一种基于燃料电池功率预测的液氢气化供氢方法与流程

本发明涉及液氢燃料电池供氢，尤其涉及一种基于燃料电池功率预测的液氢气化供氢方法。

背景技术：

1、液氢储存式氢燃料车在车辆启动、运行阶段，储氢系统需要向燃料电池发动机提供合适的气态氢；在这个过程中，涉及到了液氢的气化、供氢温度、供氢压力以及供氢量的控制。

2、目前，液氢在气化过程中主要使用空温式气化器，即液氢进入气化器，通过对气化器管路的设计(一般为蛇形)，延长液氢在管路中的流动时间，使液氢与空气充分接触，从而达到换热的目的，使液氢气化。这种供氢方案存在以下几个缺陷：第一，没有对燃料电池功率的预测，燃料电池功率变化较大时，可能导致供氢系统内供氢量和氢气压力的剧烈变化；同时，由于供氢量的快速增加，增大了液氢气化不完全的概率；第二，无法对气化氢气进行预存储，无法保持供氢系统压力的稳定，从而无法在燃料电池功率变化时实现供氢量的平稳过渡；第三，气化效率受环境温度影响大，存在气化不彻底的情况，从而产生气液混合氢气，对燃料电池造成损伤；第四，气化过程中存在冷凝现象，严重时可能出现结霜、结冰的情况，会对系统其它部件造成不利影响；第五，供氢量与温度难以控制，低温氢气可能会对调压阀与燃料电池造成损伤，供氢量不足/过量会影响燃料电池功率，从而影响车辆运行。

3、因此，亟需一种基于燃料电池功率预测的液氢气化供氢方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于燃料电池功率预测的液氢气化供氢方法，以解决上述现有技术中的问题，能够确保液氢完全气化的同时，调节供氢的供氢量，以满足燃料电池的用氢需求。

2、本发明提供了一种基于燃料电池功率预测的液氢气化供氢方法，其中，包括：

3、在车辆启动时，车辆动力模式为纯电模式，整车动力由动力电池供应；

4、在车辆启动完成后的行驶过程中，车辆动力模式从纯电模式转为混动模式，整车动力由动力电池和燃料电池共同供应；

5、在车辆动力模式为混动模式下，对燃料电池下一阶段的功率进行预测；

6、根据燃料电池的功率预测结果，控制液态储氢系统调节供氢系统的供氢量和供氢过程中的热量供应。

7、如上所述的基于燃料电池功率预测的液氢气化供氢方法，其中，优选的是，在车辆动力模式为混动模式下，所述对燃料电池下一阶段的功率进行预测，具体包括：

8、整车控制器基于概率策略和路谱策略，对燃料电池下一阶段的功率进行预测。

9、如上所述的基于燃料电池功率预测的液氢气化供氢方法，其中，优选的是，所述整车控制器基于概率策略和路谱策略，对燃料电池下一阶段的功率进行预测，具体包括：

10、整车控制器根据车辆运行工况和燃料电池上一阶段功率，得到燃料电池下一阶段功率的概率计算结果；

11、整车控制器根据车辆运行工况和已知的车辆路谱，得到燃料电池下一阶段功率的路谱计算结果；

12、整车控制器对概率计算结果和路谱计算结果进行融合，得到燃料电池下一阶段的功率预测结果。

13、如上所述的基于燃料电池功率预测的液氢气化供氢方法，其中，优选的是，所述整车控制器根据车辆运行工况和燃料电池上一阶段功率，得到燃料电池下一阶段功率的概率计算结果，具体包括：

14、根据试验数据和车辆路试数据，预先建立燃料电池运行功率关于车辆运行工况、燃料电池上一阶段功率和环境温度的数据库；

15、在车辆运行时，整车控制器将接收到的整车信息和/或车辆工况信息与数据库中的信息进行比对分析；

16、整车控制器根据比对分析结果，对车辆下一阶段的运行状况和燃料电池下一阶段的功率进行预测。

17、如上所述的基于燃料电池功率预测的液氢气化供氢方法，其中，优选的是，所述整车控制器根据车辆运行工况和已知的车辆路谱，得到燃料电池下一阶段功率的路谱计算结果，具体包括：

18、在车辆启动后，整车控制器根据现阶段的车速信息和已知的车辆路谱，对车辆下一阶段的车速变化进行预测；

19、整车控制器根据车辆下一阶段的车速预测结果，对燃料电池下一阶段的功率变化进行预测，得到与车速预测结果对应的功率预测结果。

20、如上所述的基于燃料电池功率预测的液氢气化供氢方法，其中，优选的是，所述根据燃料电池的功率预测结果，控制液态储氢系统调节供氢系统的供氢量和供氢过程中的热量供应，具体包括：

21、储氢系统控制器根据燃料电池的功率预测结果，控制液态储氢系统调节供氢系统的供氢量和供氢过程中的热量供应。

22、如上所述的基于燃料电池功率预测的液氢气化供氢方法，其中，优选的是，所述储氢系统控制器根据燃料电池的功率预测结果，控制液态储氢系统调节供氢系统的供氢量和供氢过程中的热量供应，具体包括：

23、储氢系统控制器根据功率预测结果确定供氢量需求信息、氢气供应温度信息和氢气供应压力信息，并将所述供氢量需求信息发送到液态储氢系统；

24、根据氢气供应温度信息、氢气供应压力信息和环境温度信息，确定燃料电池废热供应量，并根据燃料电池废热供应量判断是否需要通过整车对进入缓冲罐的气态氢气进行主动供热，以调节进入缓冲罐的氢气供应温度；

25、液态储氢系统根据所述供氢量需求信息，调整进入复合气化器中的液氢供应量；

26、液氢进入复合气化器中进行完全气化后，进入缓冲罐，在缓冲罐中，通过流量调节阀进行供氢量和/或温度的调节，再经过压力调节阀进行压力调节后，进入燃料电池的发动机。

27、如上所述的基于燃料电池功率预测的液氢气化供氢方法，其中，优选的是，所述根据氢气供应温度信息、氢气供应压力信息和环境温度信息，确定燃料电池废热供应量，并根据燃料电池废热供应量判断是否需要通过整车对进入缓冲罐的气态氢气进行主动供热，以调节进入缓冲罐的氢气供应温度，具体包括：

28、储氢系统控制器监测环境温度信息，并根据环境温度信息判断燃料电池废热能否使复合气化器出口的氢气温度满足燃料电池的需求，其中，燃料电池与复合气化器连接，以向复合气化器供应燃料电池在工作过程中产生的废热；

29、若能满足，则根据氢气供应温度信息、氢气供应压力信息和环境温度信息，确定燃料电池废热供应量；

30、若不能满足，则通过整车对进入缓冲罐的气态氢气进行主动供热，以调节进入缓冲罐的氢气供应温度。

31、如上所述的基于燃料电池功率预测的液氢气化供氢方法，其中，优选的是，液氢在所述复合气化器中完全气化的外部热量来源包括：环境温度提供的热量、燃料电池反应后所产生的水中的废热和必要时的主动供热。

32、如上所述的基于燃料电池功率预测的液氢气化供氢方法，其中，优选的是，所述储氢系统控制器根据燃料电池的功率预测结果，控制液态储氢系统调节供氢系统的供氢量和供氢过程中的热量供应，还包括：

33、在下游部件出现故障时，通过安全截止阀截断液氢供应，具体包括：

34、在液态储氢系统与复合气化器之间设置安全截止阀；

35、在供氢过程中，储氢系统控制器监控所有下游部件的工作状态，并将各下游部件的安全信息反馈到安全截止阀；

36、在至少一个下游部件出现故障时，关闭安全截止阀，以及时截断液氢供应。

37、本发明提供一种基于燃料电池功率预测的液氢气化供氢方法，通过对燃料电池进行短期的功率预测，确定下一阶段燃料电池的功率变化与氢气需求，从而通过对液氢气化过程中外部热量的控制，确保液氢完全气化的同时，调节供氢的温度、压力和供氢量，以满足燃料电池的用氢需求，更准确地进行氢气供应，减少氢气在供氢管路与各零部件中的残留与堆积，提高了液氢供应的效率与安全性；通过对燃料电池功率的预测，液态储氢系统对液氢供应存在一定的提前量，缓冲罐可以对这些氢气进行存储，进而在燃料电池功率变化时及时供应，减少供氢系统中的流量与压力波动；同时，缓冲罐可以对氢气状态进行控制、调节，使氢气在合适的温度、压力下进入燃料电池，减少燃料电池冷启动，使燃料电池尽快进入工作状态；本发明提供的液氢气化方案可以确保液氢在气化器中的气化更完全、气化效率更高，有效阻止了低温氢气与液气混合氢的产生，防止了冷凝或结霜、结冰现象对整车系统其它部件的不利影响；在充分利用外界温度的环境热量的同时，对燃料电池发动机中氢气反应后的废热进行再利用，提高了燃料电池对氢气的利用率；同时根据外界的环境温度，判断燃料电池废热能否使气化器出口的氢气温度满足燃料电池的需求，决定是否进行额外供热，以保证缓冲罐中的氢气温度满足燃料电池需求；可以主动控制外部的热量供应，在低温环境下可以通过提高供热量为燃料电池供应合适温度的氢气，从而减少燃料电池冷启动对质子交换膜、催化剂层等零部件的损伤，延长燃料电池使用寿命；通过安全截止阀在下游零部件出现故障时，截止液态储氢系统的氢气供应，从而降低事故的发生率，可以有效的提高液态储氢系统与供氢系统的安全性能，提高储氢、供氢的安全性。