點(diǎn)順序噴射系統(tǒng)和文丘里 管的組合使用，實(shí)現(xiàn)氫氣的循環(huán)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種車(chē)用燃料電池氫氣循環(huán)系 統(tǒng)，包括燃料電池堆、燃料電池氫氣循環(huán)系統(tǒng)和控制單元，燃料電池氫氣循環(huán)系統(tǒng)包括 通過(guò)管路連接的氫氣儲(chǔ)罐、一級(jí)減壓閥、安全泄壓閥、壓力傳感器、和汽液分離器，氫 氣儲(chǔ)罐與一級(jí)減壓閥連接，一級(jí)減壓閥與燃料電池堆的氫氣入口連接，壓力傳感器串接 在一級(jí)減壓閥與燃料電池堆的氫氣入口連接的管路上，汽液分離器連接在燃料電池堆的 氫氣尾排管路上，一級(jí)減壓閥與燃料電池堆的氫氣入口連接的管路上設(shè)一條與汽液分離 器出口管路連接的支路，支路上串接安全泄壓閥，其特征在于所述燃料電池氫氣循環(huán)系 統(tǒng)還包括多點(diǎn)順序噴射系統(tǒng)、文丘里管、氫氣流量計(jì)和背壓閥，所述多點(diǎn)順序噴射系統(tǒng) 和文丘里管連接在一級(jí)減壓閥與燃料電池堆的氫氣入口連接的管路上，所述多點(diǎn)順序噴 射系統(tǒng)入口與一級(jí)減壓閥出口連接，多點(diǎn)順序噴射系統(tǒng)出口與文丘里管進(jìn)口連接，文丘 里管出口與燃料電池堆的氫氣入口連接，氫氣流量計(jì)串接在多點(diǎn)順序噴射系統(tǒng)與文丘里 管連接的管路上，氫氣流量計(jì)與控制單元用信號(hào)線連接，所述串接在一級(jí)減壓閥與燃料 電池堆的氫氣入口連接的管路上的壓力傳感器是串接在文丘里管出口與燃料電池堆的氫 氣入口連接的管路上，所述背壓閥連接在汽液分離器出口管路上，汽液分離器出口管路 設(shè)支路與文丘里管連接。本發(fā)明所述一種車(chē)用燃料電池氫氣循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于所述多點(diǎn)順序噴射系 統(tǒng)的連接方式可以是單點(diǎn)噴射閥件入口并聯(lián)連接后與一級(jí)減壓閥出口連接，單點(diǎn)噴射閥件出口并聯(lián)連接后與文丘里管入口連接，或者是單點(diǎn)噴射閥件入口并聯(lián)連接后與一級(jí)減 壓閥出口連接，每個(gè)單點(diǎn)噴射閥件出口分別與各個(gè)燃料電池堆的文丘里管入口連接。本發(fā)明所述一種車(chē)用燃料電池氫氣循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于所述多點(diǎn)順序噴射系 統(tǒng)可以是CNG或LNG或LPG汽車(chē)用多點(diǎn)順序噴射系統(tǒng)。本發(fā)明所述一種車(chē)用燃料電池氫氣循環(huán)系統(tǒng)的邏輯控制方法，其特征在于所述 邏輯控制方法包括以下步驟a、控制單元計(jì)算燃料電池需輸出的電流及該電流下氫消耗量和氫流量設(shè)定值， 氫流量設(shè)定值為氫消耗量和預(yù)置值之和，預(yù)置值為燃料電池在100mA/cm2下，電堆穩(wěn)定 工作時(shí)所需氣量值與理論計(jì)算值的差值，經(jīng)實(shí)測(cè)獲得；
b、控制單元根據(jù)設(shè)定值查文丘里管特性曲線表得氫設(shè)定流量值下文丘里管前端 壓力并計(jì)算多點(diǎn)噴射系統(tǒng)兩側(cè)壓差；C、根據(jù)流量系數(shù)Cv值計(jì)算氫流量設(shè)定值下多點(diǎn)噴射系統(tǒng)的噴射周期；d、發(fā)出指令給執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行；e、氫流量計(jì)采集氫氣供給流量數(shù)據(jù)傳輸給控制單元，控制單元進(jìn)行判斷，判斷 實(shí)際供氫流量值和氫流量設(shè)定值的絕對(duì)值差值是否大于電堆供氫流量精度值L/min，若 判斷結(jié)果為“是”，則控制單元修整噴射周期后，再發(fā)出指令給執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行，重復(fù)本 步驟的上述過(guò)程，直至判斷結(jié)果為“否”，結(jié)束本步驟的上述過(guò)程，執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行最后 判斷結(jié)果為“否”的噴射周期進(jìn)行噴射；電堆供氫流量精度值L/min為電堆供氫流量精 度與供氫量的乘積。本發(fā)明的原理是通過(guò)多點(diǎn)噴射系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)氫氣流量的定量控制，結(jié)合文丘里管 實(shí)現(xiàn)氫氣循環(huán)，過(guò)程控制目標(biāo)為氫氣流量，反饋修正量為氫氣流量。系統(tǒng)中，氫氣儲(chǔ) 罐提供燃料電池反應(yīng)燃料；一級(jí)減壓閥將氫氣儲(chǔ)罐內(nèi)壓力降至系統(tǒng)所需壓力；氫氣流量 計(jì)測(cè)量燃料電池系統(tǒng)供氫流量；安全泄壓閥對(duì)燃料電池電堆進(jìn)行機(jī)械式高壓保護(hù)，當(dāng)系 統(tǒng)壓力達(dá)設(shè)定值，閥門(mén)開(kāi)啟，進(jìn)行泄壓；壓力傳感器測(cè)試燃料電池系統(tǒng)燃料工作壓力； 燃料電池電堆是燃料與氧化劑反應(yīng)發(fā)電裝置；汽液分離器分離并去除尾排氫氣中的液態(tài) 水；背壓閥控制背壓閥前端(電堆內(nèi)部)氫壓的穩(wěn)定。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1、使氫氣循環(huán)，提高氫氣利用率，加強(qiáng)氫側(cè)排水，并有效的提高了氫側(cè)增濕， 有效的對(duì)燃料電池內(nèi)部水進(jìn)行管理；2、該裝置簡(jiǎn)單，安全可靠，成本低，能夠使用于車(chē)載環(huán)境，適用性強(qiáng)


本發(fā)明共有附圖六幅，其中圖1是本發(fā)明的車(chē)用燃料電池氫氣循環(huán)系統(tǒng)流程圖I ；圖2是本發(fā)明的車(chē)用燃料電池氫氣循環(huán)系統(tǒng)流程圖II ；圖3具體實(shí)施例中車(chē)用燃料電池氫氣循環(huán)系統(tǒng)流程圖；圖4車(chē)用燃料電池氫氣循環(huán)系統(tǒng)控制邏輯圖；圖5具體實(shí)施例中測(cè)試工況；圖6氫氣流量設(shè)定值和實(shí)際氫氣用量比對(duì)圖。
附圖中，1、氫氣儲(chǔ)罐，2、一級(jí)減壓閥，3、多點(diǎn)順序噴射系統(tǒng)，4、單點(diǎn)噴射 閥件，5、氫氣流量計(jì)，6、文丘里管，7、安全泄壓閥，8、壓力傳感器，9、燃料電池電 堆，10、汽液分離器，11、背壓閥
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。附圖3是實(shí)施例的車(chē)用燃料電池氫氣循環(huán)系統(tǒng)流程圖，是具有一個(gè)電堆的燃料 電池氫氣循環(huán)系統(tǒng)。系統(tǒng)中，氫氣儲(chǔ)罐1的壓力35MPa，一級(jí)減壓閥2將氫氣儲(chǔ)罐1內(nèi)的 35MPa壓力的氫氣減壓至7bar，多點(diǎn)順序噴射系統(tǒng)采用CNG 4缸用多點(diǎn)順序噴射系統(tǒng)， 流量計(jì)為壓差式流量計(jì)，文丘里管根據(jù)車(chē)的實(shí)際情況設(shè)計(jì)，安全泄壓閥設(shè)定壓力80kPa， 壓力傳感器檢測(cè)電堆內(nèi)部陽(yáng)極工作壓力(做欠壓和超壓保護(hù)判定用)，120節(jié)燃料電池 堆，背壓閥設(shè)定壓力為50kPa。在指定工況(見(jiàn)附圖5)下對(duì)該氫氣循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，比對(duì)氫氣流量設(shè)定值和 實(shí)際氫氣用量，比對(duì)結(jié)果顯示，氫氣流量瞬間采集值與氫氣流量設(shè)定值之間基本吻合。 比對(duì)結(jié)果如附圖6，圖中·表 示氫氣流量瞬間采集值，▲表示氫氣流量設(shè)定值。
權(quán)利要求
1.一種車(chē)用燃料電池氫氣循環(huán)系統(tǒng)，包括燃料電池堆(9)、燃料電池氫氣循環(huán)系統(tǒng)和 控制單元，燃料電池氫氣循環(huán)系統(tǒng)包括通過(guò)管路連接的氫氣儲(chǔ)罐(1)、一級(jí)減壓閥(2)、 安全泄壓閥(7)、壓力傳感器(8)、和汽液分離器(10)，氫氣儲(chǔ)罐(1)與一級(jí)減壓閥(2) 連接，一級(jí)減壓閥(2)與燃料電池堆(9)的氫氣入口連接，壓力傳感器(8)串接在一級(jí)減 壓閥(2)與燃料電池堆(9)的氫氣入口連接的管路上，汽液分離器(10)連接在燃料電池 堆(9)的氫氣尾排管路上，一級(jí)減壓閥(2)與燃料電池堆(9)的氫氣入口連接的管路上 設(shè)一條與汽液分離器(10)出口管路連接的支路，支路上串接安全泄壓閥(7)，其特征在 于所述燃料電池氫氣循環(huán)系統(tǒng)還包括多點(diǎn)順序噴射系統(tǒng)(3)、文丘里管(6)、氫氣流量計(jì)(5)和背壓閥(11)，所述多點(diǎn)順序噴射系統(tǒng)(3)和文丘里管(6)連接在一級(jí)減壓閥(2)與 燃料電池堆(9)的氫氣入口連接的管路上，所述多點(diǎn)順序噴射系統(tǒng)(3)入口與一級(jí)減壓閥 (2)出口連接，多點(diǎn)順序噴射系統(tǒng)(3)出口與文丘里管(6)進(jìn)口連接，文丘里管(6)出口 與燃料電池堆(9)的氫氣入口連接，氫氣流量計(jì)(5)串接在多點(diǎn)順序噴射系統(tǒng)(3)與文丘 里管(6)連接的管路上，氫氣流量計(jì)(5)與控制單元用信號(hào)線連接，所述串接在一級(jí)減 壓閥(2)與燃料電池堆(9)的氫氣入口連接的管路上的壓力傳感器(8)是串接在文丘里管(6)出口與燃料電池堆(9)的氫氣入口連接的管路上，所述背壓閥(11)連接在汽液分離器 (10)出口管路上，汽液分離器(10)出口管路設(shè)支路與文丘里管(6)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種車(chē)用燃料電池氫氣循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于所述多點(diǎn)順序 噴射系統(tǒng)(3)的連接方式可以是單點(diǎn)噴射閥件(4)入口并聯(lián)連接后與一級(jí)減壓閥(2)出口 連接，單點(diǎn)噴射閥件(4)出口并聯(lián)連接后與文丘里管(6)入口連接，或者是單點(diǎn)噴射閥件 (4)入口并聯(lián)連接后與一級(jí)減壓閥(2)出口連接，每個(gè)單點(diǎn)噴射閥件(4)出口分別與各個(gè) 燃料電池堆的文丘里管(6)入口連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種車(chē)用燃料電池氫氣循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于所述多點(diǎn)順序噴 射系統(tǒng)⑶可以是CNG或LNG或LPG汽車(chē)用多點(diǎn)順序噴射系統(tǒng)。
4.權(quán)利要求1所述一種車(chē)用燃料電池氫氣循環(huán)系統(tǒng)的邏輯控制方法，其特征在于所述 邏輯控制方法包括以下步驟a、控制單元計(jì)算燃料電池需輸出的電流及該電流下氫消耗量和氫流量設(shè)定值，氫流 量設(shè)定值為氫消耗量和預(yù)置值之和，預(yù)置值為燃料電池在100mA/cm2下，電堆穩(wěn)定工作 時(shí)所需氣量值與理論計(jì)算值的差值，經(jīng)實(shí)測(cè)獲得；b、控制單元根據(jù)設(shè)定值查文丘里管特性曲線表得氫設(shè)定流量值下文丘里管前端壓力 并計(jì)算多點(diǎn)噴射系統(tǒng)兩側(cè)壓差；C、根據(jù)流量系數(shù)Cv值計(jì)算氫流量設(shè)定值下多點(diǎn)噴射系統(tǒng)的噴射周期；d、發(fā)出指令給執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行；e、氫流量計(jì)采集氫氣供給流量數(shù)據(jù)傳輸給控制單元，控制單元進(jìn)行判斷，判斷實(shí)際 供氫流量值和氫流量設(shè)定值的絕對(duì)值差值是否大于電堆供氫流量精度值L/min，若判斷 結(jié)果為“是”，則控制單元修整噴射周期后，再發(fā)出指令給執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行，重復(fù)本步驟 的上述過(guò)程，直至判斷結(jié)果為“否”，結(jié)束本步驟的上述過(guò)程，執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行最后判斷 結(jié)果為“否”的噴射周期進(jìn)行噴射；電堆供氫流量精度值L/min為電堆供氫流量精度與 供氫量的乘積。
全文摘要
一種車(chē)用燃料電池氫氣循環(huán)系統(tǒng)，特征在于所述燃料電池氫氣循環(huán)系統(tǒng)包括多點(diǎn)順序噴射系統(tǒng)、文丘里管、氫氣流量計(jì)和背壓閥，多點(diǎn)順序噴射系統(tǒng)與文丘里管組合使用，實(shí)現(xiàn)燃料電池氫氣循環(huán)。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)采用多點(diǎn)順序噴射系統(tǒng)控制氫氣流量，與文丘里管組合使用，使氫氣循環(huán)，提高氫氣利用率，加強(qiáng)氫側(cè)排水，并有效的提高了氫側(cè)增濕，有效的對(duì)燃料電池內(nèi)部水進(jìn)行管理；該裝置簡(jiǎn)單，安全可靠，成本低，能夠使用于車(chē)載環(huán)境。
文檔編號(hào)H01M8/04GK102013505SQ201010543680
公開(kāi)日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2010年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月15日
發(fā)明者侯中軍, 戚朋, 李加良, 王仁芳, 王克勇 申請(qǐng)人:新源動(dòng)力股份有限公司