[发明专利]一种基于燃料电池阳极压力变频喷射的叠加喷射控制方法

说明书

本发明提出了一种基于燃料电池阳极压力变频喷射的叠加喷射控制方法，以解决喷射阀+引射器+旁路的阳极循环进气方案中如何使主路单独工作到旁路协同工作无缝切换的问题。本发明通过在喷射器+引射器的阳极循环进气方案基础上增加旁路喷射阀，使主路的喷射阀的流量需求降低，减小了主路喷口尺寸，使得低流量下输出压力波动降低，引射比提升；本发明通过低流量时主路变频喷射，高流量时主路全开，旁路变频喷射的方式控制输出流量和压力，具有精度高，响应速度快的特点；本发明通过在变频喷射基础上设置额外的压力上限Pu2和Pd2来控制旁路或额外喷射阀的工作与否来实现叠加喷射的控制。

技术领域

本发明涉及燃料电池阳极压力控制方法技术领域，特别涉及一种基于燃料电池阳极压力变频喷射的叠加喷射控制方法。

背景技术

燃料电池系统在工作时阳极侧由于阴极侧水的反渗透需要额外的气体流量来将水排出电堆防止膜电极被水淹没降低发电性能；因此氢气进气量需要大于阳极氢气消耗量即阳极的进气计量比（阳极进气量/氢气消耗量）需要大于1。

在燃料电池系统中达到阳极进气计量比大于1的方法有：

a.间歇的开启阳极的尾排排气阀，利用排气吹出电堆内的液态水；

b.在电堆阳极出口和入口间接入循环设备，将阳极出口气体循环至入口增加进气计量比。

然而采用排气的方法会导致氢气的浪费，而循环设备不会浪费氢气；燃料电池在不同的输出功率下有不同的阳极进气计量比需求，低于该计量比时会出现阳极堵水和水淹导致燃料电池发电单元一致性下降和整体输出性能的下降。

参阅图1，采用比例阀+循环泵，FCU（燃料电池控制器）控制比例阀开度调节阳极进气压力，控制氢气循环泵转速调节阳极循环量；参阅图2，采用比例阀+引射器+循环泵，FCU（燃料电池控制器）控制比例阀开度调节阳极进气压力，在低流量时开启氢气循环泵增加阳极循环量，在中高流量时关闭循环泵靠引射器提供阳极循环量；参阅图3，采用喷射阀+引射器，ECU（燃料电池氢气喷射控制器）控制喷射阀的开闭调节阳极进气压力，通过引射器的低压引射效果实现阳极循环；参阅图4，采用喷射阀+引射器+旁路，在喷射阀+引射器的基础上引入旁路喷射阀，与引射器并联；在工作中控制主路和旁路开启的比例则可以调节阳极的进气计量比。

氢气循环泵进行阳极气体循环时会产生寄生功耗降低系统发电效率，这在大功率系统中尤为明显；150KW燃料电池发电系统中循环泵寄生功耗高达3KW。

采用引射器替代循环泵，引射器在工作时没有额外的寄生功耗；常用的组合方式有比例阀+引射器和喷射阀+引射器。

其中比例阀+引射器的方案中在低流量下的循环流量不足，通常需要搭配循环泵进行使用。

喷射阀+引射器则在宽流量范围内具有较高的循环流量；但是在某些阳极流阻较大的方案中低流量下还是不能有足够的循环流量。

喷射阀+引射器+旁路调节的方案中由于主路喷口尺寸减小可以有更高的引射比更高的循环量，且输出压力波动小，具有较大的应用优势，但是旁路和主路协同工作的控制逻辑复杂，是制约其应用的难点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于燃料电池阳极压力变频喷射的叠加喷射控制方法，以解决喷射阀+引射器+旁路的阳极循环进气方案中如何使主路单独工作到旁路协同工作无缝切换的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本申请公开了一种基于燃料电池阳极压力变频喷射的叠加喷射控制方法，包括如下步骤：