CN113921864B - 一种燃料电池的供氢调控***和调控方法 - Google Patents

一种燃料电池的供氢调控***和调控方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113921864B
CN113921864B CN202111496372.4A CN202111496372A CN113921864B CN 113921864 B CN113921864 B CN 113921864B CN 202111496372 A CN202111496372 A CN 202111496372A CN 113921864 B CN113921864 B CN 113921864B
Authority
CN
China
Prior art keywords
hydrogen
fuel cell
cell stack
pressure
output end
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111496372.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113921864A (zh
Inventor
陈平
刘云梅
王雪娥
王栋
方贝
宋宗晏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ningbo Lvdong Hydrogen Technology Research Institute Co ltd
Spic Hydrogen Energy Technology Development Co Ltd
Original Assignee
Spic Hydrogen Energy Technology Development Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Spic Hydrogen Energy Technology Development Co Ltd filed Critical Spic Hydrogen Energy Technology Development Co Ltd
Priority to CN202111496372.4A priority Critical patent/CN113921864B/zh
Publication of CN113921864A publication Critical patent/CN113921864A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113921864B publication Critical patent/CN113921864B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C13/00—Details of vessels or of the filling or discharging of vessels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C13/00—Details of vessels or of the filling or discharging of vessels
    • F17C13/02—Special adaptations of indicating, measuring, or monitoring equipment
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C13/00—Details of vessels or of the filling or discharging of vessels
    • F17C13/02—Special adaptations of indicating, measuring, or monitoring equipment
    • F17C13/025—Special adaptations of indicating, measuring, or monitoring equipment having the pressure as the parameter
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C13/00—Details of vessels or of the filling or discharging of vessels
    • F17C13/04—Arrangement or mounting of valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C7/00—Methods or apparatus for discharging liquefied, solidified, or compressed gases from pressure vessels, not covered by another subclass
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04097—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with recycling of the reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04104—Regulation of differential pressures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04156—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2205/00—Vessel construction, in particular mounting arrangements, attachments or identifications means
    • F17C2205/03—Fluid connections, filters, valves, closure means or other attachments
    • F17C2205/0388—Arrangement of valves, regulators, filters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2221/00—Handled fluid, in particular type of fluid
    • F17C2221/01—Pure fluids
    • F17C2221/012—Hydrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2227/00—Transfer of fluids, i.e. method or means for transferring the fluid; Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/01—Propulsion of the fluid
    • F17C2227/0128—Propulsion of the fluid with pumps or compressors
    • F17C2227/0135—Pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2250/00—Accessories; Control means; Indicating, measuring or monitoring of parameters
    • F17C2250/03—Control means
    • F17C2250/032—Control means using computers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2250/00—Accessories; Control means; Indicating, measuring or monitoring of parameters
    • F17C2250/04—Indicating or measuring of parameters as input values
    • F17C2250/0404—Parameters indicated or measured
    • F17C2250/043—Pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2250/00—Accessories; Control means; Indicating, measuring or monitoring of parameters
    • F17C2250/04—Indicating or measuring of parameters as input values
    • F17C2250/0404—Parameters indicated or measured
    • F17C2250/0443—Flow or movement of content
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2265/00—Effects achieved by gas storage or gas handling
    • F17C2265/01—Purifying the fluid
    • F17C2265/015—Purifying the fluid by separating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2270/00—Applications
    • F17C2270/01—Applications for fluid transport or storage
    • F17C2270/0165—Applications for fluid transport or storage on the road
    • F17C2270/0184—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/32—Hydrogen storage
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明实施例提供了一种燃料电池的供氢调控***和调控方法，调控***包括集成氢气压力/流量调节装置和引射器的一体结构以及控制器，还包括供氢设备、氢燃料电池电堆和余氢回收组件。本发明实施例提供的供氢调控***在运行时对氢气流量、压力的精准控制，并对过量氢气进行循环以提高氢气利用率，同时改善电堆内水热平衡的需求，本发明实施例提供的供氢调控***具有简单的结构设计及严谨的控制逻辑且调控方法简单，保证燃料电池***可在全功率段长时间稳定工作。

Description

一种燃料电池的供氢调控***和调控方法
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，特别涉及到一种燃料电池的供氢调控***和调控方法。
背景技术
目前燃料电池***的氢气供应一般是通过氢喷引射器（喷嘴与引射器组合形成）或者比例阀结合引射器或比例阀结合循环泵来解决，氢喷引射器和比例阀通过不同占空比和不同开度来快速响应流量的供给，引射器和循环泵用来回流氢燃料电池电堆出口过量的氢气，同时达到为氢气增湿并改善氢燃料电池电堆内部的水平衡的效果，并提高氢气利用率和质子交换膜的传输性能。
但是使用循环泵来进行氢燃料电池电堆的出口处过量氢气的循环时，会增加燃料电池***的成本、结构设计难度、***控制难度、增加寄生功率、降低燃料电池***的输出功率。而引射器具有结构简单、无寄生功率、成本低等优点，但因引射器的结构特性在燃料电池的低功率区间时，电堆出口的气体压力较低，这部分气体经过汽水分离器进入引射器的压力也较低不能产生有效的循环能力，导致燃料电池电堆的氢气利用率较低，严重的情况甚至会发生从引射器或比例阀出来的气流直接经过引射回流口出去而不进入燃料电池电堆的情况（即引射器失效区），使得燃料电池电堆会严重发生饥饿状态，造成严重后果。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一，提出了一种燃料电池的供氢调控***和调控方法，在运行时对氢气流量、压力的精准控制，并对过量氢气进行循环以提高氢气利用率，同时改善电堆内水热平衡的需求，本发明实施例提供的供氢调控***具有简单的结构设计及严谨的控制逻辑且调控方法简单，保证燃料电池***可在全功率段长时间稳定工作。
有鉴于此，根据本发明的一个方面提出了一种燃料电池的供氢调控***，包括
集成氢气压力/流量调节装置和引射器的一体结构以及控制器；所述控制器与所述一体结构连接用于根据***输出功率的需求对所述一体结构进行调控，从而实现对氢燃料电池电堆的供氢的压力/流量的调节；
供氢设备，所述供氢设备的输出端连接所述一体结构的输入端；
所述氢燃料电池电堆，所述一体结构的输出端连接所述氢燃料电池电堆的输入端，且所述氢燃料电池电堆的输出端连接所述一体结构的输出端；和
余氢回收组件，所述氢燃料电池电堆的输出端连接所述余氢回收组件的输入端。
在一些实施例中，所述氢气压力/流量调节装置包括，
减压件，所述供氢设备的输出端连接所述减压件的输入端；
第一喷件，所述第一喷件的输入端与所述减压件的输出端连接，且所述第一喷件的输出端连接所述氢燃料电池电堆的输入端；和
第二喷件，所述第二喷件的输入端与所述减压件的输出端连接，且所述第二喷件的后端连接所述引射器；所述引射器的输出端连接所述氢燃料电池电堆的输入端。
在一些实施例中，所述氢气压力/流量调节装置中包括至少一个所述第一喷件和至少一个所述第二喷件；所述第一喷件和所述第二喷件之间并联。
在一些实施例中，所述一体结构中至少包括一个所述氢气压力/流量调节装置；其中所述引射器的数量与所述第二喷件的数量相等。
在一些实施例中，供氢调控***还包括压力传感器，所述一体结构与所述氢燃料电池电堆的输入端之间设置所述压力传感器。
在一些实施例中，供氢调控***包括汽水分离件；所述汽水分离件的输入端连接所述氢燃料电池电堆的输出端；所述汽水分离件的输出端分别连接所述余氢回收组件的输入端和所述一体结构的输出端。
根据本发明的另一个方面提出了一种燃料电池***，包括上述任一实施例中的供氢调控***。
根据本发明的又一个方面提出了一种氢气调控方法，利用上述任一实施例中的供氢调控***，包括：
根据氢燃料电池电堆的电流-流量需求选用至少一个第一喷件和/或至少一个第二喷件参与工作；
所述控制器通过开通和关闭所述第一喷件、所述第二喷件、减压件或电控开关来实现通路的控制，并进行通路切换过程动态响应的模拟；
根据所述压力传感器与所述氢燃料电池电堆的目标压力的差值，改变所述第一喷件和所述第二喷件的占空比，PID控制运算调节所述氢燃料电池电堆的输出端的氢气压力。
在一些实施例中，所述第一喷件和所述第二喷件的占空比的调节运用Base*(1+gain)，其中Base是不同电流下的所述第一喷件和所述第二喷件的基础值，Gain是PID控制运算调整的部分。
根据本发明的再一个方面提出了一种控制设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，
所述处理器执行所述计算机程序时实现所述任一实施例中氢气调控方法的步骤。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为相关技术中氢气循环***的结构示意图。
图2为相关技术中引射器的结构示意图。
图3为本发明一个实施例提供的燃料电池的供氢调控***的结构示意图。
图4为本发明一个实施例提供的燃料电池的供氢调控***的控制原理图。
附图标记
氢气瓶-1；减压阀-2；电堆-3；氢气循环泵-4；氢气引射器-5；第一管道-6；第二管道-7；第三管道-8；第四管道-9；第五管道-10；蝶阀-11；单向阀-12；第一流量计-13；第二流量计-14。
调控***-100；
一体结构-10；第一管道-101；第二管道-102；第三管道-103；第四管道-104；第五管道-105；第六管道-106；第七管道-107；第八管道-108；第九管道-109；第十管道-1010；
氢气压力/流量调节装置-11；减压件-111；第一喷件-112；第二喷件-113；引射器-12；
汽水分离件-20；
供氢设备-30；
氢燃料电池电堆-40；
余氢回收组件-50；排水阀-501；尾排缓冲罐-502；
压力传感器-60。
具体实施方式
本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：
燃料电池电堆进行电化学反应时需要对参与反应的空气流量、空气压力、氢气流量、氢气压力进行精确的控制，以保证燃料电池电堆工作安全可靠。对燃料电池电堆的影响一方面是压力因素，反应气体压力控制主要是维持燃料电池***内部的压力、压差在合理的范围内波动，若压力波动和压差波动较小，则有助于燃料电池***的长时间稳定工作；同时若压差在合理的范围内波动小的话，也能减少燃料电池***内质子交换膜受到的机械损伤，延长氢燃料电池电堆的使用寿命，以及减缓氢燃料电池电堆性能下降的趋势。对燃料电池电堆的影响另一方面是流量因素，当参与反应的空气、氢气的流量不足时，会使燃料电池***发生饥饿状态，此时会影响燃料电池***的电能输出，严重时甚至会发生反极现象对燃料电池***造成不可逆转的损害。同时反应气体流量的波动又会引起压力和压差的波动。
燃料电池***对氢气的流量控制更为重要，因空气的供应一般过量系数都较大，目前一般是1.8-2.5，甚至低功率时能达到3以上，所以当空气的流量减少时，一般还是能满足燃料电池***的反应需求；但氢气的过量系数较小，一般是1.05-1.5左右，所以氢气流量的降低比空气流量的降低更敏感，更容易引起***进入不稳定甚至危险的工作状态。所以如何寻找到合适的氢气压力和流量的控制方法对燃料电池的使用寿命具有重要作用。
相关技术中燃料电池***的氢气供应一般是通过氢喷引射器或比例阀结合引射器或比例阀结合循环泵来解决，氢喷引射器和比例阀通过不同占空比和不同开度来快速响应流量的供给，氢喷引射器和循环泵用来回流氢燃料电池电堆出口过量的氢气，同时为氢气增湿，改善氢燃料电池电堆内部的水平衡，提高氢气利用率和质子交换膜的传输性能。如图1所示提供了一种氢气循环***，氢气循环***，包括氢气瓶1、减压阀2、氢燃料电池电堆3、氢气循环泵4和氢气引射器5。具体的，氢气瓶1的输出端通过第一管道6与减压阀2的输入端相连通，减压阀2的输出端通过第二管道7与氢燃料电池电堆3的阳极入口相连通，减压阀2为比例阀或氢气喷射器，第二管道7上设有用于测量第二管道7氢气流量的第一流量计13，氢燃料电池电堆3的阳极出口通过第三管道8与氢气循环泵4的输入端相连通，第三管道8上设有用于阻止氢气回流至氢燃料电池电堆3内的单向阀12和用于测量第三管道8氢气流量的第二流量计14，氢气循环泵4的输出端通过第四管道9和第五管道10分别与氢气引射器5的输入端和第二管道7相连通，氢气引射器5的输出端与第二管道7相连通，且第五管道10上设有蝶阀11。
其中第二流量计14测量第三管道8的氢气流量，第三管道8的氢气流量大于预设流量值，则打开蝶阀11；否则继续保持蝶阀11处于关闭状态。即当第三管道8的氢气流量较大时（氢燃料电池电堆相应运行在较大功率点），蝶阀11打开，只有引射器和循环泵并联工作；当蝶阀关闭时，引射器和循环泵串联工作。
但是相关专利中使用循环泵来进行氢燃料电池电堆出口过量氢气的循环时，会增加燃料电池***的成本、结构设计难度和***控制难度，并增加寄生功率、降低燃料电池***的输出功率。同时氢燃料电池电堆出口12处增加了单向阀，增加了***结构的复杂性，且单向阀的流阻较大，单向阀的设置增加了燃料电池***对循环泵和引射器的循环能力需求。同时蝶阀关闭时，引射器和循环泵串联，当引射器引射能力失效时，会出现为了满足第二管路上7的每一流量计13的流量需求循环泵的转速需要提高，甚至到了最高转速时也不一定能满足流量需求，因此相关技术中的氢气循环***无法保障燃料电池电堆在低功率时的长期稳定性运行。
基于上述对循环泵的诸多缺陷，可在氢气循环***中只添加氢气引射器，具体的氢气引射器的结构如图2所示。高压流体进入引射器后开始减压增速，合理的引射器结构设计甚至会形成一个真空区间域，不断的吸入引射管路中的低压流体（相对引射器入口的流体压力较低，但相对减压增速后的流体压力更高），两者混合后再经过扩压段混合后从出口流出，若Q2的压力越高，越容易被引射回去与Q1发生混合。在燃料电池***中，氢喷引射器或比例调节阀出来的高压氢气（Q1）进入引射器后会减压增速，氢燃料电池电堆出口未反应完的氢气（Q2）经过引射管路进入引射器与Q1混合后再进入氢燃料电池电堆反应。当流体Q2的压力太低时，引射器的引射能力较低，甚至会出现Q1的流体进入引射器后从引射口流出（回流现象）而不进入氢燃料电池电堆反应。而燃料电池电堆的反应特性是随着功率的增加，氢燃料电池电堆入口的压力越高，相应氢燃料电池电堆出口的压力也越高，即下图中Q2流体的压力越高，所以对燃料电池***来说，功率越高，引射器越能发挥引射作用，在低功率区间，引射器甚至会失效，导致进入氢燃料电池电堆反应的氢气量不足。
氢气引射器虽然结构简单、无寄生功率、成本低，但因氢气引射器的结构特性，在燃料电池低功率区间，甚至会发生氢喷引射器或比例阀出来的气流直接经过引射器的引射口出去但不进入氢燃料电池电堆的情况，使得氢燃料电池电堆会严重发生饥饿状态造成严重后果。
因此如何提供一种燃料电池的供氢调控***使得氢燃料电池电堆无论是加功率还是降功率、或运行在低功率区间运行时也能保持长时间稳定的状态是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例1
本发明实施例提供了一种燃料电池的供氢调控***100，包括集成氢气压力/流量调节装置11和引射器12的一体结构10以及控制器，还包括供氢设备30、氢燃料电池电堆40和余氢回收组件50；其中控制器与一体结构10连接，用于根据***输出功率的需求对一体结构10进行调控，以实现对氢燃料电池电堆40的供氢的压力/流量的调节；供氢设备30的输出端连接一体结构10的输入端；一体结构10的输出端连接氢燃料电池电堆40的输入端，且氢燃料电池电堆40的输出端连接一体结构10的输出端；氢燃料电池电堆40的输出端连接余氢回收组件50的输入端。
具体的如图1所示，供氢设备30可理解为高压氢气储存装置，其中供氢设备30通过第一管道101将供氢设备30的输出端与一体结构10的输入端连接，将高压氢气送入一体结构10中。控制器与一体结构10连接，用于根据***输出功率的需求对一体结构10进行调控，以实现对氢燃料电池电堆40的供氢的压力/流量的调节。氢气压力/流量调节装置11的作用是将高压氢气储存装置中高压氢气的压力降低并调整到合适的压力和流量，以使到达燃料电池阳极的反应氢气的压力与另一侧空气供给***的压力基本一致，流量能满足电化学反应输出电能的需要，氢气压力/流量调节装置11也可以间接保障引射器12的正常工作。
其中氢气压力/流量调节装置11包括减压件111，第一喷件112和第二喷件113，其中供氢设备30的输出端连接减压件111的输入端；第一喷件112的输入端与减压件111的输出端连接，且第一喷件112的输出端连接氢燃料电池电堆40的输入端；第二喷件113的输入端与减压件111的输出端连接，且第二喷件113的后端连接引射器12；引射器12的输出端连接氢燃料电池电堆40的输入端。
具体的如图1所示，高压氢气进入减压件111中，可选的减压件111为减压阀；经过减压阀减压后的氢气经过第二管道102和第三管道103分别进入第一喷件112和第二喷件113中；其中第一喷件112可理解为第一喷嘴，第二喷件113可理解为第二喷嘴；第一喷嘴打开后氢气通过旁路的第四管道104汇入第六管道106；第二喷嘴打开后氢气进入引射器12（第二喷嘴到引射器12是集成好的，无需管路连接），氢气从引射器12出来后经过第五管道105汇入第六管道106。汇入第六管道106的氢气进入氢燃料电池电堆40的阳极的输入端，燃料电池经过反应后产生的水和过量的未反应完的氢气从氢燃料电池电堆40的阳极的输出端经第七管道107排出氢燃料电池电堆内。未反应完的氢气经过第七管道107进入第八管道108和第九管道109内，第八管道108内的氢气通入引射器12与引射器12前端的干氢气混合后再进入氢燃料电池电堆40；第九管道109内的氢气通入余氢回收组件50。
可选的，余氢回收组件50包括排水阀501和尾排缓冲罐502；其中第九管道109内的氢气通入排水阀501，排水阀501通过第十管道1010将排出的氢气通入尾排缓冲罐502内。
在本发明提供的燃料电池的供氢调控***100中，减压阀、第一喷嘴和第二喷嘴以及引射器12各自具有独立的功能，而其作用又相互制约和影响。将减压阀、第一喷嘴和第二喷嘴以及引射器12集成一体可以减小燃料电池的供氢调控***100的体积和制造成本。对燃料电池的供氢调控***100中氢气压力和流量的调节控制以保障氢燃料电池电堆40的功率输出，本实施例很大程度上能较好地满足供氢的实时要求。
在一些实施例中，氢气压力/流量调节装置11中至少包括一个第一喷件112和至少一个第二喷件113；第一喷件112和第二喷件113之间并联。
可理解的，氢气压力/流量调节装置11中包括一个或多个第一喷件112和一个或多个第二喷件113，其中第一喷件112和第二喷件113之间并联。
具体的如图1所示，氢气压力/流量调节装置11中包括一个第一喷件112和一个第二喷件113，其中第一喷件112和第二喷件113之间并联。
本领域技术人员可理解的，氢气压力/流量调节装置11中包括多个第一喷件112和一个第二喷件113，其中多个第一喷件112和第二喷件113之间并联；多个第一喷件112之间相互并联。
本领域技术人员可理解的，氢气压力/流量调节装置11中包括一个第一喷件112和多个第二喷件113，其中一个第一喷件112和多个第二喷件113之间并联；多个第二喷件113之间相互并联。
具体的，燃料电池的供氢调控***100可以只开通第一喷件112、或者只开通第二喷件113、或者变化总流量并按一定比例同时开通第一喷件112和第二喷件113。通过这些组合以形成多种的、能产生有效引射回流的流量、压力调节。使用中，可用多于图3所示的氢气压力/流量调节装置11中包括一个第一喷件112和一个第二喷件113，其中第一喷件112和第二喷件113之间并联。对各种情况由计算流体力学模型决定相应的氢气流量、压力和开关和第一喷件112和第二喷件113的占空比等控制参数。第一喷件112的氢气通路可配合第二喷件113的氢气通路上的引射器12，维持引射器12工作时的卷吸能力，减小引射效应对氢燃料电池电堆40内部阳极气体压力和流量的影响，并确保氢燃料电池电堆40阳极进气在瞬时工况下的进堆压力和流量始终满足要求。
在一些实施例中，一体结构10中至少包括一个氢气压力/流量调节装置11；其中引射器12的数量与第二喷件113的数量相等。
可理解的，一体结构10中包括一个或多个氢气压力/流量调节装置11；但是引射器12的数量与氢气压力/流量调节装置11中第二喷件113的数量相等。
在一些实施例中，调控***100还包括压力传感器60，一体结构10与氢燃料电池电堆40的输入端之间设置压力传感器60。
具体的如图1所示，在第六管道106上设置压力传感器60，其中压力传感器60用于监测氢燃料电池电堆40的氢气入口压力。
在一些实施例中，调控***100还包括汽水分离件20；汽水分离件20的输入端连接氢燃料电池电堆40的输出端；汽水分离件20的输出端分别连接余氢回收组件50的输入端和一体结构10的输出端。
具体的如图1所示，汽水分离件20可选的为汽水分离器，当排水阀501未打开时，氢燃料电池电堆产生的液态水经汽水分离器冷凝后大部分会停留在汽水分离器的底部，未反应完的氢气、氮气等杂质气体和部分水蒸气通过第八管道108进入引射器12与引射器12前端的干氢气混合后再进入氢燃料电池电堆，这样不仅可以提高氢气利用率，还可以提高氢气入堆的湿度，改善电堆内的水热平衡，有利于燃料电池电堆的反应。当排水阀501打开时，电堆反应产生的液态水，以及部分氢气和氮气等杂质气体的混合物则通过第9管道109通入余氢回收组件50内进行余氢回收，排掉燃料电池电堆产生的过量液态水，可以避免燃料电池电堆水淹、反极等危险；同时排掉燃料电池电堆内的氮气等杂质气体，可以提高氢气的纯度，有利于燃料电池电堆的长时间工作。
回收的氢气去除杂质后，可压缩成高压气体，再重新经过第一喷件和第二喷件进入燃料电池电堆反应。因引射器在燃料电池***的实际工作中，回流的气体并不是干燥的纯氢气，所以此处回收的余氢也可进一步调节湿度和温度，用来做引射器湿氢气的测试气体，这样可以更加准确的模拟真实工况下的气体组分、湿度、和温度，使引射器的开发测试结果更贴合实际情况。
在一些实施例中，提出了一种燃料电池***，具体为包括上述任一实施例中的供氢调控***100。
在一些实施例中，提出了一种氢气调控方法，具体为利用上述任一实施例中的供氢调控***100进行氢气调控，包括根据氢燃料电池电堆40的电流-流量需求，并选用至少一个第一喷件112和/或至少一个第二喷件113参与工作；
控制器通过开通和关闭第一喷件112、第二喷件113、减压件111或电控开关来实现通路的控制，进行通路切换过程动态响应的模拟；
根据压力传感器60与氢燃料电池电堆40的目标压力的差值，调节第一喷件112和第二喷件113的占空比，PID控制运算调节氢燃料电池电堆40的输出端的氢气压力。
具体的，根据不同氢燃料电池电堆40的单电池片数（N）、燃料电池电堆的电流（I）、反应时需求的计量比（λ）、法拉第常数（F），计算出氢燃料电池电堆40的电流—流量需求特性曲线：目标流量是Flow=I*N*λ/2F（mol/s）。
根据不同第一喷嘴和第二喷嘴的KV值，以及第一喷嘴和第二喷嘴使用时第一喷嘴和第二喷嘴前后端的压差，计算出第一喷嘴和第二喷嘴不同占空比时对应的流量特性曲线：Q=KV*sqrt(ρ0*△P/ρ*△P0)；其中Q的单位是m3/h；KV是所用喷嘴阀不同开度下的特性参数，单位是m3/h，由阀门供应商提供；ρ是实测流体密度，单位是g/cm3；△P0=0.1Mpa；△P是被测元件上下游的压力差，单位是Mpa，此处即喷嘴前后的压力差；ρ0=1g/cm3。
根据引射器的工作特性区间，将其区分为引射失效区间即A区间、混合区间即B区间和引射区间即C区间，可确定不同区间的电流值。在引射器失效区间，氢气完全由第一喷嘴的来提供，根据失效区间的最大电流值可算出所需的最大目标流量，再对应第一喷嘴的流量特性曲线，就可以确定第一区间的base值。混合区间的电流设置没有特别要求，可根据实际需求进行调节；当设置了混合区间的电流值后，根据最大电流值可算出混合区间对应的最大流量，而最大电流处的氢气流量完全由第二喷嘴的流量来决定的，结合第二喷嘴的流量特性曲线，就可以定第二区间的base值；引射区间氢气流量完全是由第二喷嘴来提供，可根据燃料电池电堆允许运行的最大电流计算出所需要的最大流量，再根据第二喷嘴的流量特性曲线来确定该区间的Base值。
因此，将第一喷嘴和第二喷嘴对应的流量特性曲线结合氢燃料电池电堆40的电流—流量需求特性曲线、引射器的工作特性区间，可设置氢燃料电池电堆40使用时对应的第一喷件112和第二喷件113的Base值。
利用控制器开通和关闭第一喷件112、第二喷件113、减压件111或电控开关来实现通路的控制，并进行A区间、B区间和C区间的通路切换过程动态响应的模拟，具体为对三个区间内进行氢气压力PID控制运算，控制量是Base*(1+gain)，其中Base是不同区间（即引射失效区间、混合区间、引射区间）不同电流下第一喷件112和第二喷件113的基础值，gain是PID控制运算调整的部分。
本实施例通过对氢气的压力采用闭环控制，根据氢燃料电池电堆40的输入端的压力传感器60的压力与目标压力的差值进行PID控制运算调节，改变第一喷件112和第二喷件113的占空比来最终达到氢燃料电池电堆40的目标压力。本实施例运用PID控制运算动态调节氢气入口的压力，且对第一喷嘴和第二喷嘴的占空比调节运用Base*（1+gain）的调节方法，准确的Base值会使压力的响应比纯PID控制运算更快更准，且降低了PID控制运算参数调试的难度。
本领域技术人员可以知晓不同的引射器12因结构设计不一样、使用工况不一样，引射器12发挥的有效区间不一样，在使用时，先对引射器12进行单体测试，得到不同工况下的引射器12的性能曲线，再结合氢燃料电池电堆40的电流—流量需求特性曲线，初步设置A区间、B区间、C区间三个区间对应的电流值的值域区间。最后根据实际与氢燃料电池电堆40的匹配情况，调整A区间、B区间、C区间三个区间对应的电流值的值域以及PID控制运算参数（即第一喷件112和第二喷件113的P、I、D的设置值），直到氢燃料电池电堆40在低功率、高功率、加载、降载时都能长时间稳定运行。本实施例通过合理的参数设置，可以保证燃料电池***可在全功率段长时间稳定工作。
示例性的，假设匹配的氢燃料电池电堆40的电流范围是0-600A，在引射器的工作特性区间分为三个区间分别是引射失效区间、混合区间和引射区间，在这三个区间内分别进行氢气压力的PID控制运算调整，氢燃料电池电堆40的控制逻辑的调试参数具体设置如表1，控制原理如图4。
表1 氢燃料电池电堆40的控制逻辑的调试参数
区间 电流 第一喷件112-Base 第二喷件112-Base 备注
A <100 25 0 引射失效区间
B 100-300 0 40 混合区间
C 300-600 0 65 引射区间
如图4所示，为避免氢气通路切换时较大的压力波动，以及缩短进堆流量的响应时间，在氢燃料电池电堆40全功率段运行时分A区间、B区间、C区间三个阶段，其中A区间的电流值为0-100，B区间的电流值为100-300，C区间的电流值为300-600A（其中100，300这两个电流值可做成标定值，100这个值的设定与引射器的失效区间有关；300这个值的设定可根据后续实验情况进行修正）。在A区间时，氢气全部经过第一喷件112响应电堆的需求，此时引射器12不工作，而与引射器12相连的第二喷嘴处于完全关状态，则引射器12的一次流入口流量（由第二喷嘴提供）为零，就不存在一次流的气体直接从二次流管路（管路108）出去而不进入电堆的情况，这样即使是在引射器的失效区，也可以确保进电堆的流量满足电堆反应的需求。
在B区间时，氢气同时经过第一喷件112和第二喷件113，引射器12开始工作，当功率增加时引射器12的作用增加，则与引射器12相连的第二喷嘴的占空比增大；反之，则第一喷嘴的占空比增大。本实施例通过第一喷件112和第二喷件113同时工作来响应氢燃料电池电堆40的流量和压力区间，第一喷件112和第二喷件113的占空比的变化更平缓，压力波动更小，且能同时兼顾提高燃料电池***氢气利用率的问题。
进一步的在B区间还分两种运行情况，一种是功率上行——功率增加，引射能力增强；另一种是功率下行——功率降低，引射能力降低，甚至完全无引射能力进入A区间。针对这两种运行情况，若是功率上行，则gain增加到第二喷件113，这样随着功率的增加，第一喷件112的占空比是逐渐降低的，第二喷件113是逐渐增加到进入C区间，即完全由引射器12响应电堆的需求流量和压力的阶段。同理，若是功率下行，则gain增加到第一喷件112，随着功率的降低，第二喷件113是逐渐降低甚至到零，而第一喷件112的占空比是逐渐增加直到进入A区间，完全由旁路响应电堆需求的流量和压力。通过这种方式，燃料电池***无论是加、减功率时氢气的流量、压力都可以得到保障，且可避免引射器12失效时对氢燃料电池电堆40的负面影响。
在一些实施例中，提出了一种控制设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述氢气调控方法的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器（Read-OnlyMemory，ROM）、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器（Static Random Access Memory，SRAM）或动态随机存取存储器（Dynamic Random Access Memory，DRAM）等。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“实施例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (5)

1.一种氢气调控方法，其特征在于，利用供氢调控***进行氢气调控，其中供氢调控***包括集成氢气压力/流量调节装置和引射器的一体结构以及控制器；所述控制器与所述一体结构连接，所述控制器用于根据***输出功率的需求对所述一体结构进行调控，以实现对氢燃料电池电堆的供氢的压力/流量的调节；
供氢设备，所述供氢设备的输出端连接所述一体结构的输入端；
氢燃料电池电堆，所述一体结构的输出端连接所述氢燃料电池电堆的输入端，且所述氢燃料电池电堆的输出端连接所述一体结构的输出端；和
余氢回收组件，所述氢燃料电池电堆的输出端连接所述余氢回收组件的输入端；
所述氢气压力/流量调节装置包括，
减压件，所述供氢设备的输出端连接所述减压件的输入端；
至少一个第一喷件，所述第一喷件的输入端与所述减压件的输出端连接，且所述第一喷件的输出端连接所述氢燃料电池电堆的输入端；和
至少一个第二喷件，所述第二喷件的输入端与所述减压件的输出端连接，且所述第二喷件的后端连接所述引射器；所述引射器的输出端连接所述氢燃料电池电堆的输入端；所述第一喷件和所述第二喷件之间并联；
利用所述供氢调控***进行氢气调控步骤包括：
根据所述氢燃料电池电堆的电流-流量需求选用至少一个第一喷件和/或至少一个第二喷件参与工作；
其中所述氢燃料电池电堆的目标流量是Flow=I*N*λ/2F，
所述目标流量Flow的单位为mol/s，N为所述氢燃料电池电堆的单电池片数；I为所述氢燃料电池电堆的电流，单位为A；λ为反应时需求的计量比；F为法拉第常数，单位为Cmol-1；
计算出第一喷件和第二喷件不同占空比时对应的流量特性曲线：Q=KV*sqrt(ρ0*△P/ρ*△P0)；
其中KV是所用喷件阀不同开度下的特性参数，单位是m3/h；ρ是实测流体密度，单位是g/cm3；△P0=0.1Mpa；△P是被测元件上下游的压力差，单位是Mpa；ρ0=1g/cm3；
所述控制器通过开通和关闭所述第一喷件、所述第二喷件、减压件或电控开关来实现通路的控制，并进行通路切换过程动态响应的模拟；
根据压力传感器与所述氢燃料电池电堆的目标压力的差值，根据引射器的工作特性区间分为引射失效区间、混合区间和引射区间；在引射器失效区间，氢气全部由所述第一喷件提供；在所述混合区间氢气分别由所述第一喷件和所述第二喷件提供；所述引射区间氢气全部由所述第二喷件来提供；
运用Base*(1+gain)调节所述第一喷件和所述第二喷件的占空比，对氢气压力采用闭环控制，并根据所述氢燃料电池电堆的输入端的压力与目标压力的差值，通过PID控制运算调节所述氢燃料电池电堆的输出端的氢气压力；其中Base是不同电流下的所述第一喷件和所述第二喷件的基础值，gain是PID控制运算调整的部分。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一体结构中至少包括一个所述氢气压力/流量调节装置；其中所述引射器的数量与所述第二喷件的数量相等。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调控***还包括压力传感器，所述一体结构与所述氢燃料电池电堆的输入端之间设置所述压力传感器。
4.根据权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于，所述调控***还包括汽水分离件；所述汽水分离件的输入端连接所述氢燃料电池电堆的输出端；所述汽水分离件的输出端分别连接所述余氢回收组件的输入端和所述一体结构的输出端。
5.一种控制设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，
所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求4中所述氢气调控方法的步骤。
CN202111496372.4A 2021-12-09 2021-12-09 一种燃料电池的供氢调控***和调控方法 Active CN113921864B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111496372.4A CN113921864B (zh) 2021-12-09 2021-12-09 一种燃料电池的供氢调控***和调控方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111496372.4A CN113921864B (zh) 2021-12-09 2021-12-09 一种燃料电池的供氢调控***和调控方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113921864A CN113921864A (zh) 2022-01-11
CN113921864B true CN113921864B (zh) 2022-06-07

Family

ID=79248819

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111496372.4A Active CN113921864B (zh) 2021-12-09 2021-12-09 一种燃料电池的供氢调控***和调控方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113921864B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115275268A (zh) * 2022-07-26 2022-11-01 北京亦嘉洁驱***科技有限公司 一种氢气减压供气和循环调控***优化方法、控制器、通道切换调控方法及电池***
CN115275271B (zh) * 2022-09-29 2023-01-10 武汉海亿新能源科技有限公司 一种燃料电池可变喷嘴引射***及其控制方法
CN115632145B (zh) * 2022-10-26 2023-05-16 上海汉翱新能源科技有限公司 一种氢燃料电池供氢压力优化方法及***

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109830709A (zh) * 2019-02-01 2019-05-31 清华大学 燃料电池氢气供给控制方法、计算机设备和储存介质
CN111342088A (zh) * 2020-03-17 2020-06-26 电子科技大学 一种燃料电池阳极气体供应回路的动态调压装置及方法
CN112072145A (zh) * 2020-09-11 2020-12-11 北京亦嘉洁驱***科技有限公司 氢气减压调控***、方法、设备、电池***及设计方法
CN113130941A (zh) * 2021-04-20 2021-07-16 北京亦嘉洁驱***科技有限公司 质子交换膜氢燃料电池供氢***及控制方法
CN113764700A (zh) * 2021-08-09 2021-12-07 东风汽车集团股份有限公司 一种燃电***、燃电***的控制方法及车辆

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7718287B2 (en) * 2005-10-12 2010-05-18 Gm Global Technology Operations, Inc. Compact anode flow shift design for small fuel cell vehicles

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109830709A (zh) * 2019-02-01 2019-05-31 清华大学 燃料电池氢气供给控制方法、计算机设备和储存介质
CN111342088A (zh) * 2020-03-17 2020-06-26 电子科技大学 一种燃料电池阳极气体供应回路的动态调压装置及方法
CN112072145A (zh) * 2020-09-11 2020-12-11 北京亦嘉洁驱***科技有限公司 氢气减压调控***、方法、设备、电池***及设计方法
CN113130941A (zh) * 2021-04-20 2021-07-16 北京亦嘉洁驱***科技有限公司 质子交换膜氢燃料电池供氢***及控制方法
CN113764700A (zh) * 2021-08-09 2021-12-07 东风汽车集团股份有限公司 一种燃电***、燃电***的控制方法及车辆

Also Published As

Publication number Publication date
CN113921864A (zh) 2022-01-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113921864B (zh) 一种燃料电池的供氢调控***和调控方法
CN105186016B (zh) 一种燃料电池***的电控喷氢压力调节装置
US7931994B2 (en) Fuel cell system with recirculation system and purge valve
US6979508B2 (en) Fuel cell with integrated feedback control
JP4254213B2 (ja) 燃料電池システム
MX2007007323A (es) Sistema de celdas de combustible alcalino.
WO2008092545A1 (en) Gas supply arrangement in a fuel cell apparatus
US7354670B2 (en) Fuel cell with fuel gas adjustment mechanism
CN113258101B (zh) 一种燃料电池***及其运行控制方法
JP5704228B2 (ja) 燃料電池システム
US20150037700A1 (en) Fuel cell system and control method of fuel cell system
WO2013129453A1 (ja) 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法
KR101966449B1 (ko) 연료전지 시스템의 공기 공급장치 및 에어 블로어 압력 조절방법
JP2019067708A (ja) 燃料電池システム
CN115050997B (zh) 一种燃料电池***自加湿装置及其控制方法
JP3879409B2 (ja) 燃料電池システム
KR101543121B1 (ko) 수소 퍼징 제어 장치 및 방법
US11682780B2 (en) Fuel cell system
JP2015201406A (ja) 燃料電池システム
US20220416268A1 (en) Multi-ejector fuel cell system configurations
JP7476559B2 (ja) 燃料電池システム
CN113594498B (zh) 燃料电池***及其控制方法
JP5509728B2 (ja) 燃料電池システム
CN116864732A (zh) 低温环境下的燃料电池***及吹扫方法
CN117597803A (zh) 燃料电池使用排出器时降低成本和寄生负载的***和方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20221109

Address after: 102209 Building 1, courtyard 7, South 1st Street, future science city, Beiqijia Town, Changping District, Beijing

Patentee after: SPIC HYDROGEN ENERGY TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co.,Ltd.

Patentee after: Ningbo Lvdong Hydrogen Technology Research Institute Co.,Ltd.

Address before: 102209 6th floor, block a, science and Technology Research Institute of state power investment group, future science and Technology City, Changping District, Beijing

Patentee before: SPIC HYDROGEN ENERGY TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co.,Ltd.

TR01 Transfer of patent right