一种大功率燃料电池发动机的氢气供给循环系统的制作方法

本发明涉及燃料电池，尤其涉及一种大功率燃料电池发动机的氢气供给循环系统。

背景技术：

1、氢燃料电池发动机通过氢气和氧气在电堆内发生电化学反应，生成水、热能、电能，从而为整车或其他产品供电。大功率燃料电池发动机是该行业发展的重点，其具有功率密度高、环保无污染等特点。

2、目前，氢燃料电池系统所使用的氢气大多为储存在氢气瓶中的气态氢气。而对于重卡汽车来说，对续航里程有更高的要求，气态氢气的储氢装置不满足整车储存空间需求。而使用液态氢气后，液氢气化能够提供更多氢气，保证汽车续航里程，同时缩小了氢气的存储空间。但由于液氢气化后的气压要小于正常气态氢气的气压，导致燃料电池系统不能沿用正常气态氢气的供给循环系统。

3、专利cn114824364a提供的燃料电池氢气循环系统，采用氢气循环泵和引射器串联的方式，解决引射器性能不足及氢气循环效率低的问题，由于缺少采用bypass补气的方式来弥补氢气路的压力波动，可能对电堆内部造成损害。专利cn115347219a提供的燃料电池系统供氢和氢气循环系统，引入了氢气bypass路补气，以及氢气循环泵加引射器并联的供氢方式。但由于使用氢气循环泵，其占用体积大，且不容易进行控制。因此，行业内缺少针对液氢供氢的特点，适用于液氢的氢气供给循环系统。

技术实现思路

1、鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种大功率燃料电池发动机的氢气供给循环系统，用以解决现有技术中氢气供给循环系统与液氢供应不匹配的问题。

2、一方面，本发明实施例提供了一种大功率燃料电池发动机的氢气供给循环系统，包括多电堆集成结构、液氢罐、引射器、减压阀、氢气换热器、主路比例阀、旁路比例阀、环路比例阀、分水件；其中，

3、引射器的射流入口处设有主路通道、环路通道2条通道，其汇流出口处设有输出通道、与输出通道并联的旁路通道；主路通道上设有主路比例阀；环路通道上设有环路比例阀；旁路通道上设有旁路比例阀；

4、多电堆集成结构内每一电堆的氢气入口均接引射器的汇流出口，氢气尾气出口均经分水器的出气口接引射器的引流入口；液氢罐的出气口依次经减压阀、氢气换热器后分为三路支路，第一路支路经主路通道接引射器的射流入口，第二路支路经环路通道接引射器的射流入口，第三路支路经旁路通道接引射器的汇流出口，以通过所述三路支路上主路比例阀、旁路比例阀、环路比例阀的协同调控将变载工况下的入堆氢气压力波动始终限制在标准范围内。

5、上述技术方案的有益效果如下：首次提出了一种适用于液氢的氢气供给循环系统，填补了该领域的空白。针对液氢的特点，液氢气化后的气压要小于正常氢气的气压，导致引射器前端的压力要过小，同时氢气入口至引射器前端的压力差过小，设计了位于主路通道的主路比例阀、位于旁路通道的旁路比例阀、位于环路通道的环路比例阀，优化氢气入口至引射器前端的氢气供给路线及供氢策略，以保证足够的氢气进堆气量，同时保证入堆氢气压力波动尽可能减小。

6、基于上述方法的进一步改进，该大功率燃料电池发动机的氢气供给循环系统还包括：

7、排气阀，设于分水器的出气口处；

8、排水阀，设于分水器的出水口处。

9、进一步，该大功率燃料电池发动机的氢气供给循环系统还包括：

10、比例阀控制器，用于获取电堆的目标输出电流；以及，识别0＜目标输出电流≤a时，开启主路比例阀，关闭环路比例阀，根据与该工况匹配的目标入堆氢气压力调控主路比例阀的开度，并在排气阀的开启时间内打开旁路比例阀，以将该工况的入堆氢气压力波动限制在标准范围内；以及，识别a＜目标输出电流≤b时，开启主路比例阀、环路比例阀，关闭旁路比例阀，并根据与该工况匹配的目标入堆氢气压力调控主路比例阀的开度，根据目标引射器入口压力控制环路比例阀的开度，以将该工况的入堆氢气压力波动限制在标准范围内；以及，在识别b＜目标输出电流≤c时，开启主路比例阀、环路比例阀，根据与该工况匹配的目标入堆氢气压力调控主路比例阀的开度，根据目标引射器入口压力控制环路比例阀的开度，并在排气阀的开启时间内打开旁路比例阀，以将该工况的入堆氢气压力波动限制在标准范围内。

11、进一步，a为100～200a，b为电流250～350a、c为燃料电池发动机的峰值电流点。

12、进一步，所述比例阀控制器执行如下程序以完成主路比例阀、旁路比例阀、环路比例阀的协同调控功能：

13、获取电堆的目标输出电流；

14、根据该目标输出电流判断燃料电池发动机的实时工况；当0＜目标输出电流≤a时，判定燃料电池发动机处于小电流电工况；当a＜目标输出电流≤b时，判定燃料电池发动机处于中间电流点工况；当b＜目标输出电流≤c时，判定燃料电池发动机处于大电流点工况；

15、在燃料电池发动机处于小电流工况下，开启主路比例阀，并根据与该工况匹配的目标入堆氢气压力控制主路比例阀的开度，并在排气阀的开启时间内打开旁路比例阀对电堆氢气路补充氢气，以将排气阀开关引起的入堆氢气压力波动限制在标准压力以下；

16、在燃料电池发动机处于中间电流点工况下，开启主路比例阀、环路比例阀，关闭旁路比例阀，并根据与该工况匹配的目标入堆氢气压力调控主路比例阀的开度，根据目标引射器入口压力控制环路比例阀的开度，以将该工况的入堆氢气压力波动限制在标准范围内；

17、在燃料电池发动机处于大电流点工况下，开启主路比例阀、环路比例阀、旁路比例阀，根据与该工况匹配的目标入堆氢气压力调控主路比例阀、旁路比例阀的开度，根据目标引射器入口压力控制环路比例阀的开度，并在排气阀的开启时间内打开旁路比例阀，以将大变载和排气阀开关引起的入堆氢气压力波动限制在标准范围内。

18、进一步，环路比例阀包括并联的第一环路比例阀、第二环路比例阀、第三环路比例阀；并且，

19、第一环路比例阀、第二环路比例阀、第三环路比例阀独立控制且均采用电控方式，第二环路比例阀、第三环路比例作为该发动机处于大电流点工况下入堆氢气压力不满足需求时的备用调节机构。

20、进一步，该氢气供给循环系统还包括：

21、第一安全阀，设于减压阀、氢气换热器之间的气体管路上；

22、第二安全阀，设于的引射器汇流出口至多电堆集成结构内每一电堆的氢气入口之间的气体管路上。

23、进一步，该氢气供给循环系统还包括：

24、入堆氢气压力传感器，设于引射器的汇流出口、第二安全阀之间的气体管路内，用于获取入堆冷气压力，发送至安全阀控制器；

25、安全阀控制器，用于识别入堆氢气压力传感器数据超过正常值时，控制第二安全阀打开，以将使得入堆冷气压力超过正常值的多余氢气排出。

26、进一步，该大功率燃料电池发动机的氢气供给循环系统还包括：

27、第一中压传感器，设于主路比例阀、引射器的射流入口之间的主路通道内；

28、第二中压传感器，设于环路比例阀、引射器的射流入口之间的环路通道内；

29、比例阀控制器，还用于根据第一中压传感器、第二中压传感器数据控制主路通道、环路通道的氢气流量。

30、进一步，多电堆集成结构包括电堆壳体以及设于电堆壳体内上下设置且集成的上堆、下堆；并且，

31、分水件的出气口处设有回流压力传感器，用于采集氢气的回流流量，发送至比例阀控制器；

32、该氢气供给循环系统的多电堆集成结构、引射器、减压阀、氢气换热器、主路比例阀、旁路比例阀、环路比例阀、分水件集成于一体。

33、提供
技术实现要素：
部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。发明内容部分无意标识本发明的重要特征或必要特征，也无意限制本发明的范围。