CN103158569A - 车用燃料电池阳极燃料流量精确控制供给*** - Google Patents

车用燃料电池阳极燃料流量精确控制供给*** Download PDF

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吴兵
何雍
王丙龙
高雷
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Abstract

本发明公开了一种车用燃料电池阳极燃料流量精确控制供给***，包括氢气瓶、燃料电池电堆，氢气瓶与燃料电池电堆通过气体通道连接，气体通道由至少一个管道组成，管道内设有可控制管道通断的电磁阀，电磁阀与一氢气流量控制器连接，氢气流量控制器发出占空比信号控制电磁阀的开启和关闭，氢气流量控制器与整车控制器连接。使用该燃料流量控制供给***可达到控制气体通道内气体流量的目的，使燃料电池电堆的气体供给量与实际需求量相匹配，从而可有效降低氢气的使用量，可防止氢气被大量浪费，达到节约能源，降低车辆运行成本的目的。

Description

车用燃料电池阳极燃料流量精确控制供给***
技术领域
本发明涉及新能源汽车，特别涉及一种用于车用燃料电池阳极燃料流量控制供给***。
背景技术
燃料电池(Fuel Cell)是一种将燃料(如氢气)和氧化剂(如空气)的化学能直接转化为电能的装置。由于能量转换不受卡诺循环的限制并且附加产物只有水，因此燃料电池具有能量转换效率高并且环境友好等特点。
汽车使用燃料电池作为动力，不仅可以实现高效的能源利用并显著降低有害排放，而且可以实现汽车运行过程中的低噪音和低振动。因此，燃料电池汽车将是未来汽车的重要发展趋势，燃料电池汽车技术也正成为汽车领域的研究重点。
氢燃料电池电池一般包括电池堆、燃料氢气供应、空气供应、冷却散热、自动控制及电能输出等部分。对于氢燃料电池汽车而言，如何实现高效经济的燃料供给也是燃料电池汽车技术领域亟待解决的难题之一。目前使用的燃料电池阳极燃料是通过二级减压器将供氢***的高压氢气减压到低压条件下直接进入电堆，这种结构的燃料电池存在的问题主要有：1、流量不能精确控制，为保证电堆有足够的燃料，氢气供给远大于电堆实际需求量，造成经济性偏低；2、对减压器稳压要求高，因为燃料电池本身能够承受的压差较小，同时存在频繁压力变化的情况，所以要求减压器稳压效果要求严格；3、减压器不能实现控制流量，响应速度慢。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种燃料电池阳极燃料流量精确控制的供给***。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种车用燃料电池阳极燃料流量精确控制供给***，包括氢气瓶、燃料电池电堆，所述氢气瓶与所述燃料电池电堆通过气体通道连接，所述气体通道由至少一个管道组成，所述管道内设有可控制管道通断的电磁阀，所述电磁阀与一氢气流量控制器连接，所述氢气流量控制器发出占空比信号控制所述电磁阀的开启和关闭，所述氢气流量控制器与整车控制器连接。
优选的，所述气体通道由多个管道组成。
优选的，所述气体通道的进气口、出气口处均设有一压力传感器和一温度传感器，所述压力传感器、温度传感器与所述氢气流量控制器连接。
优选的，所述氢气瓶的出气口处设有一减压阀。
上述技术方案具有如下有益效果：该燃料流量控制供给***在气体通道的管路中设置电磁阀，整车控制器根据路况及驾驶情况计算出需要氢气的供给量，并将相应的信号发送给氢气流量控制器，氢气流量控制器经相应算法发出占空比信号控制电磁阀的开启、关闭来实现管道的通断，达到控制气体通道内气体流量的目的，使燃料电池电堆的气体供给量与实际需求量相匹配，从而可有效降低氢气的使用量，可防止氢气被大量浪费，达到节约能源，降低车辆运行成本的目的。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图对本专利进行详细说明。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
图2为使用该***氢气供给量和实际需求量的对比示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细介绍。
如图1所示，该车用燃料电池阳极燃料流量精确控制供给***包括氢气瓶1、燃料电池电堆6，氢气瓶1与燃料电池电堆6通过气体通道5连接，氢气瓶1内的气体可经气体通道5输送给燃料电池电堆6。氢气瓶1的出气口设有减压阀2，减压阀2可将氢气瓶1输送气体的压力进行初步减压。气体通道由至少一个管道51组成，作为本发明的一个优选实施例，气体通道5由多个管道51组成，气体通道5采用多个管道51组成，在总气体流量不变的前提下，可使各管道51内的气体流量降低，这样就可使各管道51内的的气体流量更加便于控制，进而可达到更加精确控制气体流量的目的。
各管道51内均设有一可控制管道通断的电磁阀，各电磁阀均与一氢气流量控制器7连接，氢气流量控制器7与整车控制器8连接，氢气流量控制器7可发出占空比信号控制各电磁阀的开启和关闭。该氢气流量控制器7通过发出占空比信号来控制各电磁阀的开启和关闭，占空比信号高电平、低电平所占用的时间就是相应管道通、断的时间，因此只需控制控制占空比信号，就可达到控制管道内气体流量的目的。占空比信号控制精度高和抗干扰能力强，这样可有效提高各管道51内气体流量的控制精度。
该车用燃料电池阳极燃料流量精确控制供给***在工作时，首先由整车控制器8根据路况及驾驶情况计算出燃料电池电堆6需要氢气的供给量，并将相应的信号发送给氢气流量控制器7，氢气流量控制器7可通过相应算法发出占空比信号控制电磁阀的开启、关闭来实现管道51的通断。根据不同的气体需求量要求，氢气流量控制器7可向不同管道51内的电磁阀发出不同占空比信号，通过不同的管道组合实现对燃料电池电堆6不同压力、流量气体的供给。
如在燃料电池电堆6气体需求量较小时，可通过氢气流量控制器7将其中几个管道51彻底关闭，只通过剩余的几个管道给燃料电池电堆6供气，这样整个气体通道5的气体流量较小，可更加便于控制，可达到较高的控制精度。而当燃料电池电堆6气体需求量变大时，只需向所有管道同时输出相应占空比信号就可实现大流量气体的供给，由此可见该供给***可根据不同工况迅速改变气体的流量，使燃料电池电堆的气体供给量与实际工况需求量实时匹配，实现了燃料电池汽车燃料的精确流量供给，提高了燃料利用率。
在气体通道5的进气口、出气口处均设有一压力传感器3和一温度传感器4，压力传感器3、温度传感器4均与氢气流量控制器7连接。压力传感器3、温度传感器4可对进入和流出气体通道5的气体进行实时检测，并将检测信号反馈给氢气流量控制器7，使氢气流量控制器7实时对输出的占空比信号进行修正，从而可对气体通道5内气体流量达到对更加精确控制的目的。
本发明的燃料流量精确控制供给***可实现燃料电池汽车燃料的精确的流量供给，可使氢气的供给量与需求量保持基本一致(如图2所示)，这样可有效提高氢气燃料的利用率，减低氢气的浪费，同时为实现下一步燃料电池阳极循环***奠定了基础。该供给***可通过不同管道的任意组合，以及各电磁阀占空比信号的变化，实现喷射不同流量不同压力氢气的目的，准确输出氢气流量，保证氢气的温度、压力满足燃料电池电堆实际需要。同时该***可靠性较高，既能稳定输出一定压力流量的气体、也可迅速改变流量输出气体，使燃料电池电堆的气体供给量与实际工况需求量实时匹配，满足车辆动力的实际要求。
以上对本发明实施例所提供的一种车用燃料电池阳极燃料流量精确控制供给***进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制，凡依本发明设计思想所做的任何改变都在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种车用燃料电池阳极燃料流量精确控制供给***，包括氢气瓶、燃料电池电堆，所述氢气瓶与所述燃料电池电堆通过气体通道连接，其特征在于：所述气体通道由至少一个管道组成，所述管道内设有可控制管道通断的电磁阀，所述电磁阀与一氢气流量控制器连接，所述氢气流量控制器发出占空比信号控制所述电磁阀的开启和关闭，所述氢气流量控制器与整车控制器连接。
2.根据权利要求1所述的车用燃料电池阳极燃料流量精确控制供给***，其特征在于：所述气体通道由多个管道组成。
3.根据权利要求1所述的车用燃料电池阳极燃料流量精确控制供给***，其特征在于：所述气体通道的进气口、出气口处均设有一压力传感器和一温度传感器，所述压力传感器、温度传感器与所述氢气流量控制器连接。
4.根据权利要求1所述的车用燃料电池阳极燃料流量精确控制供给***，其特征在于：所述氢气瓶的出气口处设有一减压阀。
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