【技术实现步骤摘要】
本技术属于氢燃料电池氢气循环系统及控制方法领域，具体涉及一种氢燃料电池氢气循环系统及其排气排水的控制方法。
技术介绍
1、氢燃料电池是一种能将氢气的化学能通过催化反应转换成电能的发电装置，其具有能量转换效率高、零污染、噪音小等优势，具有非常广阔的应用前景。特别是我们国家提出“双碳”目标后，氢燃料电池成为了市场“热潮”，尤其是在汽车领域的应用，被认为是减少碳排放的重要方式。
2、氢燃料电池系统由燃料电池电堆、氢气循环系统、空气供应系统、冷却循环系统和电气电控系统组合而成。氢气作为氢燃料电池的燃料，其供应及循环方式对系统至关重要，因此氢气循环系统设计及控制将会影响燃料电池高性能、高稳定地输出。
3、氢燃料电池系统在运行过程中，由于阴极反应会产生大量的水，而反应生成的水会扩散至燃料电池阳极侧，因此阳极气路中很容易累计大量的水，严重时将导致阳极的水淹，直接影响燃料电池的稳定运行。另一方面，由于燃料电池反应过程中，阴阳极气体组分存在浓度差异，阴极侧的氮气将通过质子交换膜渗透到阳极，从而导致阳极气路中氮气浓度升高，阳极侧的气体是通过氢循环泵或引射器进行气体循环，在这种运行条件下，阳极侧的氮气将不断累积，使氢气浓度降低，影响阳极侧的反应速率。
4、为了解决氢气循环系统中的问题，目前普遍采用的方式是氢气循环系统中增加汽水分离器，并采用氢气路间歇排气排水。通过调节排气阀排水阀的排放频率控制氢气循环系统中的氮气和水含量。但是这种方式存在不足之处：1.不能定量监测氢气路中氮气及水的含量；2.不能精准地实现对气体及水
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本技术提出一种氢燃料电池氢气循环系统及其排气排水的控制方法，在氢气尾排的汽水分离器中增加排水阀及排气阀，并在汽水分离器中增加氢气浓度传感器及液位传感器实现对气路中氢气浓度及水量的精准监控。同时通过氢气浓度传感器和液位传感器的反馈对排气阀和排水阀进行控制，以合理排出气路中的氮气和水，保证燃料电池的稳定运行，并提高氢气的利用率，降低系统氢耗。
2、本技术技术方案如下。
3、一种氢燃料电池氢气循环系统，所述系统包括氢气瓶、进氢阀、比例阀、燃料电池电堆、氢气循环泵和汽水分离器；所述氢气瓶的出口与进氢阀的入口连接，所述进氢阀的出口与比例阀的入口连接，所述比例阀的出口分别与燃料电池电堆的入口和氢气循环泵的出口连接，所述燃料电池电堆的出口与汽水分离器的进口连接，所述汽水分离器的回氢口与氢气循环泵的入口连接，所述汽水分离器的排气出口与排气阀入口连接，所述汽水分离器的排水出口与排水阀入口连接；
4、所述汽水分离器由氢气浓度传感器、液位传感器、排气阀、分水结构和排水阀组成；所述分水结构中，上部设置有氢气浓度传感器，内部设置有液位传感器；所述分水结构的排气出口与排气阀入口连接，所述分水结构的底部连接有排水阀。
5、进一步地，本技术还包括第一压力传感器；所述第一压力传感器设置于进氢阀与比例阀之间的管道上。
6、进一步地，本技术还包括第二压力传感器；所述第二压力传感器设置于比例阀和燃料电池电堆之间的管道上。
7、进一步地，本技术还包括第三压力传感器；所述第三压力传感器设置于燃料电池电堆和汽水分离器之间的管道上。
8、进一步地，本技术中，所述汽水分离器中，进气口和排气口设置在汽水分离器的侧面，排水口设置在汽水分离器的下部，回氢口设置在汽水分离器的上部。
9、一种氢燃料电池系统排气排水的控制方法，通过监控氢气路尾排端汽水分离器中氢气浓度控制汽水分离器排气阀的打开和关闭。通过监控氢气路尾排端汽水分离器中水的液位高度控制汽水分离器排水阀的打开和关闭(如图2和图3所示)。
10、上述方法中，所述的监控汽水分离器中氢气浓度控制汽水分离器排气阀的打开和关闭，包括如下步骤：
11、燃料电池系统启动后，氢气循环系统中进氢阀打开，氢气循环泵启动，比例阀根据系统功率需求调整阀门开度，当压力传感器检测到压力达到需求点时，比例阀开度不再变化；系统初始运行至额定功率后，燃料电池控制器通过氢气浓度传感器监测到汽水分离器中的氢气浓度a1；系统平稳运行过程中，燃料电池控制器通过氢气浓度传感器监测到汽水分离器中的氢气浓度为a2，当(a1-a2)/a1超过一定值时，则控制汽水分离器的排气阀门打开一定的时间t1进行排气；在此过程中，氢气循环泵调整转速、比例阀调节阀门开度调整管路中氢气的压力，保持管路压力的平稳，待管路压力稳定后，氢泵和比例阀再调回设定参数。
12、上述方法中，10％≤(a1-a2)/a1≤30％，1s≤t1≤5s；
13、上述方法中，所述的监控汽水分离器中水的液位高度控制汽水分离器排水阀的打开和关闭，包括如下步骤：
14、燃料电池系统启动后，氢气循环系统中进氢阀打开，氢气循环泵启动，比例阀根据系统功率需求调整阀门开度，当压力传感器检测到压力达到需求点时，比例阀开度不再变化；系统平稳运行过程中，燃料电池控制器通过液位传感器监测到汽水分离器中的水的液面高度≥h，则控制汽水分离器的排水阀门打开一定的时间t2进行排水；在此过程中，氢气循环泵调整转速、比例阀调节阀门开度调整管路中氢气的压力，保持管路压力的平稳，待管路压力稳定后，氢泵和比例阀再调回设定参数。
15、上述方法中，l/3≤h≤l/2，l为汽水分离器的液面最大高度，1s≤t1≤5s。
16、与现有技术相比，本技术的优势在于：
17、1.通过氢气循环系统中的汽水分离器中增加排气阀和排水阀，能实现单独排气及排水的功能，避免因只有排水阀可能无法排氮气的风险；
18、2.通过在氢气循环系统中的汽水分离器中增加氢气浓度传感器和液位传感器，能实现对气路中氢气浓度和水含量的精准监控，更有利于氢气循环系统控制策略的优化；
19、3.氢燃料电池系统运行过程中，通过氢气循环系统汽水分离器中氢气浓度传感器的反馈进行氢气路排气阀的控制，能精准保证氢气路中氢气的浓度，保证反应的进行，提高燃料电池运行的稳定性；
20、4.氢燃料电池系统运行过程中，通过氢气循环系统汽水分离器中液位传感器的反馈进行氢气路排水阀的控制，能精准控制气路中的水含量，避免阳极的水淹情况，保证电堆的一致性及输出功率；
21、5.通过这种氢气循环系统的设计及控制方法，能精准控制氢气路排气和排水间隙，提高氢气利用率，降低系统运行氢耗。
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1.一种氢燃料电池氢气循环系统，其特征在于，所述系统包括氢气瓶(1)、进氢阀(2)、比例阀(4)、燃料电池电堆(13)、氢气循环泵(6)和汽水分离器；所述氢气瓶(1)的出口与进氢阀(2)的入口连接，所述进氢阀(2)的出口与比例阀(4)的入口连接，所述比例阀(4)的出口分别与燃料电池电堆(13)的入口和氢气循环泵(6)的出口连接，所述燃料电池电堆(13)的出口与汽水分离器的进口连接，所述汽水分离器的回氢口与氢气循环泵(6)的入口连接，所述汽水分离器的排气出口与排气阀(9)入口连接，所述汽水分离器的排水出口与排水阀(11)入口连接；
2.根据权利要求1所述的氢燃料电池氢气循环系统，其特征在于，还包括第一压力传感器(3)；所述第一压力传感器(3)设置于进氢阀(2)与比例阀(4)之间的管道上。
3.根据权利要求1所述的氢燃料电池氢气循环系统，其特征在于，还包括第二压力传感器(5)；所述第二压力传感器(5)设置于比例阀(4)和燃料电池电堆(13)之间的管道上。
4.根据权利要求1所述的氢燃料电池氢气循环系统，其特征在于，还包括第三压力传感器(12)；所述
5.根据权利要求1所述的氢燃料电池氢气循环系统，其特征在于，所述汽水分离器中，进气口和排气口设置在汽水分离器的侧面，排水口设置在汽水分离器的下部，回氢口设置在汽水分离器的上部。
...【技术特征摘要】
1.一种氢燃料电池氢气循环系统，其特征在于，所述系统包括氢气瓶(1)、进氢阀(2)、比例阀(4)、燃料电池电堆(13)、氢气循环泵(6)和汽水分离器；所述氢气瓶(1)的出口与进氢阀(2)的入口连接，所述进氢阀(2)的出口与比例阀(4)的入口连接，所述比例阀(4)的出口分别与燃料电池电堆(13)的入口和氢气循环泵(6)的出口连接，所述燃料电池电堆(13)的出口与汽水分离器的进口连接，所述汽水分离器的回氢口与氢气循环泵(6)的入口连接，所述汽水分离器的排气出口与排气阀(9)入口连接，所述汽水分离器的排水出口与排水阀(11)入口连接；
2.根据权利要求1所述的氢燃料电池氢气循环系统，其特征在于，还包括第一压力传感器(...
【专利技术属性】
技术研发人员：池滨，杨强，曹加鹏，鲁亮，
申请(专利权)人：广东云韬氢能科技有限公司，
类型：新型
国别省市：
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