[发明专利]一种车用燃料电池供氢循环系统及控制方法

说明书

一种车用燃料电池循环系统，所述系统包括供氢装置，供氢压力控制器，燃料电池，循环装置和燃料电池排放装置，所述的供氢装置连接燃料电池的一端，用于提供燃料电池所需的氢气，所述的燃料电池排放装置设置于燃料电池的另一端，用于排放燃料电池工作后的水和尾气；所述的循环装置设置于供氢装置和燃料电池排放装置，用于将氢气二次利用，所述的供氢压力控制器控制供氢装置、循环装置和燃料电池排放装置的开启和关闭；所述的供氢压力控制器预先设置的电流‑压力曲线表，根据车用工况所需的电流值，所述的供氢压力控制器查询对应氢气压力值，并实时控制供氢装置、循环装置和燃料电池排放装置的开启和关闭。本发明可以提高燃料电池系统耐久性和效率。

技术领域

本发明涉及车用燃料电池动力系统技术领域，具体地指涉及一种车用燃料电池动力系统的供氢循环系统及控制方法。

背景技术

汽车是国民经济运行和人民出行的必备工具，传统的燃油汽车有着油耗高、空气污染重的缺点，随着石油的日渐枯竭，欧美各国相继公布了传统燃油汽车的禁售时间表。新能源汽车特别是电动汽车是汽车发展的必然趋势，电动汽车成员之一的燃料电池具有无污染、能量转换效率高、续航里程高等优点，被誉为汽车的最终解决方案。

燃料电池是一种将氢气中的化学能转化为电能的电化学装置，由负极(氢气)和正极(纯氧或空气中的氧气)以及电解质组成。燃料电池工作时，氢气和氧化剂由外部供给，只要氢气和氧化剂不断输入，反应产物(水)不断排除，燃料电池就能连续地发电，因此供氢系统是燃料电池必不可少的组成部分。在供氢系统中，一部分氢气和氧气发生电化学反应，产生电能并生成水，未反应完的氢气经过氢气循环装置转送到燃料电池电堆入口，充分利用氢气，提高系统效率。

车用燃料电池供氢循环系统的主要问题是压力控制问题，常规的控制方法是供氢压力定压控制，但随着燃料电池工作电流的增加，燃料电池消耗的氢气也增加，从而降低燃料电池供氢循环系统的入口压力。与此同时，随着燃料电池工作电流的增加，供氢系统的压力也需要增加，从而提高燃料电池发电功率和效率。

为了解决上述问题，本发明提出一种新的车用燃料电池供氢循环系统，并给出新的压力控制方法，提高燃料电池使用寿命和效率。

发明内容

目前随着燃料电池工作电流的变化，车用燃料电池供氢循环系统的压力应随着这条最优曲线的变化而变化。

此外，为了排出燃料电池生成的水以及燃料电池中的杂质，燃料电池一般需要在电堆出口设置尾气阀，定时开启尾气阀。但这种做法会浪费氢气，且会造成供氢系统中的压力频繁波动，从而对燃料电池内部的质子交换膜进行冲击，降低燃料电池耐久性和使用寿命。

有鉴于此，本发明提出了一种车用燃料电池循环系统，所述系统包括供氢装置，供氢压力控制器，燃料电池，循环装置和燃料电池排放装置，所述的供氢装置连接燃料电池的一端，用于提供燃料电池所需的氢气，所述的燃料电池排放装置设置于燃料电池的另一端，用于排放燃料电池工作后的水和尾气；所述的循环装置设置于供氢装置和燃料电池排放装置之间并分别连接燃料电池两端，用于将氢气二次利用，所述的供氢压力控制器控制供氢装置、循环装置和燃料电池排放装置的开启和关闭；所述的供氢压力控制器预先设置的电流-压力曲线表，根据车用工况所需的电流值，所述的供氢压力控制器查询对应氢气压力值，并实时控制供氢装置、循环装置和燃料电池排放装置的开启和关闭。该系统可以在车用快速变化工况下按照最优供氢压力曲线控制压力，并能在排水排尾气过程中保持供氢系统的压力稳定。

作为本发明中的一种改进，所述的供氢装置由过滤器，单向阀，压力控制阀和第一压力传感器组成，所述的供氢压力控制器采集第一压力传感器的压力值，控制压力控制阀开启和关闭，用于提供燃料电池充足的氢气。

作为本发明中的一种改进，所述的燃料电池排放装置由尾气阀、第二压力传感器和蛇形排气管组成，所述的供氢压力控制器采集第二压力传感器的压力值，控制尾气阀开启和关闭，用于降低所述燃料电池循环系统的压力波动。