一种用于车载氢气发生器的防冻装置及控制方法与流程

本发明提供了一种用于车载氢气发生器的防冻装置及控制方法，具体涉及车载氢气发生器的电解液的防冻措施以及运行方式，属于内燃机领域。

背景技术

氢气是一种被公认为比较理想的内燃机代用燃料。氢气的扩散速度、火焰传播速度和燃烧速度均高于汽油，并且具有点火能量低，着火界限宽等燃烧特性，所以利用氢气可实现内燃机的快速启动，在进气时掺入适量的氢气可以缩短内燃机的燃烧持续期，可以有效改善内燃机的热效率并且降低hc和co的排放。此外，由于氢气的燃烧界限宽，点火能量较低，使得氢气-汽油混合燃料发动机能够在稀薄燃烧模式下顺利运行，可以进一步提高氢气-汽油混合燃料发动机的经济性，同时降低排放。纪常伟、汪硕峰等的研究表明，掺氢汽油机可有效改善混合燃料的燃烧，提高热效率，并大大降低冷启动、暖机、怠速和小负荷等工况下的排放。

北京工业大学提出的“氢混合燃料汽车”是国内首创，并且自主开发了一套可实现发动机纯氢启动、启动后向汽油的平稳过渡、小负荷工况掺氢、喷氧量自由调节的混合燃料内燃机电子控制单元(hecu)。用氢气来改善汽油的燃烧，既可以消除汽油机冷启动时排放和油耗恶劣的现象，也可以改善低负荷时汽油的燃烧和排放，同时又保证了在大负荷时的输出功率，其节能减排效果十分明显。由于目前的加氢基础设施不足，“氢混合燃料汽车”选择车载氢气发生器作为氢气的来源，通过在汽车上安装电动汽车充电插口以及ac/dc电压转换装置，可以实现充电桩为氢气发生器提供电能，保证氢气的供应。氢气发生器采用spe电解技术电解纯水型制取氢气，制取的氢气纯度高，并且安全可靠。spe电解池中的核心部件当属膜电极，质子交换膜为h⁺提供通道，在阴极以氢气的形式析出。但是spe电解池中的电解液由于低温结冰后将会给质子交换膜带来不可修复的破坏。因此，此氢气发生器并不能满足“氢混合燃料汽车”在低温情况下的使用需求。基于此，本发明提供了一种用于车载氢气发生器的防冻装置及控制方法。

技术实现要素：

本发明目的是解决在环境温度低与氢气发生器正常工作温度情况下，质子交换膜会因电解液结冰而损坏的问题，满足“氢混合燃料汽车”在环境低温下的使用需求，提出了一种用于车载氢气发生器的防冻装置及控制方法。利用该装置可以有效解决车载氢气发生器的低温使用问题，提高了其使用寿命。

本发明采用如下技术方案：

车载氢气发生器(1)、排水电磁阀(2)、补水泵(3)，储水装置(4)，车载氢气发生器(1)与储水装置(4)通过排水管路(10)和补水管路(9)相连接，排水管路(10)和补水管路(9)并联连接并分别由排水电磁阀(2)、补水泵(3)控制；储水装置(4)上设置有加热装置(5)，电源装置(6)分别通过电路(8)和电路h为车载氢气发生器(1)和加热装置(5)提供电力；储氢罐(7)、氢气轨(13)、发动机(12)，车载氢气发生器(1)、储氢罐(7)、发动机(12)通过氢气轨(13)串联连接；电控单元(11)通过接收电源工作信号a、储水装置(4)液面位置信号b、储水装置(4)温度信号c、储氢罐(7)内氢气压力信号d和车载氢气发生器(1)内电解液温度信号g，并通过信号线e和f分别控制补水泵(3)和排水电磁阀(2)的开闭。电控单元(11)通过信号线与仪表盘(14)连接，仪表盘(14)负责接收并显示储水装置(4)液面位置信号b。

如上所述的一种用于车载氢气发生器的防冻装置及控制方法，其特征在于：

(1)当储氢罐(7)内的氢气压力p≥pl时，pl为储氢罐满足内燃机(12)正常使用的最低压力值时，不开启氢气发生器(1)。电子控制单元(11)根据车载氢气发生器(1)内电解液温度信号g来监控装置中电解液的状态，当电解液的温度te＜tm，tm为设定的电解液温度最低值，电子控制单元(11)控制排水电磁阀(2)开启。

(2)当储氢罐(7)内的氢气压力p＜pl时，开启车载氢气发生器(1)制取氢气。电子控制单元(11)通过储水装置(4)液面位置信号b和储水装置(4)温度信号c来监控储水装置(4)中的电解液状态。当液面位置ha＜hs，hs为设定的最低液面位置，此时电子控制单元(11)向外发出低液面报警信号i，并由仪表盘(14)接收并显示报警；当ha≥hs且储水装置(4)温度ta＜tn时，tn为补水泵(3)开启工作时电解液的温度，电子控制单元(11)控制电源装置(6)为加热装置(5)供电，使其对储水装置(4)中的电解液进行加热；当ha≥hs且ta≥tn时，则由电子控制单元(11)控制补水泵(3)工作，将储水装置(4)中的电解液通过补水管路(9)抽回车载氢气发生器(1)中，电源装置(6)为车载氢气发生器(1)供电。

(3)当储氢罐(7)中的压力p＜pf时，pf为设定的储氢罐(7)内最高氢气压力值，车载氢气发生器(1)始终保持开启状态；当p≥pf时，电子控制单元11关闭车载氢气发生器(1)，停止制取氢气。

本装置解决了车载氢气发生器在低温情况下无法正常使用的问题，延长了其使用寿命，使其满足了“氢混合燃料汽车”全天候的使用要求，具有一定的应用前景。

附图说明

图1本发明的系统结构图

图中编号定义：

1、车载氢气发生器2、排水电磁阀3、补水泵4、储水装置5、加热装置6、电源装置7、储氢罐8、电源(6)与车载氢气发生器(1)之间的电路连接9、补水管路10、排水管路11、电子控制单元12、发动机13、氢气轨14、仪表盘a、电源工作信号b、储水装置液面位置信号c、储水装置温度信号d、储氢罐(7)内氢气压力信号e、水泵工作信号f、排水电磁阀工作信号g、车载氢气发生器(1)内电解液温度信号h、加热装置(5)与电源装置(6)之间的电路连接i、低液面报警信号

图2本发明的系统流程图

具体实施方式:

为了使本发明装置的运行和控制过程更加清楚，下面将结合附图对本发明装置中的运行和控制方法进行更为清楚、完整的描述。

本发明装置中包括：

车载氢气发生器(1)、排水电磁阀(2)、补水泵(3)，储水装置(4)，车载氢气发生器(1)与储水装置(4)通过排水管路(10)和补水管路(9)相连接，排水管路(10)和补水管路(9)并联连接并分别由排水电磁阀(2)、补水泵(3)控制；储水装置(4)上设置有加热装置(5)，电源装置(6)分别通过电路(8)和电路h为车载氢气发生器(1)和加热装置(5)提供电力；储氢罐(7)、氢气轨(13)、发动机(12)，车载氢气发生器(1)、储氢罐(7)、发动机(12)通过氢气轨(13)串联连接；电控单元(11)通过接收电源工作信号a、储水装置(4)液面位置信号b、储水装置(4)温度信号c、储氢罐(7)内氢气压力信号d和车载氢气发生器(1)内电解液温度信号g，并通过信号线e和f分别控制补水泵(3)和排水电磁阀(2)的开闭。电控单元(11)通过信号线与仪表盘(14)连接，仪表盘(14)负责接收并显示储水装置(4)液面位置信号b。

(1)当储氢罐(7)内的氢气压力p≥3bar时(气道喷射氢气的压力为3～4bar，因此储氢罐内的压力应不低于3bar)，不使用车载氢气发生器(1)制取氢气。电子控制单元(11)根据车载氢气发生器(1)内电解液温度信号g来监控电解液的状态，当电解槽电解液温度te＜2℃(氢气发生器(1)的正常工作温度为0～40℃，当电解液温度低于0℃时，将会导致电解槽中的膜电极结冰而损坏。为保证其性能，设定值应处于高于其正常工作温度最低值2-5℃的区间内)，电子控制单元(11)通过信号线f控制排水电磁阀(2)开启，使电解槽中的电解液通过排水管路(10)流入到储水装置(4)中，排尽电解槽中的电解液；te≥2℃时，则不开启排水电磁阀(2)。

(2)当储氢罐(7)内的氢气压力p＜3bar时，使用车载氢气发生器(1)制取氢气，由于外界低温环境，此时的电解液全部存储于储水装置(4)中。当电源装置(6)向电子控制单元(11)发出工作信号a，说明氢气发生器(1)已经有外部电力来源，此时电子控制单元(11)通过储水装置(4)液面位置信号b和储水装置(4)温度信号c来对储水装置(4)中的电解液状态进行分析。当液面位置ha＜30％时(当液面位置低于30％时，氢气发生器(1)内电解液不足，将会导致制氢效率下降)，电子控制单元(11)向仪表盘(14)发出低液面报警信号i，提醒驾驶员向储水装置(4)中加入电解液；当ha≥30％且附加水箱温度ta＜20℃时(车载氢气发生器(1)的高效制氢温度区间为20～40℃)，电子控制单元(11)控制电源装置(6)通过电路h为加热装置(5)供电，使其对储水装置(4)中的电解液进行加热；当ha≥30％且ta≥20℃时，则由电子控制单元(11)通过信号线e控制补水泵(3)工作，将电解液通过补水管路(9)抽回车载氢气发生器(1)中，此时，电子控制单元(11)控制电源装置(6)通过电路(8)为车载氢气发生器(1)供电，开始制取氢气。

(3)当储氢罐(7)中的压力p＜27bar(根据储氢罐(7)的最高储存压力进行设定，为了安全起见，此数值应设定为其最大值的85％-95％，本装置中储氢罐的最大储存压力为30bar)时，车载氢气发生器(1)一直处于工作模式；当p≥27bar时，电子控制单元(11)控制电源装置(6)停止工作，停止制取氢气。