[发明专利]一种车载液氢气化供氢系统及其控制方法

说明书

本发明公开了一种车载液氢气化供氢系统及其控制方法，所述系统包括：冷却液热交换系统，连接在电堆的冷却液进排液口；供氢热交换系统，连接在电堆的氢气进气口，且供氢热交换系统与冷却液热交换系统相连通，以使冷却液热交换系统的冷却液与供氢热交换系统的氢发生热交换；加热器，设在用于连通供氢热交换系统与冷却液热交换系统的第一连通管路，用以对由冷却液热交换系统流向供氢热交换系统的冷却液进行加热，实现该冷却液与氢换热使氢升温以达到进入电堆的氢设定温度。本公开利用“液氢气化为气态氢气需要吸收热量”的特性，降低燃料电池系统中冷却循环系统的能耗，提高整车能量利用率，同时解决氢过冷对电堆的热冲击问题。

技术领域

本发明涉及氢燃料电池技术领域，具体而言，涉及一种车载液氢气化供氢系统及其控制方法。

背景技术

燃料电池动力系统正逐渐替换传统的内燃机动力系统，广泛应用于汽车、舰船、航空等交通运输设备。而氢气是燃料电池系统的反应燃料，氢气携带量的多少决定了系统所能发出的总电量。

目前氢燃料电池车辆的储/供氢系统以高压气态储氢为主，比较常见的为：35MPa和70MPa；虽然该技术较为成熟且应用广泛，但与其他储氢技术方案相比较，其安全性和储氢密度(70MPa在15℃下的密度为40.2115kg/m³)均不容乐观。

与高压气态储氢相比，液氢则具有体积储氢密度高(常压下的密度高达70.9857kg/m³)、工作压力低(介于1MPa～2MPa之间)等优势，因此液氢在氢能产业具有较好的应用前景。

另外，液氢在常压下的温度约为-252.78℃，使用燃料电池动力系统的设备在实际过程中所需的氢气为气态氢，这就导致在使用氢气时需要提前将液态氢转换成气态氢，在传统的转换方法中是通过在液态氢出口处安置加热器，以使液态氢转换成气态氢，这种方法存在着一定的安全隐患，且无法保证液态氢是否完全转换成气态氢就流向电堆，也无法确保转成后的气态氢的温度是否达到燃料电池动力系统的使用需求，而氢气温度过低或过高都会对电堆产生热冲击，同时这种方法通过加设加热器导致了能源的浪费及成本的提高。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种车载液氢气化供氢系统及其控制方法，以解决以上存在的技术问题。

为解决上述问题，本发明的第一目的在于提供一种车载液氢气化供氢系统，所述车载液氢气化供氢系统包括：冷却液热交换系统，连接在电堆的冷却液进排液口；供氢热交换系统，连接在所述电堆的氢气进气口，且所述供氢热交换系统与所述冷却液热交换系统相连通，以使所述冷却液热交换系统的冷却液与所述供氢热交换系统的氢发生热交换；以及，加热器，设置在用于连通所述供氢热交换系统与所述冷却液热交换系统的第一连通管路，用以对由所述冷却液热交换系统流向所述供氢热交换系统的冷却液进行加热，实现该冷却液与氢换热使氢升温以达到进入所述电堆的氢设定温度；与氢换热后的该冷却液经第二连通管路回流至所述冷却液热交换系统。

可选地，由所述电堆出的冷却液部分通过所述第一连通管路流经所述加热器并在升温氢后经所述第二连通管路与由所述电堆出的冷却液剩余部分流向所述冷却液热交换系统换热后汇流再流向所述电堆的冷却液进液口。

可选地，所述供氢热交换系统包括用以存储液氢的液氢瓶、液氢气化器和气体温度传感器、电磁阀和缓冲罐，所述液氢气化器的进氢口连接在所述液氢瓶上，所述液氢气化器的出氢口依次连接所述气体温度传感器、所述电磁阀和所述缓冲罐，且所述缓冲罐远离所述电磁阀的一端与所述电堆的进氢端连接；通过所述第一连通管路流经所述加热器的冷却液于所述液氢气化器升温氢后经所述第二连通管路回流至所述冷却液热交换系统。

可选地，所述冷却液热交换系统包括小循环冷却系统和大循环冷却系统，所述小循环冷却系统适于在燃料电池系统开机时实现所述电堆的温度快速上升到工作温度区间，所述大循环冷却系统适于在所述电堆的温度达到工作温度区间后，对所述电堆流出的高温冷却液进行冷却循环回到所述电堆。