专利名称：一种车用燃料电池氢气循环系统的制作方法
技术领域：
本实 用新型涉及燃料电池领域，尤其涉及车用燃料电池领域，特别涉及质子交换 膜燃料电池氢循环。
背景技术：
质子交换膜燃料电池是一种高效、环境友好的发电装置，它直接将贮存在燃料与 氧化剂中的化学能转化为电能。其内部核心部件是膜电极(MembraneElectrode Assembly, 简称MEA)。质子交换膜燃料电池膜内的水状态与工作性能密切相关。水的流进和流出管理 不当，将出现水淹和干化现象。燃料经济性是衡量一套燃料电池系统优劣的一个关键指标。 为有效对燃料电池内部水进行管理，提高系统可靠性，提高燃料经济性，氢循环是非常有效 的一种方法，采用该方法不仅能够有效降低氢侧增湿要求，加强氢侧液态水排出，还能够有 效提高氢气利用率。现技术中大多采用流量控制器或压力控制器或比例控制调节阀与文丘 里管结合使用，完成氢循环。现有技术的上述方法的不足是设备成本高；设备可靠性、适 用性及抗干扰能力不如车载部件。
发明内容本实用新型的目的是提供一种车用燃料电池氢气循环系统，加强用燃料电池系统 内部水管理，同时提高燃料氢气利用率。针对车载环境，通过多点顺序喷射系统和文丘里管 的组合使用，实现氢气的循环。为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为一种车用燃料电池氢气循环系 统，包括燃料电池堆、燃料电池氢气循环系统和控制单元，燃料电池氢气循环系统包括通过 管路连接的氢气储罐、一级减压阀、安全泄压阀、压力传感器和汽液分离器，氢气储罐与一 级减压阀连接，一级减压阀与燃料电池堆的氢气入口连接，压力传感器串接在一级减压阀 与燃料电池堆的氢气入口连接-料电池堆的氢气入口连接的管路上设一条与汽液分离器 出口管路连接的支路，支路上串接安全泄压阀，其特征在于所述燃料电池氢气循环系统还 包括多点顺序喷射系统、文丘里管、氢气流量计和背压阀，所述多点顺序喷射系统和文丘 里管连接在一级减压阀与燃料电池堆的氢气入口连接的管路上，所述多点顺序喷射系统入 口与一级减压阀出口连接，多点顺序喷射系统出口与文丘里管进口连接，文丘里管出口与 燃料电池堆的氢气入口连接，氢气流量计串接在多点顺序喷射系统与文丘里管连接的管路 上，氢气流量计与控制单元用信号线连接，所述串接在一级减压阀与燃料电池堆的氢气入 口连接的管路上的压力传感器是串接在文丘里管出口与燃料电池堆的氢气入口连接的管 路上，所述背压阀连接在汽液分离器出口管路上，汽液分离器出口管路设支路与文丘里管 连接。本实用新型所述一种车用燃料电池氢气循环系统，其特征在于所述多点顺序喷射 系统的连接方式可以是单点喷射阀件入口并联连接后与一级减压阀出口连接，单点喷射阀 件出口并联连接后与文丘里管入口连接，或者是单点喷射阀件入口并联连接后与一级减压阀出口连接，每个单点喷射阀件出口分别与各个燃料电池堆的文丘里管入口连接。本实用新型所述一种车用燃料电池氢气循环系统，其特征在于所述多点顺序喷射 系统可以是CNG或LNG或LPG汽车用多点顺序喷射系统。本实用新型所述一种车用燃料电池氢气循环系统的逻辑控制方法，其特征在于所 述逻辑控制方法包括以下步骤a、控制单元计算燃料电池需输出的电流及该电流下氢消耗量和氢流量设定值，氢 流量设定值为氢消耗量和预置值之和，预置值为燃料电池在100mA/cm2下，电堆稳定工作 时所需气量值与理论计算值的差值，经实测获得；b、控制单元根据设定值查文丘里管特性曲线表得氢设定流量值下文丘里管前端 压力并计算多点喷射系统两侧压差；C、根据流量系数Cv值计算氢流量设定值下多点喷射系统的喷射周期；d、发出指令给执行机构执行；e、氢流量计采集氢气供给流量数据传输给控制单元，控制单元进行判断，判断实 际供氢流量值和氢流量设定值的绝对值差值是否大于电堆供氢流量精度值L/min，若判断 结果为“是”，则控制单元修整喷射周期后，再发出指令给执行机构执行，重复本步骤的上述 过程，直至判断结果为“否”，结束本步骤的上述过程，执行机构执行最后判断结果为“否”的 喷射周期进行喷射；电堆供氢流量精度值L/min为电堆供氢流量精度与供氢量的乘积。本实用新型的原理是通过多点喷射系统实现氢气流量的定量控制，结合文丘里 管实现氢气循环，过程控制目标为氢气流量，反馈修正量为氢气流量。系统中，氢气储罐提 供燃料电池反应燃料；一级减压阀将氢气储罐内压力降至系统所需压力；氢流量计测量燃 料电池系统供氢流量；安全泄压阀对燃料电池电堆进行机械式高压保护，当系统压力达设 定值，阀门开启，进行泄压；压力传感器测试燃料电池系统燃料工作压力；燃料电池电堆是 燃料与氧化剂反应发电装置；汽液分离器分离并去除尾排氢气中的液态水；背压阀控制背 压阀前端(电堆内部)氢压的稳定。本实用新型具有如下优点1、使氢气循环，提高氢气利用率，加强氢侧排水，并有效的提高了氢侧增湿，有效 的对燃料电池内部水进行管理；2、该装置简单，安全可靠，成本低，能够使用于车载环境，适用性强
本实用新型共有附图六幅，其中图1是本实用新型的车用燃料电池氢气循环系统流程图I ；图2是本实用新型的车用燃料电池氢气循环系统流程图II ；图3具体实施例中车用燃料电池氢气循环系统流程图；图4车用燃料电池氢气循环系统控制逻辑图；图5具体实施例中测试工况； 图6氢气流量设定值和实际氢气用量比对图。附图中，1、氢气储罐，2、一级减压阀，3、多点顺序喷射系统，4、单点喷射阀件，5、氢 气流量计，6、文丘里管，7、安全泄压阀，8、压力传感器，9、燃料电池堆，10、汽液分离器，11、背压阀
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型做进一步描述。附图3是实施例的车用燃料电池氢气循环系统流程图，是具有一个电堆的燃料电 池氢气循环系统。系统中，氢气储罐1的压力35MPa，一级减压阀2将氢气储罐1内的35MPa 压力的氢气减压至7bar，多点顺序喷射系统采用CNG 4缸用多点顺序喷射系统，流量计为 压差式流量计，文丘里管根据车的实际情况设计，安全泄压阀设定压力80kPa，压力传感器 检测电堆内部阳极工作压力(做欠压和超压保护判定用)，120节燃料电池堆，背压阀设定 压力为50kPa。在指定工况(见附图5)下对该氢气循环系统进行测试，比对氢气流量设定值和实 际氢气用量，比对结果显示，氢气流量瞬间采集值与氢气流量设定值之间基本吻合。比对结 果如附图6，图中·表示氢气流量瞬间采集值，▲表示氢气流量设定值。
权利要求1.一种车用燃料电池氢气循环系统，包括燃料电池堆(9)、燃料电池氢气循环系统和 控制单元，燃料电池氢气循环系统包括通过管路连接的氢气储罐(1)、一级减压阀O)、安 全泄压阀(7)、压力传感器(8)和汽液分离器(10)，氢气储罐(1)与一级减压阀( 连接， 一级减压阀⑵与燃料电池堆(9)的氢气入口连接，压力传感器⑶串接在一级减压阀(2) 与燃料电池堆(9)的氢气入口连接的管路上，汽液分离器(10)连接在燃料电池堆(9)的氢 气尾排管路上，一级减压阀( 与燃料电池堆(9)的氢气入口连接的管路上设一条与汽液 分离器(10)出口管路连接的支路，支路上串接安全泄压阀(7)，其特征在于所述燃料电池 氢气循环系统还包括多点顺序喷射系统C3)、文丘里管(6)、氢气流量计( 和背压阀(11)， 所述多点顺序喷射系统⑶和文丘里管(6)连接在一级减压阀(2)与燃料电池堆(9)的氢 气入口连接的管路上，所述多点顺序喷射系统C3)入口与一级减压阀( 出口连接，多点顺 序喷射系统(3)出口与文丘里管(6)进口连接，文丘里管(6)出口与燃料电池堆(9)的氢 气入口连接，氢气流量计(5)串接在多点顺序喷射系统C3)与文丘里管(6)连接的管路上， 氢气流量计(5)与控制单元用信号线连接，所述串接在一级减压阀( 与燃料电池堆(9) 的氢气入口连接的管路上的压力传感器(8)是串接在文丘里管(6)出口与燃料电池堆(9) 的氢气入口连接的管路上，所述背压阀(11)连接在汽液分离器(10)出口管路上，汽液分离 器(10)出口管路设支路与文丘里管(6)连接。
2.根据权利要求1所述一种车用燃料电池氢气循环系统，其特征在于所述多点顺序喷 射系统C3)的连接方式可以是单点喷射阀件(4)入口并联连接后与一级减压阀( 出口连 接，单点喷射阀件出口并联连接后与文丘里管(6)入口连接，或者是单点喷射阀件(4) 入口并联连接后与一级减压阀O)出口连接，每个单点喷射阀件出口分别与各个燃料 电池堆的文丘里管(6)入口连接。
3.根据权利要求2所述一种车用燃料电池氢气循环系统，其特征在于所述多点顺序喷 射系统( 可以是CNG或LNG或LPG汽车用多点顺序喷射系统。
专利摘要一种车用燃料电池氢气循环系统，特征在于所述燃料电池氢气循环系统包括多点顺序喷射系统、文丘里管、氢气流量计和背压阀，多点顺序喷射系统与文丘里管组合使用，实现燃料电池氢气循环。本实用新型具有如下优点采用多点顺序喷射系统控制氢气流量，与文丘里管组合使用，使氢气循环，提高氢气利用率，加强氢侧排水，并有效的提高了氢侧增湿，有效的对燃料电池内部水进行管理；该装置简单，安全可靠，成本低，能够使用于车载环境。
文档编号H01M8/04GK201868510SQ20102060650
公开日2011年6月15日 申请日期2010年11月15日 优先权日2010年11月15日
发明者徐丽双, 李加良, 王仁芳, 秦连庆, 荣瑞 申请人:新源动力股份有限公司