一种燃料电池氢气循环系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术涉及燃料电池控制技术领域，具体地指一种燃料电池氢气循环系统及其控制方法。本发明专利技术在燃料电池氢气循环系统在燃料电池阳极入口处设置了压力传感器、湿度传感器，获取氢气循环泵的目标转速，并通过该目标转速对氢气循环泵进行控制，实现了对燃料电池阳极氢气压力和湿度的协调控制，确保了燃料电池阳极能够更加稳定、高效和安全的运行，具有极大的推广价值。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池氢气循环系统及其控制方法
本专利技术涉及燃料电池控制
，具体地指一种燃料电池氢气循环系统及其控制方法。
技术介绍
燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此效率高；另外，燃料电池用燃料和氧气作为反应原料，同时没有机械传动部件，故没有噪声，排放出的有害气体污染极少。由此可见，从节约能源和保护生态环境的角度来看，燃料电池是一种很有发展前途的发电技术。在众多种类的燃料电池当中，质子交换膜燃料电池采用能传导质子的固态高分子薄膜材料作为电解质。这种电解质具有高功率-质量比和低工作温度，是适用于固定和移动装置的理想材料。质子交换膜燃料电池因其能量转化效率高、工作温度低、相应迅速、以及零排放等优点，被视作具备良好发展前景的汽车动力源。在本说明书的后续内容中，如无特别说明，所提及的燃料电池均为质子交换膜燃料电池。氢气循环系统是燃料电池系统中的重要子系统，其功能是将在燃料电池阳极出口排出的未反应完的氢气和新鲜供应的氢气混合，从而保证进入燃料电池阳极的氢气压力和湿度在合适的范围内，并且保证燃料电池阳极入口和出口处的压力差在适当值。因此，需要对进入燃料电池阳极的氢气压力、湿度进行控制。现有技术方法一般只能对燃料电池阳极的氢气压力进行控制，很少有对氢气湿度进行控制的。例如，专利《一种车载燃料电池多模块并联氢气循环系统及其控制方法》(CN201810575899.8)和《车辆、燃料电池的氢气循环系统及氢气循环控制方法》(CN201810718613.7)分别公开了一种燃料电池氢气循环系统及其控制方法，但均未充分考虑如何控制燃料电池的湿度。有的技术方法考虑到了氢气湿度，但是不能协调控制湿度与压力，专利《燃料电池自增湿控制方法及自增湿控制系统》(CN201910105656.2)公开了一种燃料电池自增湿系统及其控制方法，但是其控制方法中循环泵的转速仅由湿度控制，没有做到控制循环泵转速时综合考虑氢气的压力和湿度。
技术实现思路
本专利技术的目的就是要解决上述
技术介绍
提到的技术问题，提供一种燃料电池氢气循环系统及其控制方法。本专利技术的技术方案为：一种燃料电池氢气循环系统，包括燃料电池阳极、同燃料电池阳极入口连通的氢气喷射装置、同燃料电池阳极出口连通的尾部排放阀门，其特征在于：还包括氢气循环控制装置、以及设置于燃料电池阳极入口和出口之间用于将出口排放的未反应完氢气与氢气喷射装置供应的新鲜氢气混合的氢气循环泵；所述燃料电池阳极入口和出口处设置有用于监测燃料电池阳极压力、湿度和温度的监测结构；所述氢气循环控制装置同监测结构和氢气循环泵电连接并根据监测结构获得参数对氢气循环泵进行转速控制。进一步的所述监测结构包括分别设置于燃料电池阳极入口和出口的用于监测压力的入口压力传感器和出口压力传感器以及用于监测湿度的入口湿度传感器和监测温度的出口温度传感器。进一步的所述氢气循环泵的入口与燃料电池阳极的出口连通，氢气循环泵的出口与燃料电池阳极的入口连通。进一步的还包括用于调节燃料电池阳极入口压力的泄压阀；所述泄压阀的入口与氢气喷射装置的出口连通，泄压阀的出口与尾部排放阀门的入口连通，泄压阀与氢气循环控制装置电连接。一种燃料电池氢气循环系统的氢气循环泵控制方法，其特征在于：采集燃料电池阳极的运行数据，对入口与燃料电池阳极的出口连通、出口与燃料电池阳极的入口连通的氢气循环泵进行控制，根据采集到的数据获取氢气循环泵的最终氢气循环泵目标转速NSP，并按照最终氢气循环泵目标转速NSP控制氢气循环泵的运转。进一步的所述获取最终氢气循环泵目标转速NSP的方法为：根据采集燃料电池阳极的运行数据，获取基于压力的氢气循环泵目标转速NP和基于湿度的氢气循环泵目标转速NH，通过对NP和NH进行优化，获取最终氢气循环泵目标转速NSP。进一步的按照下列公式对NP和NH进行优化以此获得最终氢气循环泵目标转速NSP：其中：NSP——最终氢气循环泵目标转速；NP——基于压力的氢气循环泵目标转速；NH——基于湿度的氢气循环泵目标转速；wP——基于压力的氢气循环泵目标转速在计算体系中所占权重系数；wH——基于湿度的氢气循环泵目标转速在计算体系中所占权重系数。进一步的所述获取基于压力的氢气循环泵目标转速NP的方法为：根据由汽车整车控制器提供的Ist查表获取燃料电池阳极入口目标压力PSP，根据采集到的燃料电池阳极入口实际压力Pact和PSP，获得压力偏差量eP；根据压力偏差量eP查表获得基于压力的氢气循环泵目标转速NP。进一步的所述获取基于湿度的氢气循环泵目标转速NH的方法为：根据采集燃料电池阳极运行数据获得燃料电池阳极入口目标湿度HSP，对燃料电池阳极入口目标湿度HSP和采集到的燃料电池阳极入口实际湿度Hact进行运算，获得湿度偏差量eH；根据湿度偏差量eH查表得到基于湿度的氢气循环泵目标转速NH。进一步的所述燃料电池阳极入口目标湿度HSP的获取方法为：采集燃料电池阳极入口实际温度Tact以及由汽车整车控制器提供的Ist，根据Tact和Ist查表获得燃料电池阳极入口目标湿度HSP。进一步的采集燃料电池阳极的运行数据，根据采集数据获取控制燃料电池阳极入口压力的泄压阀的目标开度αSP，并根据该目标开度αSP控制泄压阀。进一步的所述获取泄压阀的目标开度αSP的方法为：采集燃料电池阳极的入口实际压力Pact和出口实际压力压力Pout，获得燃料电池阳极的实际压力差ΔPact；将查表获得的燃料电池阳极的目标压力差ΔPSP减去燃料电池阳极的实际压力差ΔPact，获得压力差偏差量eΔP，根据压力差偏差量eΔP查表获取泄压阀的目标开度αSP。本专利技术通过在燃料电池的阳极入口和出口设置压力和温度传感器，依据燃料电池阳极入口的压力和湿度来确定循环泵的目标转速，这样的确定方法充分考虑了各种影响因素，得到的目标转速有利于燃料电池的良好运行，提高了整个燃料电池能量转化效率和运行的安全性；本专利技术通过在燃料电池的阳极入口和出口设置压力和温度传感器，依据燃料电池出口的压力计算泄压阀的目标开度，并根据该目标开度控制泄压阀，这种控制方法能够更精确的根据管路运行状态控制燃料电池阳极运行过程中的入口压力，确保整个系统流畅、高效且安全的运行。附图说明图1：本专利技术燃料电池氢气循环系统的结构示意图。图2：本专利技术燃料电池氢气循环系统控制装置的模块图；图3：本专利技术燃料电池氢气循环系统控制方法的流程图；其中：1—燃料电池阳极；2—氢气喷射装置；3—尾部排放阀门；4—氢气循环泵；5—泄压阀；6—氢气循环控制装置；7—入口压力传感器；8—出口压力传感器；9—入口湿度传感器；10—出口温度传感器。具体实施方式...

【技术保护点】
1.一种燃料电池氢气循环系统，包括燃料电池阳极(1)、同燃料电池阳极(1)入口连通的氢气喷射装置(2)、同燃料电池阳极(1)出口连通的尾部排放阀门(3)，/n其特征在于：还包括氢气循环控制装置(6)、/n以及设置于燃料电池阳极(1)入口和出口之间用于将出口排放的未反应完氢气与氢气喷射装置(2)供应的新鲜氢气混合的氢气循环泵(4)；/n所述燃料电池阳极(1)入口和出口处设置有用于监测燃料电池阳极(1)压力、湿度和温度的监测结构；/n所述氢气循环控制装置(6)同监测结构和氢气循环泵(4)电连接并根据监测结构获得参数对氢气循环泵(4)进行转速控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池氢气循环系统，包括燃料电池阳极(1)、同燃料电池阳极(1)入口连通的氢气喷射装置(2)、同燃料电池阳极(1)出口连通的尾部排放阀门(3)，
其特征在于：还包括氢气循环控制装置(6)、
以及设置于燃料电池阳极(1)入口和出口之间用于将出口排放的未反应完氢气与氢气喷射装置(2)供应的新鲜氢气混合的氢气循环泵(4)；
所述燃料电池阳极(1)入口和出口处设置有用于监测燃料电池阳极(1)压力、湿度和温度的监测结构；
所述氢气循环控制装置(6)同监测结构和氢气循环泵(4)电连接并根据监测结构获得参数对氢气循环泵(4)进行转速控制。


2.如权利要求1所述的一种燃料电池氢气循环系统，其特征在于：所述监测结构包括分别设置于燃料电池阳极(1)入口和出口的用于监测压力的入口压力传感器(7)和出口压力传感器(8)以及用于监测湿度的入口湿度传感器(9)和监测温度的出口温度传感器(10)。


3.如权利要求1所述的一种燃料电池氢气循环系统，其特征在于：所述氢气循环泵(4)的入口与燃料电池阳极(1)的出口连通，氢气循环泵(4)的出口与燃料电池阳极(1)的入口连通。


4.如权利要求1所述的一种燃料电池氢气循环系统，其特征在于：还包括用于调节燃料电池阳极(1)入口压力的泄压阀(5)；所述泄压阀(5)的入口与氢气喷射装置(2)的出口连通，泄压阀(5)的出口与尾部排放阀门(3)的入口连通，泄压阀(5)与氢气循环控制装置(6)电连接。


5.一种燃料电池氢气循环系统的控制方法，其特征在于：采集燃料电池阳极(1)的运行数据，对入口与燃料电池阳极(1)的出口连通、出口与燃料电池阳极(1)的入口连通的氢气循环泵(4)进行控制，根据采集到的数据获取氢气循环泵(4)的最终氢气循环泵目标转速NSP，并按照最终氢气循环泵目标转速NSP控制氢气循环泵(4)的运转。


6.如权利要求5所述的一种控制方法，其特征在于：所述获取最终氢气循环泵目标转速NSP的方法为：根据采集燃料电池阳极(1)的运行数据，获取基于压力的氢气循环泵目标转速NP和基于湿度的氢气循环泵目标转速NH，通过对NP和NH进行优化，获取最终氢气循环泵目标转速NSP。


7.如权利要求6所述的一种控制方...

【专利技术属性】
技术研发人员：王明锐，张宇，张新丰，杨高超，宫熔，
申请(专利权)人：东风汽车集团有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42