一种燃料电池尾排氢浓度稀释装置、方法及控制系统与流程

本发明涉及燃料电池尾排处理领域，尤其涉及一种燃料电池尾排氢浓度稀释装置、方法及控制系统。

背景技术：

1、燃料电池发动机是将氢气和氧气经过电化学反应将化学能转变成电能的发动机系统，包括燃料供应系统，空气供应系统，冷却系统，燃料电池电堆等。在反应过程主要在电堆中进行，将空气(氧气)和燃料(氢气)发生化学反应转化为电能，在进行反应的过程中，一些未反应完全的氢气和氧气通过尾排输送排出，由于氢气易燃的特性，尾排的氢气浓度会直接影响电堆的安全，如果尾排浓度过高，则会导致燃烧甚至爆炸等重大安全事故，因此对于尾排氢浓的监测和控制，至关重要。

2、公开号为cn113578089a的专利提供了一种燃料电池汽车尾气混合系统及其控制方法，通过将稀释气体管道与阴极尾气管道连接，用于将流向燃料电池阴极进口的新鲜空气引出部分至阴极尾气管道，虽然对氢气进行了稀释，但为了保证电堆正常的空气供应，因此需要增加前端阴极进口的空气供应，会带来空气供应系统功耗的提升，不利于发动机系统整体效率的保证。

3、因此，亟需设计一种在不影响发动机系统整体效率的情况下，对尾排氢气浓度稀释的控制方案。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种燃料电池尾排氢浓度稀释装置、方法及控制系统。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种燃料电池尾排氢浓度稀释装置，燃料电池包括电堆，所述电堆的尾端分别设有空气排气管路和氢气排气管路，所述空气排气管路和所述氢气排气管路的一侧相连通，形成混合管路；

3、所述电堆还连接有氢气进气管路和空气进气管，所述氢气排气管路和氢气进气管路之间连接有循环管路，

4、包括：

5、稀释组件，所述稀释组件至少包括两个输入端，其中一输入端与所述混合管路的输出端连接；

6、监测装置，一端与所述稀释组件的的输出端连接，用以对所述稀释组件输出的气体进行氢气浓度监测；

7、当监测的氢气浓度值超过阈值时，控制所述稀释组件使空气从另一输入端进入所述稀释组件内稀释氢气的浓度值，直至氢气浓度值低于所述阈值。

8、作为上述技术方案的进一步描述：所述稀释组件内部设有容积腔体，在所述容积腔体的两侧分别设有第一输入端和输出端，所述第一输入端与所述混合管路连通，所述输出端与所述监测装置相连通，使氢气进入所述容积腔体内侧进行稀释后排出。

9、作为上述技术方案的进一步描述：所述稀释组件的外侧设有主动件，所述主动件的另一侧设有从动部，通过控制所述从动部与所述主动件相向移动，使所述稀释组件发生形变，所述稀释组件的材料为硅胶。

10、作为上述技术方案的进一步描述：所述从动部包括第二输入端和从动件，所述第二输入端贯穿所述稀释组件，并延伸到所述稀释组件的内侧，所述第二输入端的外壁与所述稀释组件一体化连接，使空气进入所述稀释组件内侧对氢气浓度进行稀释。

11、作为上述技术方案的进一步描述：所述从动件设置在所述第二输入端的端面，且位于所述稀释组件内侧，所述主动件与所述从动件之间通过磁性连接，进行动作时与所述主动件之间的距离减小，带动所述第二输入端移动。

12、作为上述技术方案的进一步描述：所述从动件与所述稀释组件的内壁处设有弹性部件，在所述稀释组件动作结束后，带动所述从动件进行复位。

13、作为上述技术方案的进一步描述：所述从动件呈环形设置在所述第二输入端的端面上，使空气可以通过所述从动件进入稀释组件内侧。

14、作为上述技术方案的进一步描述：当监测的氢气浓度值小于所述阈值时，控制所述稀释组件复位，所述主动件与所述从动件件的距离增大。

15、还包括一种燃料电池尾排氢浓度稀释方法，所述方法适用于上述技术方案中任一项所述装置，包括：

16、s1：通过控制系统设定阈值，监测装置对尾排的氢气浓度进行监测，若监测的氢气浓度小于设定阈值，则正常运行，若监测的氢气浓度小于设定阈值，所述控制系统控制稀释组件动作，进行二次稀释；

17、s2：在所述稀释组件动作后，所述监测装置持续对氢气浓度进行监测，直到氢气浓度低于所述设定阈值，所述稀释组件进行复位。

18、还包括一种燃料电池尾排氢浓度稀释控制系统，所述控制系统适用于上述技术方案中任一项所述装置，包括：

19、监测模块，对尾排氢气浓度进行监测，生成数据信息，发送给比较模块；

20、比较模块，设定氢气浓度监测的阈值，接收所述监测模块发送的数据信息，与设定阈值进行比较，判断氢气浓度是否超出设定阈值，并生成反馈信号；

21、控制模块，接收所述比较模块发送的反馈信号，根据反馈信号判断是否需要控制稀释组件进行动作，若需要进行动作，则发送控制信号给所述稀释组件。

22、上述技术方案具有如下优点或有益效果：

23、1、通过稀释组件和监测装置，对尾排管路的氢气浓度进行稀释和监测，在进行监测的过程中，根据设定阈值控制稀释组件动作，从而引入新的空气对稀释组件内的氢气进行稀释，只通过机械结构进行稀释，确保燃料电池发动机系统的稳定性。

技术特征：

1.一种燃料电池尾排氢浓度稀释装置，燃料电池包括电堆(1)，所述电堆(1)的尾端分别设有空气排气管路(2)和氢气排气管路(3)，所述空气排气管路(2)和所述氢气排气管路(3)的一侧相连通，形成混合管路(4)；

2.根据权利要求1所述的稀释装置，其特征在于：所述稀释组件(5)内部设有容积腔体，在所述容积腔体的两侧分别设有第一输入端(7)和输出端(8)，所述第一输入端(7)与所述混合管路(4)连通，所述输出端(8)与所述监测装置(6)相连通，使氢气进入所述容积腔体内侧进行稀释后排出。

3.根据权利要求1所述的稀释装置，其特征在于：所述稀释组件(5)的外侧设有主动件(9)，所述主动件(9)的另一侧设有从动部(10)，通过控制所述从动部(10)与所述主动件(9)相向移动，使所述稀释组件(5)发生形变，所述稀释组件(5)的材料为硅胶。

4.根据权利要求3所述的稀释装置，其特征在于：所述从动部(10)包括第二输入端(101)和从动件(102)，所述第二输入端(101)贯穿所述稀释组件(5)，并延伸到所述稀释组件(5)的内侧，所述第二输入端(101)的外壁与所述稀释组件(5)一体化连接，使空气进入所述稀释组件(5)内侧对氢气浓度进行稀释。

5.根据权利要求4所述的稀释装置，其特征在于：所述从动件(102)设置在所述第二输入端(101)的端面，且位于所述稀释组件(5)内侧，所述主动件(9)与所述从动件(102)之间通过磁性连接，进行动作时与所述主动件(9)之间的距离减小，带动所述第二输入端(101)移动。

6.根据权利要求4所述的稀释装置，其特征在于：所述从动件(102)与所述稀释组件(5)的内壁处设有弹性部件(103)，在所述稀释组件(5)动作结束后，带动所述从动件(102)进行复位。

7.根据权利要求4所述的稀释装置，其特征在于：所述从动件(102)呈环形设置在所述第二输入端(101)的端面上，使空气可以通过所述从动件(102)进入稀释组件(5)内侧。

8.根据权利要求4所述的稀释装置，其特征在于：当监测的氢气浓度值小于所述阈值时，控制所述稀释组件(5)复位，所述主动件(9)与所述从动件(102)件的距离增大。

9.一种燃料电池尾排氢浓度稀释方法，其特征在于，所述方法适用于上述权利要求1-8中任一项所述装置，包括：

10.一种燃料电池尾排氢浓度稀释控制系统，其特征在于，所述控制系统适用于上述权利要求1-8中任一项所述装置，包括：

技术总结
本发明公开了一种燃料电池尾排氢浓度稀释装置、方法及控制系统，包括：稀释组件，稀释组件至少包括两个输入端，其中一输入端与混合管路的输出端连接；监测装置，一端与稀释组件的的输出端连接，用以对稀释组件输出的气体进行氢气浓度监测；当监测的氢气浓度值超过阈值时，控制稀释组件使空气从另一输入端进入稀释组件内稀释氢气的浓度值，直至氢气浓度值低于阈值；通过稀释组件和监测装置，对尾排管路的氢气浓度进行稀释和监测，在进行监测的过程中，根据设定阈值控制稀释组件动作，从而引入新的空气对稀释组件内的氢气进行稀释，只通过机械结构进行稀释，确保燃料电池发动机系统的稳定性。

技术研发人员：郭鑫源,刘然,高云庆,李飞强
受保护的技术使用者：北京亿华通科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15