CN114695917A - 燃料电池氢气供给***及燃料电池氢气供给方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种燃料电池氢气供给***及燃料电池氢气供给方法，涉及燃料电池技术领域，本发明提供的燃料电池氢气供给***，包括电堆、氢气源和多个控制阀；多个控制阀的一端分别经进气管路与电堆流体连通；多个控制阀的另一端分别与氢气源流体连通。本发明提供的燃料电池氢气供给***，可以通过多个控制阀依次开闭实现对氢气压力的调节，压力变化幅度小，提高了入堆压力稳定性。此外，在同一时刻可存在多个处于开启状态的控制阀，能够满足电堆大功率运行需求。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，尤其是涉及一种燃料电池氢气供给***及燃料电池氢气供给方法。
背景技术
燃料电池***在控制氢气入堆压力及循环流量方面存在较大技术障碍，尤其是入堆压力稳定性难以控制，并且在低功率状态下氢气循环流量不易操控。对于使用喷嘴固定式引射器的燃料电池，燃料电池在0％－30％功率区间内，引射器几乎不工作，因此没有任何循环效果。此外，由于氢气压力波动较大，进而将导致电堆受到不可逆的损伤。
发明内容
本发明的目的在于提供一种燃料电池氢气供给***及燃料电池氢气供给方法，可以提高氢气压力调节的灵活性，降低压力波动幅度。
第一方面，本发明提供的燃料电池氢气供给***，包括：电堆、氢气源和多个控制阀；
多个所述控制阀的一端分别经进气管路与所述电堆流体连通；
多个所述控制阀的另一端分别与所述氢气源流体连通。
结合第一方面，本发明提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，多个所述控制阀的流量系数依次递增。
结合第一方面，本发明提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述电堆的出气管路与所述进气管路流体连通。
结合第一方面，本发明提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述燃料电池氢气供给***配置为：多个所述控制阀依次开启，并且，在一个控制阀自开启状态切换至关闭状态后，间隔预设时长开启另一所述控制阀；
结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述燃料电池氢气供给***配置为：随所述电堆的功率增大缩短所述预设时长；
在所述电堆的功率值大于等于预设值的条件下，将至少两个所述控制阀开启。
第二方面，本发明提供的燃料电池氢气供给方法采用第一方面提供的燃料电池氢气供给***，且包括以下步骤：
获取所述电堆的功率值；
当所述功率值小于预设值时，控制多个所述控制阀依次开启；
当所述功率值大于等于所述预设值时，控制至少两个所述控制阀处于开启状态。
结合第二方面，本发明提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述控制多个所述控制阀依次开启的步骤包括：
在一个所述控制阀自开启状态切换至关闭状态后，间隔预设时长，控制另一所述控制阀开启。
结合第二方面的第一种可能的实施方式，本发明提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，在所述控制多个所述控制阀依次开启的步骤中，随所述功率值的增大调节所述预设时长缩短。
结合第二方面的第一种可能的实施方式，本发明提供了第二方面的第三种可能的实施方式，其中，所述预设时长大于30ms。
结合第二方面，本发明提供了第二方面的第四种可能的实施方式，其中，所述控制多个所述控制阀依次开启的步骤包括：
任一所述控制阀的开启时长大于等于预设开启时长；
随所述功率值的增大，缩短多个所述控制阀的调控周期。
本发明实施例带来了以下有益效果：采用多个控制阀的一端分别经进气管路与电堆流体连通，多个控制阀的另一端分别与氢气源流体连通，多个控制阀相互独立，可以通过多个控制阀依次开闭实现对氢气压力的调节，压力变化幅度小，提高了入堆压力稳定性。此外，在同一时刻可存在多个处于开启状态的控制阀，能够满足电堆大功率运行需求。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或相关技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的燃料电池氢气供给***的电堆、氢气源和控制阀的示意图；
图2为本发明实施例提供的燃料电池氢气供给***的控制阀、控制器和计时器的示意图。
图标：100－电堆；101－进气管路；102－出气管路；200－氢气源；300－控制阀；400－控制器。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。公式中的物理量，如无单独标注，应理解为国际单位制基本单位的基本量，或者，由基本量通过乘、除、微分或积分等数学运算导出的导出量。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一
如图1所示，本发明实施例提供的燃料电池氢气供给***，包括：电堆100、氢气源200和多个控制阀300；
多个控制阀300的一端分别经进气管路101与电堆100流体连通；
多个控制阀300的另一端分别与氢气源200流体连通。
具体的，多个控制阀300并联，从而使任一控制阀300可独立实现开闭状态切换，提高了氢气压力调节的灵活性。在一个循环周期内，多个控制阀300依次开启，在前一控制阀300关闭后间隔一定时间再开启另一控制阀300，可以在循环周期内产生多次气压波动，进而降低压力波动幅度，提高了氢气输送压力的稳定性。此外，在同一时刻可存在多个处于开启状态下的控制阀300，可以确保足量的氢气供给，能够满足电堆100大功率运行需求。
在本发明实施例中，多个控制阀300的流量系数依次递增。
当关闭一个控制阀300，并开启另一控制阀300时，进气管路101内氢气流速产生变化，进而可引发供气压力波动。可按流量系数逐渐增大的次序控制多个控制阀300依次开启，从而可以形成平缓的气压波动。
本实施例中，电堆100的出气管路102与进气管路101流体连通。
具体的，电堆100排出的氢气可经出气管路102流入进气管路101，并经进气管路101再次通入电堆100，从而实现氢气循环流动。引射器可驱动氢气自控制阀300经进气管路101流入电堆100，从而确保氢气能够足量通入电堆100内。
燃料电池氢气供给***配置为：多个控制阀300依次开启，并且，在一个控制阀300自开启状态切换至关闭状态后，间隔预设时长开启另一控制阀300。其中，多个控制阀300按照流量系数递增的次序依次开启，当前一控制阀300关闭时，间隔预设时长在开启下一控制阀300，从而增加压力波动次数，且降低了压力波动幅度。
一种实施方式中，燃料电池氢气供给***配置为：随电堆100的功率增大缩短预设时长。通过缩短相邻两个控制阀300开启的时间间隔，从而可以延长一定时间内控制阀300开启时间的占比，进而增加氢气供给量。当电堆100的功率值过大并达到预设值时，相邻两个控制阀300开启的时间间隔缩短为零，从而可使相邻的两个控制阀开启时段产生重叠，由此，在一个控制阀300处于开启状态的时间段内，存在另一控制阀300开启，从而增大氢气供给速度。
另一种实施方式中，燃料电池氢气供给***配置为：在电堆100的功率值大于等于预设值的条件下，将至少两个控制阀300开启。随电堆100的功率值增大提高设定压力，当实际压力小于设定压力时，则调整控制阀300的开启周期以提高氢气供给速度。详细而言，当电堆100的功率值大于等于预设值时，此时判定电堆100的功率过大，控制至少两个控制阀300同时开启，或者，在一个控制阀处于开启状态的时段内，将另一控制阀300开启，从而某一时刻存在多个开启的控制阀300，进而增加进气管路101的氢气供给，确保足量的氢气通入电堆100。
如图1和图2所示，燃料电池氢气供给***包括：控制器400和计时器，计时器和多个控制阀300分别与控制器400连接。
具体的，控制器400可控制多个控制阀300的开闭状态，并且，任一控制阀300可不受其余控制阀300的状态影响实现开闭切换。当控制器400控制多个控制阀300依次开启时，控制器400可根据计时器的信号设定延迟时间，以便在一个控制阀300关闭后间隔一定时间再开启另一控制阀300，从而提高压力波动次数，且可避免引起较大幅度的压力波动。
实施例二
如图1和图2所示，本发明实施例提供的燃料电池氢气供给方法采用实施例一提供的燃料电池氢气供给***，且包括以下步骤：
获取电堆100的功率值；
当功率值小于预设值时，控制多个控制阀300依次开启；
当功率值大于等于预设值时，控制至少两个控制阀300处于开启状态。
具体地，预设值可设定为0％－30％燃料电池功率区间内的任一值，以往在0％－30％燃料电池功率区间内引射器几乎不工作，而在本实施例中，当电堆100的功率值小于预设值时，控制器400可控制多个控制阀300依次开启，从而可以产生压力波动，进而满足电堆100低功率运行的氢气供给需求。当功率值大于等于预设值时，此时电堆100功率较大，可控制两个或两个以上的控制阀300在同一时刻皆处于开启状态，进而增大该时刻的氢气供给速度，以便满足电堆100大功率运行需求。
在本发明实施例中，控制多个控制阀300依次开启的步骤包括：
在一个控制阀300自开启状态切换至关闭状态后，间隔预设时长，控制另一控制阀300开启。
当电堆100处于低功率运行状态下，当第一个控制阀300自开启状态切换至关闭状态后，间隔预设时长，控制第二个控制阀300开启；当第二个控制阀300自开启状态切换至关闭状态后，间隔预设时长，控制第三个控制阀300开启，以此类推直至完成一个控制周期，再次重复上述控制步骤。
进一步的，在控制多个控制阀300依次开启的步骤中，随功率值的增大调节预设时长缩短。
具体的，控制器400可采用PID控制算法控制预设时长随电堆100的功率值增大而缩短，且可改变任一控制阀300的开启和关闭时长，以便使氢气供给速度满足电堆100的运行需求。
进一步的，预设时长大于30ms。自一个控制阀300关闭至另一控制阀300开启间隔时长大于30ms，从而可在开闭控制阀300时产生气压波动，通过增加气压波动次数，可在提高循环流量的同时，避免引起较大幅度的压力波动。
在本发明实施例中，控制多个控制阀300依次开启的步骤包括：任一控制阀300的开启时长大于等于预设开启时长；随功率值的增大，缩短多个控制阀300的调控周期。其中，单一控制阀300的开启时长不宜过小，一般维持在3ms－5ms。通过缩短控制周期，从而增大多个控制阀300开启总时长在调控周期内的占比；当电堆100的功率值大于预设值时，多个控制阀300的控制周期计算值小于多个控制阀300的总开启时长，从而实现了相邻控制阀300的开启时段重叠。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种燃料电池氢气供给***，其特征在于，包括：电堆(100)、氢气源(200)和多个控制阀(300)；
多个所述控制阀(300)的一端分别经进气管路(101)与所述电堆(100)流体连通；
多个所述控制阀(300)的另一端分别与所述氢气源(200)流体连通。
2.根据权利要求1所述的燃料电池氢气供给***，其特征在于，多个所述控制阀(300)的流量系数依次递增。
3.根据权利要求1所述的燃料电池氢气供给***，其特征在于，所述电堆(100)的出气管路(102)与所述进气管路(101)流体连通。
4.根据权利要求1所述的燃料电池氢气供给***，其特征在于，所述燃料电池氢气供给***配置为：多个所述控制阀(300)依次开启，并且，在一个控制阀(300)自开启状态切换至关闭状态后，间隔预设时长开启另一所述控制阀(300)。
5.根据权利要求4所述的燃料电池氢气供给***，其特征在于，所述燃料电池氢气供给***配置为：随所述电堆(100)的功率增大缩短所述预设时长；
在所述电堆(100)的功率值大于等于预设值的条件下，将至少两个所述控制阀(300)开启。
6.一种燃料电池氢气供给方法，其特征在于，所述燃料电池氢气供给方法采用权利要求1－5任一项所述的燃料电池氢气供给***，且包括以下步骤：
获取所述电堆(100)的功率值；
当所述功率值小于预设值时，控制多个所述控制阀(300)依次开启；
当所述功率值大于等于所述预设值时，控制至少两个所述控制阀(300)处于开启状态。
7.根据权利要求6所述的燃料电池氢气供给方法，其特征在于，所述控制多个所述控制阀(300)依次开启的步骤包括：
在一个所述控制阀(300)自开启状态切换至关闭状态后，间隔预设时长，控制另一所述控制阀(300)开启。
8.根据权利要求7所述的燃料电池氢气供给方法，其特征在于，在所述控制多个所述控制阀(300)依次开启的步骤中，随所述功率值的增大调节所述预设时长缩短。
9.根据权利要求7所述的燃料电池氢气供给方法，其特征在于，所述预设时长大于30ms。
10.根据权利要求6所述的燃料电池氢气供给方法，其特征在于，所述控制多个所述控制阀(300)依次开启的步骤包括：
任一所述控制阀(300)的开启时长大于等于预设开启时长；
随所述功率值的增大，缩短多个所述控制阀(300)的调控周期。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20220701 |