一种燃料电池系统及其控制方法与流程

本技术涉及车辆电池，具体涉及一种燃料电池系统及其控制方法。

背景技术：

1、因受环境影响和能源紧缺的问题，新能源汽车成为汽车行业中大力发展的方向。其中，氢氧燃料电池的汽车具有能量密度高，续航里程长，加氢时间短等优点，占具一定的新能源汽车的市场份额。燃料电池正常工作时，需要多个辅助系统的协调工作，包括氢气供给系统，空气供给系统，水热管理系统和功率控制系统，以提供合适的氢气、空气、冷却水流量等，保证燃料电池堆处于最佳工作状态，供回系统需将燃料电池系统中未反应完的氢气循环至系统中进行再次反应。在相关技术中，燃料电池系统的氢气循环采用两种方法，即循环泵和引射器。其中，循环泵因具有机械运动部件，且潮湿氢气的环境影响，导致其可靠性较难保证，为了避免对氢气的污染，循环泵与氢气接触的部分不能有杂质，进一步地增加了循环泵的氢气循环使用难度。通过引射器对氢气循环使用，单一的引射器只能提供一个固定的氢气引射比，只能满足燃料电池堆的部分运行状态的引射比，无法对全部工作状态的引射比进行全面覆盖，会使得燃料电池堆输出的实际功率降低。

2、因此，如何设计一种结构简单的燃料电池系统且能满足各个运行状态的引射比，是目前亟需解决的技术问题。

3、对比文件1(cn209607847u)公开了一种引射器单元及具备该引射器单元的燃料电池氢气循环系统，具备串联连接的第一引射器和第二引射器，第一引射器具备：第一射流入口和第一引流入口，与第一射流入口连通的第一射流孔，与第一引流入口及第一射流孔连通的第一混合空间，和与第一混合空间连通的第一出口；第二引射器具备：第二射流入口和与第一出口连通的第二引流入口，与第二射流入口连通的第二射流孔，与第二引流入口及第二射流孔连通的第二混合空间，和与第二混合空间连通的第二出口；形成为第一射流入口与第二射流入口相并联、第一引流入口与第二引流入口相串联的结构。该方案只能解决小流量下引射器引射量的不足及降低大流量下对引射器前端氢气的压力需要，无法满足各个运行状态的氢气引射比的需求。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明提供一种燃料电池系统及其控制方法，以解决上述技术问题。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供的技术方案如下。

3、本技术提供一种燃料电池系统，包括：

4、氢气供给模块；

5、供回氢模块，其与所述氢气供给模块连接，以接收所述氢气供给模块提供的氢气，

6、燃料电池堆，其与所述供回氢模块连接，以接收所述供回氢模块传输的氢气，并将多余的氢气回传给所述供回氢模块；

7、控制模块，其分别与所述氢气供给模块、所述供回氢模块和所述燃料电池堆相接，以根据所述燃料电池堆的运行状态控制所述氢气供给模块和所述供回氢模块的氢气供给量，以调整所述燃料电池系统的实际氢气引射比。

8、在本技术的实施例所提供的技术方案中，所述氢气供给模块包括气瓶、减压阀及氢进电磁阀，所述气瓶经依次串接的所述减压阀、所述氢进电磁阀后与所述供回氢模块相接。

9、在本技术的实施例所提供的技术方案中，所述供回氢模块包括：所述供回氢模块包括：第一比例阀、第二比例阀、第一引射器、第二引射器及氢水分离器，所述氢进电池阀的输出端分别连接所述第一比例阀的输入端和所述第二比例阀的输入端，所述第一比例阀的输出端接所述第一引射器的第一入口，所述第一引射器的出口接所述燃料电池堆的阳极入口，所述第二比例阀的输出端接所述第二引射器的第一入口，所述第二引射器的出口接所述第一引射器的出口，所述第一引射器的第二入口接所述第二引射器的第二入口，所述氢水分离器的入口与所述燃料电池堆的阴极出口相接，所述氢水分离器的第一出口接所述第一引射器的第二入口。

10、在本技术的实施例所提供的技术方案中，所述燃料电池系统还包括第一流量计和第二流量计，所述第一流量计串接在所述减压阀和所述氢进电磁阀之间，用于测量所述氢气供给模块提供的氢气量，所述第二流量计设置在所述供回氢模块的输出端，用于测量所述供回氢模块提供的氢气量。

11、在本技术的实施例所提供的技术方案中，所述燃料电池系统还包括排氢电磁阀、排水电磁阀、压力传感器及泄压阀，所述排氢电磁阀的入口接所述氢水分离器的第二出口，所述排水电磁阀的入口接所述氢水分离器的第三出口，所述压力传感器设置在所述燃料电池堆的阳极入口，用于检测所述燃料电池堆的阳极入口氢气压力值，所述泄压阀的入口接所述第一引射器的出口。

12、本技术还提供一种燃料电池系统的控制方法，所述方法包括：

13、提供如前所述的燃料电池系统；

14、获取所述燃料电池堆的目标氢气引射比；

15、根据所述目标氢气引射比调节所述燃料电池系统中第一比例阀和第二比例阀的开度，使得所述燃料电池系统的实际氢气引射比满足所述目标氢气引射比需求。

16、在本技术的实施例所提供的技术方案中，在获取所述目标氢气引射比之前，还包括：获取所述燃料电池堆的运行状态；根据所述运行状态的确定所述燃料电池堆中的目标氢气引射比和氢气消耗量。

17、在本技术的实施例所提供的技术方案中，所述方法还包括：获取所述第一流量计的第一流量值和所述第二流量计的第二流量值，通过所述第一流量值与所述第二流量值确定所述实际氢气引射比。

18、在本技术的实施例所提供的技术方案中，所述方法还包括，根据所述目标引射比调节所述燃料电池系统中第一比例阀和第二比例阀的开度，使得所述燃料电池系统的实际氢气引射比满足所述目标氢气引射比需求的步骤，包括：获取所述第一引射器的第一引射比和所述第二引射器的第二引射比；基于所述氢气消耗量、所述第一引射比、所述第二引射比及所述目标氢气引射比确定流过所述第一引射器的第一氢气流量；根据所述第一氢气流量将所述第一比例阀的开度设置为预设阈值开度；通过所述氢气消耗量与所述第一氢气流量确定流过所述第二引射器的第二氢气流量；根据所述第二氢气流量对所述第二比例阀的开度进行调整，并得到调整后的实际氢气引射比；将所述目标氢气引射比与调整后的实际氢气引射比进行比较，若所述目标氢气引射比大于或小于调整后的实际氢气引射比，则再次调整所述第二比例阀的开度，直至调整后的实际氢气引射比等于所述目标氢气引射比。

19、在本技术的实施例所提供的技术方案中，所述方法还包括，所述方法还包括，对所述燃料电池系统的实际参数进行监控，并根据所述实际参数对所述排氢电磁阀、所述排水电磁阀及所述泄压阀进行开关控制的步骤包括：获取所述压力传感器的压力值、所述氢水分离器的水位及所述氢水分离器的氮气含量；当所述压力值大于预设压力值时，所述控制中心模块打开所述泄压阀，排出氢气；当所述氢水分离器的水位高于预设阈值水位时，所述控制中心模块打开所述排水电磁阀，进行排水；当所述氢水分离器的氮气含量超过预设氮气含量值时，所述控制中心模块打开所述排氢电磁阀，将掺杂氮气的氢气排出。

20、本技术提供一种燃料电池系统及其控制方法，该系统包括氢气供给模块、供回氢模块、燃料电池堆及控制模块，氢气供给模块与供回氢模块相接，对供回氢模块提供氢气，燃料电池堆接收供回氢模块的氢气并将多余的氢气回传给供回氢模块，控制模块分别与氢气供给模块、供回氢模块和燃料电池堆相接，根据燃料电池堆的运行状态确定控制氢气供给模块和供回氢模块的氢气供给量，通过运行状态确定目标氢气引射比，根据目标氢气引射比调节供回氢模块中第一比例阀和第二比例阀的开度，使燃料电池系统的实际氢气引射比满足目标氢气引射比需求。本技术以电池燃料堆的运行状态为基础，通过控制模块对氢气供给模块和供回氢模块的氢气供给量进行控制，实时调整实际氢气引射比，在各个运行状态下，将实际氢气引射比调整为目标氢气引射比，提高燃料电池堆实际输出功率。

21、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本技术。