CN116525879B - 一种大功率燃料电池供氢循环***和方法 - Google Patents

一种大功率燃料电池供氢循环***和方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种大功率燃料电池供氢循环***，通过氢气循环泵与引射器串联，在氢气循环泵出入口设置旁通管路，在水气分离器和氢气循环泵，或者氢气循环泵和引射器之间设置单向阀，控制氢气的流通，优选采用旋涡式氢气循环泵和低压损单向阀；并通过此***，实现燃料电池的供氢循环，有利于降低燃料电池供氢***能耗，提升燃料电池***效率；旁通管路，提升高功率段气体循环流量；通过旋涡式氢气循环泵，在低升压时具有较大流量和较高效率，无额外损耗和润滑油泄漏风险；通过单向阀的设置，避免氢气经由引射器直接进入电堆出口；在旁通回路上设置单向阀，从而降低损耗。

Description

一种大功率燃料电池供氢循环***和方法
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种大功率燃料电池供氢循环***和方法。
背景技术
燃料电池是目前最具潜力的氢能利用方式之一。氢气循环***主要用于将未反应完全的氢气循环输送至电堆阳极，提高氢气利用率及电堆效率，是燃料电池的核心组成部分；随着能源与环境问题的加剧，节能减排已成为必然趋势。氢能是一种理想的清洁能源，已成为研究和发展热点。燃料电池作为氢能转换装置，其反应产物只有水，而且具有能量密度高和转化效率高等优点，是氢能利用的重要方向。尽管许多新型能源技术在新能源汽车领域逐步应用，如高能量密度的锂电池、可充电金属电池，为了提高燃料电池的反应效率，减少燃料电池在加速时的反应时间，一般，燃料电池的氢气供给量大于氢气的理论消耗量。如果不做氢气循环，将这些过量供应的氢气直接随尾气排放，会造成氢气的大量浪费。目前的现有技术中，氢气循环泵与引射器并联，氢气循环泵需要完成升压，为满足该升压，因此需要较高的氢气循环泵功率。氢气循环回路功率较大；对于300kW燃料电池***，预计氢循环泵功率达1.5～2kW(占总功率2％左右)，不利于燃料电池***整体效率提升。
发明内容
本发明提供了一种大功率燃料电池供氢循环***和方法，用以解决燃料电池***效率低的问题。
本发明的一种大功率燃料电池供氢循环方法，所述方法包括：氢气气源通过管道到喷氢气比例阀再到引射器然后到达燃料电池电堆；燃料电池电堆反应完的混合气体进进入循环回路，通过氢气循环泵到引射器再回到燃料电池电堆，从而实现氢气的循环利用。
进一步的，一种大功率燃料电池供氢循环方法，通过控制***控制单向阀已经氢气循环泵的转速，其中控制氢气循环泵的转速方法为：
通过在引射器的进出口和水分汽离器的进出口分别安装压力计，控制***实时监控引射器的进口压力P3和水气分离器出口的压力P4；
控制***实时监控燃料电池的输出电流I和输出电压U,得到燃料电池的功率W＝U*I；
而计算氢气循环泵的功率为：
其中，i为混合气体绝热指数，范围在1.4到1.67之间，δ表示氢气循环泵的绝热效率，取值范围为0到1之间；(p4-p3)*s＊n为通过氢气循环泵的气体容积流量,s表示氢气循环泵的截面积,n表示氢气循环泵的转速；
通过仿真建模得到W、wa、n的关系图；并将关系图输入控制***；
控制***根据关系图调整单向阀和氢气循环泵的转速n，使在电堆运行的部分功率段实现氢气循环泵的停机或低速运行，同时使电堆能源消耗最大化。
进一步的，一种大功率燃料电池供氢循环方法，控制***通过氢气循环泵的转速的方法为：
若在某时刻转速n需要调整到n1,而|n1-n|<20％n,则一次调整到位，从本次调整到下次调整的时间间隔最小值需满足如下条件：Tmin＝2L/(2(P4-P3)/(ρ*s*x))^0.5；其中，ρ为氢气密度，L为连接电堆到水气分离器经氢气循环泵到引射器再回到电堆的管道长度；x为流量系数，通常为0.5到0.8之间；
若在某时刻转速n需要调整到n1,而|n1-n|>20％n,则以调整20％n的转速阶梯式调整，至到调整到位；调整所用总时间为t，Tmin/4≤t<Tmin/2。
本发明提出的一种大功率燃料电池供氢循环***，所述***包括：
氢气气源、第一管路、循环回路和连接管道；
所述第一管路入口接入氢气气源，出口连接燃料电池电堆的入口；
所述循环回路一端连接所述第一管路，另一端连接所述燃料电池电堆的出口；
所述第一管路包括喷氢气比例阀和引射器，所述喷氢气比例阀入口接入氢气气源，出口连接引射器；所述引射器出口连接燃料电池电堆的入口；所述引射器进口安装有压力计；
所述循环回路包括氢气循环泵和水气分离器；所述水气分离器一端连接燃料电池电堆的出口，另一端连接所述氢气循环泵；所述氢气循环泵另一端连接所述第一管路的引射器；所述水气分离器还通过旁通直接连接所述引射器；所述旁通不大于三个；所述水气分离器进出口分别安装有压力计；
所述连接管道直径为D1,氢气循环泵的直径D＝(3+D1/L1)×D1；其中连接管道总长度为L1；
监控***，所述监控***实时监控***电流、电压和压力，同时控制调整氢气循环泵转速和转速调整的时间间隔。
优选的，一种大功率燃料电池供氢循环***，所述氢气循环泵采用旋涡式氢气循环泵。
优选的，一种大功率燃料电池供氢循环***，所述循环回路还包括单向阀，所述单向阀沿氢气流通方向设置。
优选的，一种大功率燃料电池供氢循环***，所述旁通回路上设置所述单向阀，氢气通过此单向阀流向所述引射器；所述氢气循环泵与所述引射器之间设置所述单向阀，氢气从所述氢气循环泵经过此单向阀流向所述引射器。
优选的，一种大功率燃料电池供氢循环***，所述单向阀设置在所述氢气循环泵与所述引射器之间，并且所述旁通回路通过此单向阀连通所述引射器。
可选的，一种大功率燃料电池供氢循环***，所述单向阀设置在水气分离器与所述氢气循环泵之间，并且所述水气分离器与所述旁通回路通过此单向阀进行连通。
可选的，一种大功率燃料电池供氢循环***，其特征在于，所述旁通回路上另设置一个所述单向阀。
优选的，一种大功率燃料电池供氢循环***，其特征在于，所述单向阀采用低压损单向阀。
本发明有益效果：通过对电堆内未反应的氢气进行回收利用，提高燃料电池的氢气利用率，降低燃料电池***的供氢成本，同时可以防止氢气外排，发生***危险；通过第一管路和循环回路分别对电堆进行供氢，提高了燃料电池的供氢选择性，可靠性，保证了燃料电池***的续航能力，避免中途熄火等不良现象，提高了燃料电池***的工作性能；现有技术中，氢气循环泵需要完成升压为ΔP＝P1-P3(水气分离器出口至燃料电池电堆入口压差，P1和P3见说明书附图6)。此处ΔP为整个循环***中各节点的最大压差，为满足该升压，因此需要较高的氢气循环泵功率。氢气循环回路功率较大。对于300kW燃料电池***，预计氢循环泵功率达1.5～2kW(占总功率2％左右)，不利于燃料电池***整体效率提升。相比于现有技术，本技术方案主要特点是：氢气循环泵与引射器串联(即物理连接上，氢气循环泵位于引射器和水气分离器之间)，氢气循环泵提供升压为ΔP2＝P4-P3，(P4和P3见说明书附图1～5)显然ΔP2≤ΔP，即氢气循环泵消耗功率小于现有技术，有利于降低燃料电池供氢***能耗，提升燃料电池***效率；在氢气循环泵出入口设置并联管路，以提升高功率段(30～100％最大功率区间)气体循环流量；通过旋涡式氢气循环泵，在低升压时具有较大流量和较高效率；由电机直接传动，无需使用齿轮箱，无额外损耗和润滑油泄漏风险；可以通过高速叶轮和电机配合实现小体积；同时通过单向阀的设置，避免氢气经由引射器直接进入电堆出口；在旁通回路上设置单向阀，在电堆运行的部分功率段实现氢气循环泵的停机或低速运行，全部循环气体均由引射器进行循环，从而降低损耗。
附图说明
图1为本发明一种大功率燃料电池供氢循环***的第一种实施例示意图；
图2为本发明一种大功率燃料电池供氢循环***的第二种实施例示意图；
图3为本发明一种大功率燃料电池供氢循环***的第三种实施例示意图；
图4为本发明一种大功率燃料电池供氢循环***的第四种实施例示意图；
图5为本发明一种大功率燃料电池供氢循环***的第五种实施例示意图；
图6为现有技术中供氢循环***示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：本实施例提出了一种大功率燃料电池供氢循环***，如图1所示：所述***包括：
氢气气源、第一管路、循环回路和连接管道；
所述第一管路入口接入氢气气源，出口连接燃料电池电堆的入口；
所述循环回路一端连接所述第一管路，另一端连接所述燃料电池电堆的出口；
所述第一管路包括喷氢气比例阀和引射器，所述喷氢气比例阀入口接入氢气气源，出口连接引射器；所述引射器出口连接燃料电池电堆的入口；所述引射器进口安装有压力计；
所述循环回路包括氢气循环泵和水气分离器；所述水气分离器一端连接燃料电池电堆的出口，另一端连接所述氢气循环泵；所述氢气循环泵另一端连接所述第一管路的引射器；所述水气分离器还通过旁通回路管道直接连接所述引射器；所述旁通回路管道可以为一条，可以为两条，最多不超过三条；所述水气分离器进出口分别安装有压力计；
所述连接管道直径为D1,氢气循环泵的直径D＝(3+D1/L1)×D1；其中连接管道总长度为L1；所述氢气循环泵采用旋涡式氢气循环泵；
监控***，所述监控***实时监控***电流、电压和压力，同时控制调整氢气循环泵转速和转速调整的时间间隔。
上述技术方案的工作原理为：氢气气源通过第一管路的喷氢气比例阀入口进入喷氢气比例阀，喷氢气比例阀的出口连接引射器然后到达燃料电池电堆；所述喷氢气比例阀控制氢气的比例，燃料电池电堆反应完的混合气体进行升压后进入循环回路的水气分离器，分离出的气体进入氢气循环泵，然后进入引射器再回到燃料电池电堆，从而实现氢气的循环利用；同时在氢气循环泵出入口设置旁通(并联)管路，氢气旁通回路流向引射器。
上述技术方案的效果为：通过氢气循环泵与引射器串联(即物理连接上，氢气循环泵位于引射器和水气分离器之间)，同时在氢气循环泵出入口设置旁通(并联)管路，以提升高功率段(30～100％最大功率区间)气体循环流量，因为管道太多，固定流量情况下每条管路分的流量不够，压力也不够，并且管道太多占用空间，所以管道最多可以设置三条；旋涡式氢气循环泵在低升压时具有较大流量和较高效率；由电机直接传动，无需使用齿轮箱，无额外损耗和润滑油泄漏风险；可以通过高速叶轮和电机配合实现小体积；当连接管道的直径D1增加时，泵的直径D也会随之增加；当连接管道L1增加时，泵的直径D也会随之增加；
公式中“3+D1/L1”的部分表示了一个修正因子，当L1较小时对泵口压力影响较大；可以帮助设计人员优化氢气循环***中泵和连接管道的匹配关系，从而充分利用设备性能并提高***效率。
实施例2是对实施例1提出的一种大功率燃料电池供氢循环***的进一步增加部件，并且，实施例2与实施例1的不同之处在于：实施例2中，如图2所示，在实施例1的基础上增加两个单向阀，所述单向阀沿氢气流通方向设置；其中一个单向阀设置在旁通回路上，氢气通过此单向阀流向所述引射器；令一个单向阀设置在所述氢气循环泵与所述引射器之间，氢气从所述氢气循环泵经过此单向阀流向所述引射器；所述单向阀采用低压损单向阀。
上述技术方案的工作原理为：氢气气源通过第一管路的喷氢气比例阀入口进入喷氢气比例阀，喷氢气比例阀的出口连接引射器然后到达燃料电池电堆；所述喷氢气比例阀控制氢气的比例，燃料电池电堆反应完的混合气体进行升压后进入循环回路的水气分离器，分离出的气体进入氢气循环泵，在氢气循环泵和引射器之间设置单向阀，氢气经氢气循环泵通过单向阀进入引射器再回到燃料电池电堆，同时在氢气循环泵出入口设置旁通(并联)管路，旁通回路上设置单向阀，氢气通过旁通回路上的单向阀流向引射器。
上述技术方案的效果为：通过氢气循环泵与引射器串联(即物理连接上，氢气循环泵位于引射器和水气分离器之间)，同时在氢气循环泵出入口设置旁通(并联)管路，以提升高功率段(30～100％最大功率区间)气体循环流量；旋涡式氢气循环泵在低升压时具有较大流量和较高效率；由电机直接传动，无需使用齿轮箱，无额外损耗和润滑油泄漏风险；可以通过高速叶轮和电机配合实现小体积；单向阀作用是避免氢气经由引射器直接进入电堆出口；在旁通回路上设置单向阀，在电堆运行的部分功率段实现氢气循环泵的停机或低速运行，全部循环气体均由引射器进行循环，从而降低损耗。
实施例3是对实施例1提出的一种大功率燃料电池供氢循环***的进一步增加部件，并且，实施例3与实施例1的不同之处在于：实施例3中，如图3所示，在实施例1的基础上增加一个单向阀，所述单向阀沿氢气流通方向设置；所述单向阀设置在所述氢气循环泵与所述引射器之间，并且所述旁通回路通过此单向阀连通所述引射器，所述单向阀采用低压损单向阀。
上述技术方案的工作原理为：氢气气源通过第一管路的喷氢气比例阀入口进入喷氢气比例阀，喷氢气比例阀的出口连接引射器然后到达燃料电池电堆；所述喷氢气比例阀控制氢气的比例，燃料电池电堆反应完的混合气体进行升压后进入循环回路的水气分离器，分离出的气体进入氢气循环泵，通过单向阀进入引射器再回到燃料电池电堆，同时分离出的气体通过旁通回路后经过此单向阀流向引射器。
上述技术方案的效果为：通过氢气循环泵与引射器串联(即物理连接上，氢气循环泵位于引射器和水气分离器之间)，同时在氢气循环泵出入口设置旁通(并联)管路，以提升高功率段(30～100％最大功率区间)气体循环流量；旋涡式氢气循环泵在低升压时具有较大流量和较高效率；由电机直接传动，无需使用齿轮箱，无额外损耗和润滑油泄漏风险；可以通过高速叶轮和电机配合实现小体积；单向阀作用是避免氢气经由引射器直接进入电堆出口；氢气通过旁通回路经此单向阀流向引射器，在电堆运行的部分功率段实现氢气循环泵的停机或低速运行，全部循环气体均由引射器进行循环，从而降低损耗。
实施例4是对实施例1提出的一种大功率燃料电池供氢循环***的进一步增加部件，并且，实施例4与实施例1的不同之处在于：实施例4中，如图4所示，在实施例1的基础上增加一个单向阀，所述单向阀设置在水气分离器与所述氢气循环泵之间，并且所述水气分离器与所述旁通回路通过此单向阀进行连通；所述单向阀采用低压损单向阀。
上述技术方案的工作原理为：氢气气源通过第一管路的喷氢气比例阀入口进入喷氢气比例阀，喷氢气比例阀的出口连接引射器然后到达燃料电池电堆；所述喷氢气比例阀控制氢气的比例，燃料电池电堆反应完的混合气体进行升压后进入循环回路的水气分离器，分离出的气体进入通过单向阀进入氢气循环泵，然后流向引射器再回到燃料电池电堆，同时分离出的气体通过此单向阀流向旁通回路后再流向引射器。
上述技术方案的效果为：通过氢气循环泵与引射器串联(即物理连接上，氢气循环泵位于引射器和水气分离器之间)，同时在氢气循环泵出入口设置旁通(并联)管路，以提升高功率段(30～100％最大功率区间)气体循环流量；旋涡式氢气循环泵在低升压时具有较大流量和较高效率；由电机直接传动，无需使用齿轮箱，无额外损耗和润滑油泄漏风险；可以通过高速叶轮和电机配合实现小体积；单向阀作用是避免氢气经由引射器直接进入电堆出口；氢气通过单向阀流向旁通回路然后流向引射器，在电堆运行的部分功率段实现氢气循环泵的停机或低速运行，全部循环气体均由引射器进行循环，从而降低损耗。
实施例5是对实施例4提出的一种大功率燃料电池供氢循环***的进一步增加部件，并且，实施例5与实施例4的不同之处在于：实施例5中，如图5所示，在实施例4的基础上，在旁通回路上另设一个单向阀；水气分离器分离出的气体经过单向阀流向旁通管路，然后经过旁通管路上的单向阀流向引射器。
上述技术方案的工作原理为：氢气气源通过第一管路的喷氢气比例阀入口进入喷氢气比例阀，喷氢气比例阀的出口连接引射器然后到达燃料电池电堆；所述喷氢气比例阀控制氢气的比例，燃料电池电堆反应完的混合气体进行升压后进入循环回路的水气分离器，分离出的气体进入通过单向阀进入氢气循环泵，然后流向引射器再回到燃料电池电堆，同时分离出的气体通过单向阀流向旁通回路，然后经过旁通管路上的单向阀流向引射器。
上述技术方案的效果为：通过氢气循环泵与引射器串联(即物理连接上，氢气循环泵位于引射器和水气分离器之间)，同时在氢气循环泵出入口设置旁通(并联)管路，以提升高功率段(30～100％最大功率区间)气体循环流量；旋涡式氢气循环泵在低升压时具有较大流量和较高效率；由电机直接传动，无需使用齿轮箱，无额外损耗和润滑油泄漏风险；可以通过高速叶轮和电机配合实现小体积；单向阀作用是避免氢气经由引射器直接进入电堆出口；氢气通过单向阀流向旁通回路然后流向引射器，在电堆运行的部分功率段实现氢气循环泵的停机或低速运行，全部循环气体均由引射器进行循环，从而降低损耗。
通过本发明所述一种大功率燃料电池供氢循环***实现供氢循环的方法如下：氢气气源通过第一管路到达燃料电池电堆；燃料电池电堆反应完的混合气体进行升压后进入循环回路的所述水气分离器，分离出的气体进入氢气循环泵，然后进入所述引射器再回到燃料电池电堆，从而实现氢气的循环利用。
上述技术方案的工作原理为：利用本发明所述一种大功率燃料电池供氢循环***，氢气气源通过第一管路到达燃料电池电堆；燃料电池电堆反应完的混合气体进行升压后进入循环回路的所述水气分离器，分离出的气体进入氢气循环泵，然后进入所述引射器再回到燃料电池电堆，从而实现氢气的循环利用；在此过程中：
在引射器的进出口和水分汽离器的进出口分别安装压力计，控制***实时监控引射器的进口压力P3和水气分离器出口的压力P4；计算氢气循环泵的功率
其中，i为混合气体绝热指数，范围在1.4到1.67之间，δ表示氢气循环泵的绝热效率，取值范围为0到1之间；(p4-p3)*s＊n为通过氢气循环泵的气体容积流量,s表示氢气循环泵的截面积,n表示氢气循环泵的转速；
控制***实时监控燃料电池的输出电流I和输出电压U,得到燃料电池的功率W＝U*I；
通过仿真建模得到W、wa、n的关系图；
控制***根据关系图调整单向阀和氢气循环泵的转速n，在电堆运行的部分功率段实现氢气循环泵的停机或低速运行，同时使电堆能源消耗最大化；
若在某时刻转速n需要调整到n1,而|n1-n|<20％n,则一次调整到位，从本次调整到下次调整的时间间隔最小值需满足如下条件：Tmin＝2L/(2(P4-P3)/(ρ*s*x))^0.5；其中，ρ为氢气密度，L为连接电堆到水气分离器经氢气循环泵到引射器再回到电堆的管道长度；x为流量系数，通常为0.5到0.8之间；令本次调整完时间点为T0,下次需要调整的时间点为T1,如果T1-T0≥Tmin则时间间隔即为T1-T0,如果T1-T0<Tmin,则下次调整的时间点为T0+Tmin；即时间间隔为Tmin。
若在某时刻转速n需要调整到n1,而|n1-n|>20％n,则以调整20％n的转速阶梯式调整，至到调整到位；调整所用总时间为t，Tmin/4≤t<Tmin/2；本次调整从调整开始到调整结束所需的总时间不能太多也不能太少，用时太少调整太快容易造成设备损耗和能量损耗，太慢不能及时调整到位，无法及时达到需要的功耗要求。
上述技术方案的效果为：本发明所述一种大功率燃料电池供氢循环***，从而实现氢气的循环利用，氢气循环泵与引射器串联(即物理连接上，氢气循环泵位于引射器和水气分离器之间)，氢气循环泵提供升压为ΔP2＝P4-P3，(P4和P3见说明书附图1～5)显然ΔP2≤ΔP，即氢气循环泵消耗功率小于现有技术，有利于降低燃料电池供氢***能耗，提升燃料电池***效率；在氢气循环泵出入口设置并联管路，以提升高功率段(30～100％最大功率区间)气体循环流量；通过旋涡式氢气循环泵，在低升压时具有较大流量和较高效率；由电机直接传动，无需使用齿轮箱，无额外损耗和润滑油泄漏风险；可以通过高速叶轮和电机配合实现小体积；同时通过单向阀的设置，避免氢气经由引射器直接进入电堆出口；在旁通回路上设置单向阀，在电堆运行的部分功率段实现氢气循环泵的停机或低速运行，全部循环气体均由引射器进行循环，从而降低损耗；通过建模得到W、wa、n的关系图，自动控制***通过关系图实现对氢气循环泵的智能自动调节；在调节过程中设置调节时间间隔T，使调整间隔时间至少氢气在循环回路中完成一次循环的时间，在达到期望功率和能耗的时候减少因为调节太快导致的能量损耗，理想状态下氢气循环经过管道回到电堆的时间t为：L/(2(P4-P3)/(ρ*s*x))^0.5,由于管道和引射器中可能存在摩擦阻力和扩散阻力等因素，因此实际的时间会比理论计算的时间长，所以设置间隔时间调整时间间隔3L/(2(P4-P3)/(ρ*s*x))^0.5≥T≥2L/(2(P4-P3)/(ρ*s*x))^0.5。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种大功率燃料电池供氢循环方法，其特征在于，氢气气源通过管道到喷氢气比例阀再到引射器然后到达燃料电池电堆；燃料电池电堆反应完的混合气体进入循环回路，通过氢气循环泵到引射器再回到燃料电池电堆，从而实现氢气的循环利用；
通过监控***控制单向阀以及氢气循环泵的转速；
其中，通过监控***控制氢气循环泵的转速调整，方法包括：
通过在引射器的进出口和水气分离器的进出口分别安装压力计，监控***实时监控引射器的进口压力和水气分离器出口的压力/>；
监控***实时监控燃料电池的输出电流I和输出电压U, 得到燃料电池的功率W=U×I；
而计算氢气循环泵的功率为：;
其中，i为混合气体绝热指数，范围在1.4到1.67之间， 表示氢气循环泵的绝热效率，取值范围为0到1之间；/>为通过氢气循环泵的气体容积流量， s表示氢气循环泵的截面积，n表示氢气循环泵的转速；
通过仿真建模得到W、、n的关系图；并将关系图输入监控***；
监控***根据关系图调整单向阀和氢气循环泵的转速n，使在电堆运行的部分功率段实现氢气循环泵的停机或低速运行，同时使电堆能源消耗最大化；
若在某时刻转速n需要调整到n1，而|n1-n|<20%n，则一次调整到位，从本次调整到下次调整的时间间隔最小值需满足如下条件：；其中，/>为氢气密度，L为连接电堆到水气分离器经氢气循环泵到引射器再回到电堆的管道长度；x为流量系数，范围为0.5到0.8之间；
若在某时刻转速n需要调整到n1, 而|n1-n|>20%n，则以调整20%n 的转速阶梯式调整，直到调整到位；调整所用总时间为t，。
2.一种实现如权利要求1所述的大功率燃料电池供氢循环方法的大功率燃料电池供氢循环***，其特征在于，所述***包括：
氢气气源、第一管路、循环回路和连接管道；
所述第一管路入口接入氢气气源，出口连接燃料电池电堆的入口；
所述循环回路一端连接所述第一管路，另一端连接所述燃料电池电堆的出口；
所述第一管路包括喷氢气比例阀和引射器，所述喷氢气比例阀入口接入氢气气源，出口连接引射器；所述引射器出口连接燃料电池电堆的入口; 所述引射器进口安装有压力计;
所述循环回路包括氢气循环泵和水气分离器；所述水气分离器一端连接燃料电池电堆的出口，另一端连接所述氢气循环泵；所述氢气循环泵另一端连接所述第一管路的引射器；所述水气分离器还通过旁通直接连接所述引射器；所述旁通不大于三个；所述水气分离器进出口分别安装有压力计;
所述连接管道直径为D1, 则氢气循环泵的直径D=(3+D1/L1 )×D1; 其中，L1为连接管道总长度；
监控***，所述监控***实时监控***电流、电压和压力，同时控制调整氢气循环泵转速和转速调整的时间间隔；包括：
通过在引射器的进出口和水气分离器的进出口分别安装压力计，监控***实时监控引射器的进口压力和水气分离器出口的压力/>；
监控***实时监控燃料电池的输出电流I和输出电压U, 得到燃料电池的功率W=U×I；
而计算氢气循环泵的功率为：；
其中，i为混合气体绝热指数，范围在1.4到1.67之间， 表示氢气循环泵的绝热效率，取值范围为0到1之间；/>通过氢气循环泵的气体容积流量, s表示氢气循环泵的截面积, n表示氢气循环泵的转速；
通过仿真建模得到W、、n的关系图；并将关系图输入监控***；
监控***根据关系图调整单向阀和氢气循环泵的转速n，使在电堆运行的部分功率段实现氢气循环泵的停机或低速运行，同时使电堆能源消耗最大化；
若在某时刻转速n需要调整到n1, 而|n1-n|<20%n，则一次调整到位，从本次调整到下次调整的时间间隔最小值需满足如下条件：；其中，/>为氢气密度，L为连接电堆到水气分离器经氢气循环泵到引射器再回到电堆的管道长度；x为流量系数，通常为0.5到0.8之间；
若在某时刻转速n需要调整到n1, 而|n1-n|>20%n，则以调整20%n 的转速阶梯式调整，直到调整到位；调整所用总时间为t，。
3.根据权利要求2所述的一种大功率燃料电池供氢循环***，其特征在于，所述循环回路还包括至少一个单向阀，所述单向阀沿氢气流通方向设置。
4.根据权利要求3所述的一种大功率燃料电池供氢循环***，其特征在于，所述旁通上设置一个所述单向阀，所述氢气循环泵与所述引射器之间设置另一个所述单向阀。
5.根据权利要求3所述的一种大功率燃料电池供氢循环***，其特征在于，所述单向阀设置在所述氢气循环泵与所述引射器之间，并且所述旁通通过此单向阀连通所述引射器。
6.根据权利要求3所述的一种大功率燃料电池供氢循环***，其特征在于，所述单向阀设置在水气分离器与所述氢气循环泵之间，并且所述水气分离器与所述旁通通过此单向阀进行连通。
7.根据权利要求6所述的一种大功率燃料电池供氢循环***，其特征在于，所述旁通上另设置一个单向阀。
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Denomination of invention: A high-power fuel cell hydrogen supply cycle system and method

Granted publication date: 20240202

Pledgee: Bank of Jiangsu Limited by Share Ltd. Wuxi branch

Pledgor: Jiangsu shenhydrochen Technology Co.,Ltd.

Registration number: Y2024980015608