一种燃料电池氢气子系统结构和排水控制方法与流程

本发明涉及燃料电池系统，尤其涉及一种燃料电池氢气子系统结构和排水控制方法。

背景技术：

1、燃料电池系统控制包含空气子系统、氢气子系统和热管理子系统等多子系统协同控制，其中氢气子系统通常采取内循环的方式增大氢气利用率，同时从电堆带出水分和氮气。

2、现有的燃料电池系统中氢气路排气排水阀（尾排阀）常常采用脉冲控制开启和关闭时间，排气排水阀固定时间内开启的时间越短，排出去的氢气越少，氢气利用率越高，但开启时间过短，氢燃料电池可能会出现水淹状态，只考虑氢燃料电池正常运行的话，每个工作点都存在一个最合理的排气排水阀开启、关闭周期和开启时间，然而在极低温状态下，如果还按照最合理的状态去控制尾排阀，存在氢气尾排管路冻结的风险，如何在极低温状态下兼顾氢气利用率和系统正常运行极为重要。

3、因此，有必要提供一种燃料电池氢气子系统结构和排水控制方法，以解决上述技术问题。

技术实现思路

1、本发明克服了现有技术的不足，提供一种燃料电池氢气子系统结构和排水控制方法。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种燃料电池氢气子系统结构和排水控制方法，包括：燃料电池电堆、引射器、汽水分离器和排水组件；

3、所述燃料电池电堆的输入端设置有进气门，所述燃料电池电堆的输出端设置有出气门，所述引射器的一端通过管道与所述进气门连接；

4、所述汽水分离器包括：主体，设置于所述主体上部的进气口和出气口，以及设置于所述主体下部的尾排口；所述出气门通过管道与所述进气口连接，所述出气口通过管道与所述引射器连接；

5、所述排水组件与所述尾排口连接，所述排水组件包括：与所述尾排口连接的排气排水管道，温度传感器，控制器，以及与所述排气排水管道另一端连接的尾排阀；所述温度传感器设置于所述尾排口的下侧，所述温度传感器用于监测从所述尾排口流入所述排气排水管道中水的温度,所述温度传感器将监测到的温度数据传输给控制器，用于计算并调节所述尾排阀的开启周期。

6、本发明一个较佳实施例中，所述控制器分别与所述温度传感器和所述尾排阀连接，所述控制器用于控制所述尾排阀的开启和关闭。

7、本发明一个较佳实施例中，所述引射器的另一端设置有比例阀，通过调节所述比例阀控制不同压强氢气的混合比例。

8、本发明一个较佳实施例中，所述排气排水管道设为圆柱形。

9、基于上述所述的一种燃料电池氢气子系统的排水控制方法，包括以下步骤：

10、s1、系统开机运行，从电堆排出的水分和氢气进入汽水分离器；

11、s2、检测燃料电池电堆运行的环境温度；

12、s3、通过燃料电池台架标定得到合理的尾排阀开启关闭周期t，判断环境温度是否大于0℃，若是，使用开启关闭周期t控制尾排阀，若不是，进行s4；

13、s4、采集温度传感器的数值tw，设定排气排水通道的体积为v，得出排气排水管道中的水的质量为m，设定水的热容比为c；

14、s5、计算排气排水管道中的水从tw降至0℃需要释放的能量；

15、s6、计算当前环境下单位时间内排气排水管道中水的散热量  ,a为综合换热系数，f为排气排水管道的表面积；

16、s7、计算排气排水管道中的水从tw降至0℃所需要的时间；

17、s8、判断t与大小，若,则将尾排阀的开启关闭周期改为，反之维持t不变。

18、本发明一个较佳实施例中，在所述s3中，开启关闭周期t为所述尾排阀开启时间和关闭时间的和。

19、本发明一个较佳实施例中，在所述s4中，温度传感器显示的数值tw为监测到的从汽水分离器排出的水的温度。

20、本发明一个较佳实施例中，在所述s4中，排气排水通道的体积为v即为排气排水通道中水的体积。

21、本发明一个较佳实施例中，在所述s7中，排气排水管道中水的冻结时间小于。

22、本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果：

23、本发明提供了一种燃料电池氢气子系统结构，在汽水分离器底部加入温度传感器，通过该温度传感器采集的水温数据，计算并合理调节尾排阀的开启周期，从而避免尾排管路冻结，实现极低温情况下的尾排阀控制。

24、本发明提供了一种燃料电池氢气子系统的排水控制方法，根据氢燃料电池台架标定得到尾排阀的合理开启周期，当环境温度在0℃以上时，直接使用合理开启周期，当环境温度0℃以下时，通过采集到的排气排水管道中水的温度，根据各种参数，计算当前水温降到0℃需要的冻结时间，比较两个时间，来调节尾排阀的开启关闭周期，保证开启关闭周期始终小于水的冻结时间，从而避免尾排管路冻结。

技术特征：

1.一种燃料电池氢气子系统结构，包括：燃料电池电堆、引射器、汽水分离器和排水组件，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池氢气子系统结构，其特征在于：所述控制器分别与所述温度传感器和所述尾排阀连接，所述控制器用于控制所述尾排阀的开启和关闭。

3.根据权利要求1所述的一种燃料电池氢气子系统结构，其特征在于：所述引射器的另一端设置有比例阀，通过调节所述比例阀控制不同压强氢气的混合比例。

4.根据权利要求1所述的一种燃料电池氢气子系统结构，其特征在于：所述排气排水管道设为圆柱形。

5.基于权利要求1-4中任一项所述的一种燃料电池氢气子系统的排水控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的一种燃料电池氢气子系统的排水控制方法，其特征在于：在所述s3中，开启关闭周期t为所述尾排阀开启时间和关闭时间的和。

7.根据权利要求5所述的一种燃料电池氢气子系统的排水控制方法，其特征在于：在所述s4中，温度传感器显示的数值tw为监测到的从汽水分离器排出的水的温度。

8.根据权利要求5所述的一种燃料电池氢气子系统的排水控制方法，其特征在于：在所述s4中，排气排水通道的体积为v即为排气排水通道中水的体积。

9.根据权利要求5所述的一种燃料电池氢气子系统的排水控制方法，其特征在于：在所述s7中，排气排水管道中水的冻结时间小于。

技术总结
本发明公开了一种燃料电池氢气子系统结构和排水控制方法，包括：燃料电池电堆、引射器、汽水分离器和排水组件；燃料电池电堆的输入端设置有进气门，燃料电池电堆的输出端设置有出气门，引射器的一端通过管道与进气门连接；汽水分离器包括：主体，设置于主体上部的进气口和出气口，以及设置于主体下部的尾排口；出气门通过管道与进气口连接，出气口通过管道与引射器连接；排水组件与尾排口连接，排水组件包括：与尾排口连接的排气排水管道，温度传感器，控制器。在汽水分离器底部加入温度传感器，通过该温度传感器采集的水温数据，计算并合理调节尾排阀的开启周期，从而避免尾排管路冻结，实现极低温情况下的尾排阀控制。

技术研发人员：赵书飞,孙一焱,熊兴,张帆
受保护的技术使用者：苏州氢澜科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15