CN113764700A - 一种燃电***、燃电***的控制方法及车辆 - Google Patents

一种燃电***、燃电***的控制方法及车辆 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种燃电***、燃电***的控制方法及车辆，属于车辆技术领域。所述燃电***包括：空气路与燃料电池堆总成的阴极入口连通，空气路上设置有空气压缩机，空气压缩机的出口与氢气压缩泵装置的输入端连通；氢气压缩泵装置的输出端可与氢气路连通；氢气路与燃料电池堆总成的阳极入口连通；氢气回收路的第一端与燃料电池堆总成的阳极出口连通，氢气回收路的第二端可与氢气压缩泵装置连通。本发明燃电***、燃电***的控制方法及车辆成本低廉且结构简单，不存在电火花导致泄露氢气***危险。

Description

一种燃电***、燃电***的控制方法及车辆
技术领域
本发明涉车辆技术领域，特别涉及一种燃电***、燃电***的控制方法及车辆。
背景技术
随着全球环境与能源等问题的日益严峻，燃料电池汽车因其无污染、能量转换效率高、原料来源广等优点，被认为是未来最具前景的能源动力装置。
PEMFC(质子交换膜燃料电池，proton exchange membrane fuel cell)氢气供给***设计方案分为氢气循环使用与无氢气循环使用，无氢气循环使用对燃料电池性能要求高，不利于阳极燃料的高效率使用，以及燃料电池***的使用寿命，氢气循环使用能高效率使用氢气且利于电堆维护、管理。
目前根据***功率需求、零部件性能和效率等因素考虑，车载燃料电池***的氢气在循环方案主要采用氢气循环泵。
但是，现有技术中的氢气循环泵靠电机进行驱动，由氢气循环泵自带的控制器对氢泵转速进行控制，体积较大而且价格昂贵，机械部件较多而且需要润滑，运行时伴有噪声并且存在氢气污染风险，同时需要PDU(Power Distribution Unit，电源分配单元)分配电能给氢泵，增加了PDU的设计复杂性。
发明内容
本发明提供一种燃电***、燃电***的控制方法及车辆，解决了或部分解决了现有技术中通过氢气循环泵实现氢气循环，导致成本高，结构复杂的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种燃电***，与燃料电池堆总成连通，所述燃电***包括：空气路、氢气路、氢气压缩泵装置及氢气回收路；所述空气路与所述燃料电池堆总成的阴极入口连通，所述空气路上设置有空气压缩机，所述空气压缩机的出口与所述氢气压缩泵装置的输入端连通；所述氢气压缩泵装置的输出端可与所述氢气路连通；所述氢气路与所述燃料电池堆总成的阳极入口连通；所述氢气回收路的第一端与所述燃料电池堆总成的阳极出口连通，所述氢气回收路的第二端可与所述氢气压缩泵装置连通。
进一步地，所述燃电***还包括：引射器；所述引射器设置在所述氢气路上；所述氢气回收路的第二端可选择性地与所述氢气压缩泵装置或引射器连通。
进一步地，所述氢气压缩泵装置包括：第一三通管、第一连通管、空气涡轮机、驱动连接轴及氢气压缩机；所述第一三通管设置在所述空气路上，所述第一三通管的入口与所述空气压缩机的出口连通，所述第一三通管的第一出口与所述第一连通管连通，所述第一三通管的第二出口与所述燃料电池堆总成的阴极入口连通；所述第一连通管与所述空气涡轮机连通，所述第一连通管上设置有流量调节电磁阀；所述驱动连接轴的第一端与所述空气涡轮机的输出端连接，所述驱动连接轴的第二端与所述氢气压缩机连接；所述氢气压缩机的进气口可与所述氢气回收路的第二端连通，所述氢气压缩机的出气口可与所述氢气路连通。
进一步地，所述空气路上设置有中冷器、第二三通管及增湿器；所述中冷器的入口与所述第一三通管的第二出口连通；所述第二三通管的入口与所述中冷器的的出口连通，所述第二三通管的第一出口上设置有泄压阀，所述第二三通管的第二出口与所述增湿器的空气入口连通；所述增湿器的空气出口与所述燃料电池堆总成的阴极入口连通，所述增湿器的尾气入口与所述燃料电池堆总成的阴极出口连通，所述增湿器的尾气出口处设置有背压阀。
进一步地，所述氢气回收路上设置有气液分离器及三通电磁阀；所述气液分离器的入口与所述燃料电池堆总成的阳极出口连通，所述气液分离器的出液口上设置有排水阀，所述气液分离器出气口与所述三通电磁阀的入口连通；所述三通电磁阀的第一出口与所述氢气压缩泵装置连通，所述三通电磁阀的第二出口与所述引射器连通。
进一步地，所述氢气路上设置有氢气瓶、引射器比例阀及四通管；所述氢气瓶的出气口通过所述引射器比例阀与所述引射器连通；所述四通管的第一入口与所述引射器连通，所述四通管的第二入口可与所述氢气压缩泵装置的输出端连通，所述四通管的第一出口与所述燃料电池堆总成的阳极入口连通。
进一步地，所述氢气路上设置有第二连通管；所述第二连通管与所述四通管的第二出口连通，所述第二连通管上设置有卸荷阀。
进一步地，所述氢气路上设置有关断阀；所述关断阀设置在所述氢气瓶与所述引射器比例阀之间。
基于相同的发明构思，本申请还提供一种燃电***的控制方法，包括：当燃料电池堆总成进行工作时，VCU(整车控制器，Vehicle control unit)给FCU(燃料电池主控制器，Fuel cell master controller)发出Pi的功率请求；若Pi≤20kw，则氢气回收路的第二端与氢气压缩泵装置连通，氢气压缩泵装置的输出端与氢气路连通，氢气压缩泵装置的流量调节电磁阀打开，空气压缩机将气体供给给氢气压缩泵装置，带动氢气压缩泵装置动作，此时，氢气回收路的第二端与氢气压缩泵装置连通，将燃料电池堆总成的阳极出口的循环氢气供给氢气压缩泵装置，氢气压缩泵装置将循环氢气压缩，并供给给氢气路，通过氢气路将氢气供给给燃料电池堆总成的阳极入口，使阳极进行电化学反应；若Pi＞20kw，则氢气回收路的第二端与引射器连通，将燃料电池堆总成的阳极出口的循环氢气供给引射器，引射器将循环氢气供给给氢气路，通过氢气路将氢气供给给燃料电池堆总成的阳极入口。
进一步地，当Pi≤20kw时，获取氢气压缩泵装置的氢气压缩机的转速：所述Pi对应燃料电池堆总成的阳极入口需求氢气质量流量为QH1、计量比为βH1、压力为PH1，燃料电池堆总成的阳极出口压力为PH2，由PH1除以PH2可以得出氢气压缩机压比πi，由βH1减1后除以βH1，再乘以QH1，可以得到未反应氢气质量流量QH2，由氢气压缩机压比πi与未反应氢气质量流量QH2，结合氢气压缩机的试验map图，可以得出氢气压缩机的转速nH1，以及氢气压缩所需要能耗W1；获取氢气压缩泵装置的流量调节电磁阀开度：所述Pi对应燃料电池堆总成的阴极需求质量流量为QA1、计量比为βA1、压力为PA1，空气压缩机的出口压力为PA2，氢气压缩机的工作效率η1，由W1除以η1，可得空气涡轮机耗能W2；通过W2与PA2，可得流经空气涡轮机的空气质量流量QA2，进而得出流量调节电磁阀开度；获取空气压缩机的转速：所述Pi对应燃料电池堆总成的阴极需求质量流量为QA1、计量比为βA1、压力为PA1，空气压缩机的出口压力为PA2，而流经氢气压缩泵装置的空气涡轮机的空气质量流量为QA2，QA1加上QA2可得总进气量QA3，通过空气压缩机工作特性map图可得空气压缩机的转速。
基于相同的发明构思，本申请还提供一种车辆，包括所述的燃电***。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
由于空气路与燃料电池堆总成的阴极入口连通，空气路上设置有空气压缩机，空气压缩机的出口与氢气压缩泵装置的输入端连通，氢气压缩泵装置的输出端可与氢气路连通，氢气路与燃料电池堆总成的阳极入口连通，引射器设置在氢气路上，氢气回收路的第一端与燃料电池堆总成的阳极出口连通，氢气回收路的第二端可与氢气压缩泵装置连通，所以，当燃料电池堆总成进行小功率工作时，空气压缩机将压缩后的高温高压气体通过空气路供给给燃料电池堆总成的阴极入口，使阴极进行电化学反应，同时，燃料电池堆总成需要空气与氢气反应气量少，对于空气压缩机而言，此时空气压缩机有足够的空气压缩能力富余，可以同时将气体供给给氢气压缩泵装置，利用空气压缩机出口高温高压气体能量带动氢气压缩泵装置动作，此时，氢气回收路的第二端与氢气压缩泵装置连通，将燃料电池堆总成的阳极出口的循环氢气供给氢气压缩泵装置，氢气压缩泵装置将循环氢气压缩，并供给给氢气路，通过氢气路将氢气供给给燃料电池堆总成的阳极入口，使阳极进行电化学反应，不需要传统氢泵中的电机与控制器元件，成本低廉且结构简单，不存在电火花导致泄露氢气***危险。
附图说明
图1为本发明实施例提供的燃电***的氢气压缩泵装置的工作示意图；
图2为图1中燃电***的引射器的工作示意图；
图3为图1中燃电***的空气压缩机的运行map图；
图4为图1中燃电***的氢气压缩机的试验map图；
图5为图1中燃电***的空气压缩机与背压阀联合运行曲线图。
具体实施方式
参见图1，本发明实施例提供的一种燃电***，与燃料电池堆总成1连通，燃电***包括：空气路2、氢气路3、氢气压缩泵装置4及氢气回收路6。
空气路2与燃料电池堆总成1的阴极入口连通，空气路2上设置有空气压缩机7，空气压缩机7的出口与氢气压缩泵装置4的输入端连通。
氢气压缩泵装置4的输出端可与氢气路连通。
氢气路3与燃料电池堆总成1的阳极入口连通。
氢气回收路6的第一端与燃料电池堆总成1的阳极出口连通，氢气回收路6的第二端可与氢气压缩泵装置4连通。
本申请具体实施方式由于空气路2与燃料电池堆总成1的阴极入口连通，空气路2上设置有空气压缩机7，空气压缩机7的出口与氢气压缩泵装置4的输入端连通，氢气压缩泵装置4的输出端可与氢气路3连通，氢气路3与燃料电池堆总成1的阳极入口连通，引射器5设置在氢气路3上，氢气回收路6的第一端与燃料电池堆总成1的阳极出口连通，氢气回收路6的第二端可与氢气压缩泵装置4连通，所以，当燃料电池堆总成1进行小功率工作时，空气压缩机7将压缩后的高温高压气体通过空气路2供给给燃料电池堆总成1的阴极入口，使阴极进行电化学反应，同时，燃料电池堆总成1需要空气与氢气反应气量少，对于空气压缩机7而言，此时空气压缩机7有足够的空气压缩能力富余，可以同时将气体供给给氢气压缩泵装置4，利用空气压缩机7出口高温高压气体能量带动氢气压缩泵装置4动作，此时，氢气回收路6的第二端与氢气压缩泵装置4连通，将燃料电池堆总成1的阳极出口的循环氢气供给氢气压缩泵装置4，氢气压缩泵装置4将循环氢气压缩，并供给给氢气路3，通过氢气路3将氢气供给给燃料电池堆总成1的阳极入口，使阳极进行电化学反应，不需要传统氢泵中的电机与控制器元件，成本低廉且结构简单，不存在电火花导致泄露氢气***危险。
具体地，参见图2，燃电***还包括：引射器5。
引射器5设置在氢气路3上。
氢气回收路6的第二端可选择性地与氢气压缩泵装置或引射器5连通。
当燃料电池堆总成1进行大功率工作时，氢气回收路6的第二端与引射器5连通，将燃料电池堆总成1的阳极出口的循环氢气供给引射器5，引射器5结构简单、运行可靠、噪音低，无额外功耗，引射器5将循环氢气供给给氢气路3，通过氢气路3将氢气供给给燃料电池堆总成1的阳极入口，使阳极进行电化学反应，不需要消耗空气压缩机7的能力，保证空气压缩机7工作能力满足***需求。
在本实施方式中，通过采用氢气压缩泵装置4与引射器5并联使用，小功率段小气量高计量比段单独使用氢气压缩泵装置4方案，中高功率大气量低计量比段使用引射器5方案，能充分利用氢气压缩泵装置4与引射器5的工作特性。
具体地，氢气压缩泵装置4包括：第一三通管4-1、第一连通管4-2、空气涡轮机4-3、驱动连接轴4-4及氢气压缩机4-5。
第一三通管4-1设置在空气路2上，第一三通管4-1的入口与空气压缩机7的出口连通，第一三通管4-1的第一出口与第一连通管4-2连通，第一三通管4-1的第二出口与燃料电池堆总成1的阴极入口连通。
第一连通管4-2与空气涡轮机4-3连通，第一连通管4-2上设置有流量调节电磁阀4-6，通过流量调节电磁阀4-6控制进入空气涡轮机4-3的气体流量，同时，可以控制第一连通管4-2的通断。
驱动连接轴4-4的第一端与空气涡轮机4-3的输出端连接，驱动连接轴4-4的第二端与氢气压缩机4-5连接。
氢气压缩机4-5的进气口可与氢气回收路6的第二端连通，氢气压缩机4-5的出气口可与氢气路3连通。
其中，当燃料电池堆总成1进行小功率工作时，空气压缩机7的出口产生的高温高压气体通过第一三通管4-1的第二出口进入燃料电池堆总成1的阴极入口，使阴极进行电化学反应，同时，打开流量调节电磁阀4-6，高温高压气体还通过一三通管4-1的第一出口进入第一连通管4-2，通过第一连通管4-2供给给空气涡轮机4-3，使空气涡轮机4-3转动，进而通过驱动连接轴4-4的带动氢气压缩机4-5动作，此时，氢气回收路6的第二端与氢气压缩机4-5连通，氢气压缩机4-5将料电池堆总成1的阳极出口的循环氢气吸入压缩，加压至燃料电池堆总成1工作压力范围，并供给给氢气路3，通过氢气路3将氢气供给给燃料电池堆总成1的阳极入口，使阳极进行电化学反应，不需要传统氢泵中的电机与控制器元件，成本低廉且结构简单，不存在电火花导致泄露氢气***危险。
当燃料电池堆总成1进行小功率工作时，需要空气与氢气反应气量少，对于空气压缩机7而言，此时空气压缩机7有足够的空气压缩能力富余，且空气质量流量是氢气质量流量的40倍左右，只需要略微提升空气压缩机7转速，就能满足空气涡轮机4-3驱动流量需求，不会对空气压缩机7增加太多工作负荷，保证空气压缩机7可以正常工作。
具体地，空气路2上设置有中冷器8、第二三通管9及增湿器10。
中冷器10的入口与第一三通管4-2的第二出口连通。
第二三通管9的入口与中冷器8的的出口连通，第二三通管9的第一出口上设置有泄压阀11，第二三通管9的第二出口与增湿器10的空气入口连通。
增湿器10的空气出口与燃料电池堆总成1的阴极入口连通，通过增湿器10对气体进行增湿。增湿器10的尾气入口与燃料电池堆总成1的阴极出口连通，增湿器10的尾气出口处设置有背压阀12。
空气压缩机7将压缩后的高温高压气体输送至中冷器8，通过中冷器8对高温高压气体降温，然后，依次通过第二三通管9的第二出口、增湿器10的空气入口、增湿器10的空气出口及燃料电池堆总成1的阴极入口进入燃料电池堆总成1的阴极内，进行电化学反应。燃料电池堆总成1的阴极内反应完的废气依次通过增湿器10的尾气入口及增湿器10的尾气出口排出。
在本实施方式中，空气路2上设置有第一压力传感器、第一湿度传感器及第一温度传感器，第一压力传感器、第一湿度传感器及第一温度传感器设置在增湿器10的空气出口与燃料电池堆总成1的阴极入口之间，通过第一压力传感器获取进入燃料电池堆总成1的阴极的气体压力，通过第一湿度传感器获取进入燃料电池堆总成1的阴极的气体湿度，通过第一温度传感器获取进入燃料电池堆总成1的阴极的气体温度。
在本实施方式中，增湿器10的尾气入口与燃料电池堆总成1的阴极出口之间设置有第二压力传感器、第二湿度传感器及第二温度传感器，通过第二压力传感器获取燃料电池堆总成1的阴极的尾气压力，通过第二湿度传感器获取燃料电池堆总成1的阴极的尾气湿度，通过第二温度传感器获取燃料电池堆总成1的阴极的尾气温度。
在本实施方式中，空气路2上设置有第三压力传感器、第三湿度传感器及第三温度传感器，第三压力传感器、第三湿度传感器及第三温度传感器设置在增湿器10与第二三通管9之间，通过第三压力传感器获取进入增湿器10的气体压力，通过第三湿度传感器获取进入增湿器10的气体湿度，通过第三温度传感器获取进入增湿器10的气体温度。
参见图5，对于空气压缩机7匹配特性，在燃电***运行过程中，空气压缩机7必须与背压阀12、泄压阀11共同作用，也就是说，通过控制背压阀12及泄压阀11的开闭来调节空气路2的压力，保证空气压缩机7运转工况远离喘振曲线，并使空气压缩机7工作在等熵效率高效区域，否则会导致空气压缩机7的叶片损坏且工作效率恶化。尤其在怠速工况时，泄压阀11开度接近50％，大量未反应压缩干空气排入大气中，造成能量浪费，将其引入氢气压缩泵装置4内来压缩未反应循环氢气，能极大提高燃电***的燃料利用率。
具体地，空气路2上设置有空气滤清器13及流量计14，通过空气滤清器13过滤空气，通过流量计14获取进入空气压缩机7的空气的流量。
空气滤清器13通过流量计14与空气压缩机7的入口连通。
其中，空气滤清器13将过滤好的空气通过流量计14进入空气压缩机7内，保证空气的洁净度。
具体地，氢气回收路6上设置有气液分离器15及三通电磁阀16。
气液分离器15的入口与燃料电池堆总成1的阳极出口连通，气液分离器15的出液口上设置有排水阀24，气液分离器15出气口与三通电磁阀16的入口连通。
三通电磁阀16的第一出口与氢气压缩泵装置4连通，三通电磁阀16的第二出口与引射器5连通。
燃料电池堆总成1的阳极出口将循环氢气输送至氢气回收路6内，通过气液分离器15对循环氢气进行气液分离，气液分离器15分离出的液态水依次通过气液分离器15的出液口及排水阀24排出，循环氢气通过气液分离器15出气口及三通电磁阀16入口进入三通电磁阀16内。当燃料电池堆总成1进行小功率工作时，三通电磁阀16的第一出口与氢气压缩泵装置4的氢气压缩机4-5连通，当燃料电池堆总成1进行大功率工作时，三通电磁阀16的第二出口与引射器5连通，通过三通电磁阀16控制循环氢气的流向。
在本实施方式中，氢气回收路6上设置有第四压力传感器，第四传感器设置在燃料电池堆总成1的阳极出口与气液分离器15之间。第四传感器用于获取燃料电池堆总成1的阳极出口排出的循环氢气的压力。
具体地，氢气路3上设置有氢气瓶17、引射器比例阀18及四通管19。
氢气瓶17的出气口通过引射器比例阀18与引射器5连通。
四通管19的第一入口与引射器5连通，四通管19的第二入口可与氢气压缩泵装置4的输出端连通，四通管19的第一出口与燃料电池堆总成1的阳极入口连通。
当燃料电池堆总成1进行大功率工作时，氢气由氢气瓶17减压后，进入引射器比例阀18，引射器比例阀18调节进入引射器5的氢气质量流量，通过氢气中压传感器20检测引射器比例阀18前端的氢气压力，由引射器5出口经四通管19的第一入口、四通管19的第一出口及燃料电池堆总成1的阳极入口进入燃料电池堆总成1的阳极，由于进入燃料电池堆总成1的阳极的氢气计量比是高于1的，未反应完的循环氢气与少量水分，从燃料电池堆总成1的阳极出口流至气液分离器15，进行气液分离。
在本实施方式中，由从氢气瓶17出来的主流氢气，在引射器5出口形成的负压引流，吸入从引射器5入口进入的未反应完全的循环氢气，通过混合、扩压和减速等一系列工作，通过引射器5后，循环氢气的压力提高，满足燃电***氢气使用率要求。
在本实施方式中，氢气路3上设置有第五压力传感器，第五压力传感器设置在燃料电池堆总成1的阳极入口与四通管19之间，通过第五压力传感器获取进入燃料电池堆总成1的阳极的氢气压力。
在本实施方式中，氢气路3上设置有第二连通管21，第二连通管21与四通管19的第二出口连通，第二连通管上设置有卸荷阀22，防止引射器比例阀18后端与燃料电池堆总成1内部直通的管路压力突然增大，保证整个管路的压力安全。
在本实施方式中，氢气路3上设置有关断阀23，关断阀23设置在氢气瓶17与引射器比例阀18之间，通过关断阀23控制氢气路3的通断。
基于相同的发明构思，本申请还提供一种燃电***的控制方法包括以下步骤：
当燃电***启动成功，VCU给FCU发出Pi的功率请求。
参见图1，步骤S1,若Pi≤20kw，则氢气回收路6的第二端与氢气压缩泵装置4连通，氢气压缩泵装置4的输出端与氢气路3连通，氢气压缩泵装置4的流量调节电磁阀打开，空气压缩机7将气体供给给氢气压缩泵装置4，带动氢气压缩泵装置4动作，此时，氢气回收路6的第二端与氢气压缩泵装置4连通，将燃料电池堆总成1的阳极出口的循环氢气供给氢气压缩泵装置4，氢气压缩泵装置4将循环氢气压缩，并供给给氢气路3，通过氢气路3将氢气供给给燃料电池堆总成1的阳极入口，使阳极进行电化学反应。
参见图2，步骤S2,若Pi＞20kw，则氢气回收路6的第二端与引射器5连通，将燃料电池堆总成1的阳极出口的循环氢气供给引射器5，引射器5将循环氢气供给给氢气路3，通过氢气路3将氢气供给给燃料电池堆总成1的阳极入口。
详细介绍步骤S1。
当Pi≤20kw时。
结合图4，获取氢气压缩泵装置4的氢气压缩机4-5的转速：Pi对应燃料电池堆总成1的阳极入口需求氢气质量流量为QH1、计量比为βH1、压力为PH1，燃料电池堆总成1的阳极出口压力为PH2，由PH1除以PH2可以得出氢气压缩机4-5压比πi，由βH1减1后除以βH1，再乘以QH1，可以得到未反应氢气质量流量QH2，由氢气压缩机4-5压比πi与未反应氢气质量流量QH2，结合氢气压缩机4-5的试验map图，可以得出氢气压缩机4-5的转速nH1，以及氢气压缩所需要能耗W1。
获取氢气压缩泵装置4的流量调节电磁阀4-6开度：Pi对应燃料电池堆总成1的阴极需求质量流量为QA1、计量比为βA1、压力为PA1，空气压缩机7的出口压力为PA2，氢气压缩机4-5的工作效率η1，由W1除以η1，可得空气涡轮机7的耗能W2，通过W2与PA2，可得流经空气涡轮机7的空气质量流量QA2，进而得出流量调节电磁阀4-6开度。
结合图3，获取空气压缩机7的转速：Pi对应燃料电池堆总成1的阴极需求质量流量为QA1、计量比为βA1、压力为PA1，空气压缩机7的出口压力为PA2，而流经氢气压缩泵装置4的空气涡轮机4-3的空气质量流量为QA2，QA1加上QA2可得总进气量QA3，通过空气压缩机7工作特性map可得空气压缩机7的转速。
本发明还提出一种车辆，该车辆采用了所述燃电***，该燃电***参照上述实施例，由于燃电***采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种燃电***，与燃料电池堆总成连通，其特征在于，所述燃电***包括：空气路、氢气路、氢气压缩泵装置及氢气回收路；
所述空气路与所述燃料电池堆总成的阴极入口连通，所述空气路上设置有空气压缩机，所述空气压缩机的出口与所述氢气压缩泵装置的输入端连通；
所述氢气压缩泵装置的输出端可与所述氢气路连通；
所述氢气路与所述燃料电池堆总成的阳极入口连通；
所述氢气回收路的第一端与所述燃料电池堆总成的阳极出口连通，所述氢气回收路的第二端可与所述氢气压缩泵装置连通。
2.根据权利要求1所述的燃电***，其特征在于，所述燃电***还包括：引射器；
所述引射器设置在所述氢气路上；
所述氢气回收路的第二端可选择性地与所述氢气压缩泵装置或引射器连通。
3.根据权利要求1或2所述的燃电***，其特征在于，所述氢气压缩泵装置包括：第一三通管、第一连通管、空气涡轮机、驱动连接轴及氢气压缩机；
所述第一三通管设置在所述空气路上，所述第一三通管的入口与所述空气压缩机的出口连通，所述第一三通管的第一出口与所述第一连通管连通，所述第一三通管的第二出口与所述燃料电池堆总成的阴极入口连通；
所述第一连通管与所述空气涡轮机连通，所述第一连通管上设置有流量调节电磁阀；
所述驱动连接轴的第一端与所述空气涡轮机的输出端连接，所述驱动连接轴的第二端与所述氢气压缩机连接；
所述氢气压缩机的进气口可与所述氢气回收路的第二端连通，所述氢气压缩机的出气口可与所述氢气路连通。
4.根据权利要求3所述的燃电***，其特征在于：
所述空气路上设置有中冷器、第二三通管及增湿器；
所述中冷器的入口与所述第一三通管的第二出口连通；
所述第二三通管的入口与所述中冷器的的出口连通，所述第二三通管的第一出口上设置有泄压阀，所述第二三通管的第二出口与所述增湿器的空气入口连通；
所述增湿器的空气出口与所述燃料电池堆总成的阴极入口连通，所述增湿器的尾气入口与所述燃料电池堆总成的阴极出口连通，所述增湿器的尾气出口处设置有背压阀。
5.根据权利要求1或2所述的燃电***，其特征在于：
所述氢气回收路上设置有气液分离器及三通电磁阀；
所述气液分离器的入口与所述燃料电池堆总成的阳极出口连通，所述气液分离器的出液口上设置有排水阀，所述气液分离器出气口与所述三通电磁阀的入口连通；
所述三通电磁阀的第一出口与所述氢气压缩泵装置连通，所述三通电磁阀的第二出口与所述引射器连通。
6.根据权利要求1或2所述的燃电***，其特征在于：
所述氢气路上设置有氢气瓶、引射器比例阀及四通管；
所述氢气瓶的出气口通过所述引射器比例阀与所述引射器连通；
所述四通管的第一入口与所述引射器连通，所述四通管的第二入口可与所述氢气压缩泵装置的输出端连通，所述四通管的第一出口与所述燃料电池堆总成的阳极入口连通。
7.根据权利要求6所述的燃电***，其特征在于：
所述氢气路上设置有第二连通管；
所述第二连通管与所述四通管的第二出口连通，所述第二连通管上设置有卸荷阀；
所述氢气路上设置有关断阀；
所述关断阀设置在所述氢气瓶与所述引射器比例阀之间。
8.一种燃电***的控制方法，基于权利要求1-7任意一项所述的燃电***，其特征在于，所述燃电***的控制方法包括：
当燃料电池堆总成进行工作时，VCU给FCU发出Pi的功率请求；
若Pi≤20kw，则氢气回收路的第二端与氢气压缩泵装置连通，氢气压缩泵装置的输出端与氢气路连通，氢气压缩泵装置的流量调节电磁阀打开，空气压缩机将气体供给给氢气压缩泵装置，带动氢气压缩泵装置动作，此时，氢气回收路的第二端与氢气压缩泵装置连通，将燃料电池堆总成的阳极出口的循环氢气供给氢气压缩泵装置，氢气压缩泵装置将循环氢气压缩，并供给给氢气路，通过氢气路将氢气供给给燃料电池堆总成的阳极入口，使阳极进行电化学反应；
若Pi＞20kw，则氢气回收路的第二端与引射器连通，将燃料电池堆总成的阳极出口的循环氢气供给引射器，引射器将循环氢气供给给氢气路，通过氢气路将氢气供给给燃料电池堆总成的阳极入口。
9.根据权利要求8所述的燃电***的控制方法，其特征在于：
当Pi≤20kw时，获取氢气压缩泵装置的氢气压缩机的转速：所述Pi对应燃料电池堆总成的阳极入口需求氢气质量流量为QH1、计量比为βH1、压力为PH1，燃料电池堆总成的阳极出口压力为PH2，由PH1除以PH2可以得出氢气压缩机压比πi，由βH1减1后除以βH1，再乘以QH1，可以得到未反应氢气质量流量QH2，由氢气压缩机压比πi与未反应氢气质量流量QH2，结合氢气压缩机的试验map图，可以得出氢气压缩机的转速nH1，以及氢气压缩所需要能耗W1；
获取氢气压缩泵装置的流量调节电磁阀开度：所述Pi对应燃料电池堆总成的阴极需求质量流量为QA1、计量比为βA1、压力为PA1，空气压缩机的出口压力为PA2，氢气压缩机的工作效率η1，由W1除以η1，可得空气涡轮机耗能W2；通过W2与PA2，可得流经空气涡轮机的空气质量流量QA2，进而得出流量调节电磁阀开度；
获取空气压缩机的转速：所述Pi对应燃料电池堆总成的阴极需求质量流量为QA1、计量比为βA1、压力为PA1，空气压缩机的出口压力为PA2，而流经氢气压缩泵装置的空气涡轮机的空气质量流量为QA2，QA1加上QA2可得总进气量QA3，通过空气压缩机工作特性map可得空气压缩机的转速；
若Pi＞20kw，则氢气回收路的第二端与引射器连通。
10.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求1-7任意一项所述的燃电***。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113921864A (zh) * 2021-12-09 2022-01-11 国家电投集团氢能科技发展有限公司 一种燃料电池的供氢调控***和调控方法
CN114204081A (zh) * 2021-12-08 2022-03-18 上海澄朴科技有限公司 一种燃料电池***氢气循环流量检测装置
CN114593360A (zh) * 2022-01-29 2022-06-07 东风汽车集团股份有限公司 一种用于燃料电池车的供氢***、方法及装置
WO2023246669A1 (zh) * 2022-06-21 2023-12-28 福州大学 一种燃料电池发电***及其控制方法

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001351657A (ja) * 2000-06-05 2001-12-21 Honda Motor Co Ltd 燃料電池のガス供給装置
JP2003031244A (ja) * 2001-07-13 2003-01-31 Honda Motor Co Ltd 燃料電池用ガス循環システム及び燃料電池用ガス循環装置
US20050158601A1 (en) * 2004-01-20 2005-07-21 Skala Glenn W. Method to startup a fuel cell stack without battery derived compressor power
US20090181270A1 (en) * 2008-01-11 2009-07-16 Gm Global Technology Operations, Inc. Anode Recirculation Pump Control Strategy
WO2015082304A1 (de) * 2013-12-06 2015-06-11 Volkswagen Ag Brennstoffzellen-vorrichtung mit verbesserter brennstoff-zirkulation im unteren leistungsbereich, sowie verfahren dafür
CN106915235A (zh) * 2017-02-28 2017-07-04 石家庄新华能源环保科技股份有限公司 一种净化环境空气的高效氢能源汽车动力***
CN110459788A (zh) * 2019-08-26 2019-11-15 北京久安通氢能科技有限公司 一种燃料电池***氢气回收装置
CN110649287A (zh) * 2019-09-30 2020-01-03 潍柴动力股份有限公司 一种燃料电池发动机***及其供气***和一种控制方法
CN111224130A (zh) * 2018-11-27 2020-06-02 广州汽车集团股份有限公司 一种燃料电池及其空气供给***
CN111244506A (zh) * 2020-01-17 2020-06-05 擎能动力科技(苏州)有限公司 新能源汽车燃料电池***、工作方法、氢气进气流量计算方法、效率评价方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001351657A (ja) * 2000-06-05 2001-12-21 Honda Motor Co Ltd 燃料電池のガス供給装置
JP2003031244A (ja) * 2001-07-13 2003-01-31 Honda Motor Co Ltd 燃料電池用ガス循環システム及び燃料電池用ガス循環装置
US20050158601A1 (en) * 2004-01-20 2005-07-21 Skala Glenn W. Method to startup a fuel cell stack without battery derived compressor power
US20090181270A1 (en) * 2008-01-11 2009-07-16 Gm Global Technology Operations, Inc. Anode Recirculation Pump Control Strategy
WO2015082304A1 (de) * 2013-12-06 2015-06-11 Volkswagen Ag Brennstoffzellen-vorrichtung mit verbesserter brennstoff-zirkulation im unteren leistungsbereich, sowie verfahren dafür
CN106915235A (zh) * 2017-02-28 2017-07-04 石家庄新华能源环保科技股份有限公司 一种净化环境空气的高效氢能源汽车动力***
CN111224130A (zh) * 2018-11-27 2020-06-02 广州汽车集团股份有限公司 一种燃料电池及其空气供给***
CN110459788A (zh) * 2019-08-26 2019-11-15 北京久安通氢能科技有限公司 一种燃料电池***氢气回收装置
CN110649287A (zh) * 2019-09-30 2020-01-03 潍柴动力股份有限公司 一种燃料电池发动机***及其供气***和一种控制方法
CN111244506A (zh) * 2020-01-17 2020-06-05 擎能动力科技(苏州)有限公司 新能源汽车燃料电池***、工作方法、氢气进气流量计算方法、效率评价方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114204081A (zh) * 2021-12-08 2022-03-18 上海澄朴科技有限公司 一种燃料电池***氢气循环流量检测装置
CN114204081B (zh) * 2021-12-08 2024-04-09 上海澄朴科技有限公司 一种燃料电池***氢气循环流量检测装置
CN113921864A (zh) * 2021-12-09 2022-01-11 国家电投集团氢能科技发展有限公司 一种燃料电池的供氢调控***和调控方法
CN113921864B (zh) * 2021-12-09 2022-06-07 国家电投集团氢能科技发展有限公司 一种燃料电池的供氢调控***和调控方法
CN114593360A (zh) * 2022-01-29 2022-06-07 东风汽车集团股份有限公司 一种用于燃料电池车的供氢***、方法及装置
WO2023246669A1 (zh) * 2022-06-21 2023-12-28 福州大学 一种燃料电池发电***及其控制方法

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