專利名稱：一種車用燃料電池氫氣循環系統的制作方法
技術領域：
本實 用新型涉及燃料電池領域，尤其涉及車用燃料電池領域，特別涉及質子交換 膜燃料電池氫循環。
背景技術：
質子交換膜燃料電池是一種高效、環境友好的發電裝置，它直接將貯存在燃料與 氧化劑中的化學能轉化為電能。其內部核心部件是膜電極(MembraneElectrode Assembly, 簡稱MEA)。質子交換膜燃料電池膜內的水狀態與工作性能密切相關。水的流進和流出管理 不當，將出現水淹和干化現象。燃料經濟性是衡量一套燃料電池系統優劣的一個關鍵指標。 為有效對燃料電池內部水進行管理，提高系統可靠性，提高燃料經濟性，氫循環是非常有效 的一種方法，采用該方法不僅能夠有效降低氫側增濕要求，加強氫側液態水排出，還能夠有 效提高氫氣利用率。現技術中大多采用流量控制器或壓力控制器或比例控制調節閥與文丘 里管結合使用，完成氫循環。現有技術的上述方法的不足是設備成本高；設備可靠性、適 用性及抗干擾能力不如車載部件。
發明內容本實用新型的目的是提供一種車用燃料電池氫氣循環系統，加強用燃料電池系統 內部水管理，同時提高燃料氫氣利用率。針對車載環境，通過多點順序噴射系統和文丘里管 的組合使用，實現氫氣的循環。為實現上述目的，本實用新型采用的技術方案為一種車用燃料電池氫氣循環系 統，包括燃料電池堆、燃料電池氫氣循環系統和控制單元，燃料電池氫氣循環系統包括通過 管路連接的氫氣儲罐、一級減壓閥、安全泄壓閥、壓力傳感器和汽液分離器，氫氣儲罐與一 級減壓閥連接，一級減壓閥與燃料電池堆的氫氣入口連接，壓力傳感器串接在一級減壓閥 與燃料電池堆的氫氣入口連接-料電池堆的氫氣入口連接的管路上設一條與汽液分離器 出口管路連接的支路，支路上串接安全泄壓閥，其特征在于所述燃料電池氫氣循環系統還 包括多點順序噴射系統、文丘里管、氫氣流量計和背壓閥，所述多點順序噴射系統和文丘 里管連接在一級減壓閥與燃料電池堆的氫氣入口連接的管路上，所述多點順序噴射系統入 口與一級減壓閥出口連接，多點順序噴射系統出口與文丘里管進口連接，文丘里管出口與 燃料電池堆的氫氣入口連接，氫氣流量計串接在多點順序噴射系統與文丘里管連接的管路 上，氫氣流量計與控制單元用信號線連接，所述串接在一級減壓閥與燃料電池堆的氫氣入 口連接的管路上的壓力傳感器是串接在文丘里管出口與燃料電池堆的氫氣入口連接的管 路上，所述背壓閥連接在汽液分離器出口管路上，汽液分離器出口管路設支路與文丘里管 連接。本實用新型所述一種車用燃料電池氫氣循環系統，其特征在于所述多點順序噴射 系統的連接方式可以是單點噴射閥件入口并聯連接后與一級減壓閥出口連接，單點噴射閥 件出口并聯連接后與文丘里管入口連接，或者是單點噴射閥件入口并聯連接后與一級減壓閥出口連接，每個單點噴射閥件出口分別與各個燃料電池堆的文丘里管入口連接。本實用新型所述一種車用燃料電池氫氣循環系統，其特征在于所述多點順序噴射 系統可以是CNG或LNG或LPG汽車用多點順序噴射系統。本實用新型所述一種車用燃料電池氫氣循環系統的邏輯控制方法，其特征在于所 述邏輯控制方法包括以下步驟a、控制單元計算燃料電池需輸出的電流及該電流下氫消耗量和氫流量設定值，氫 流量設定值為氫消耗量和預置值之和，預置值為燃料電池在100mA/cm2下，電堆穩定工作 時所需氣量值與理論計算值的差值，經實測獲得；b、控制單元根據設定值查文丘里管特性曲線表得氫設定流量值下文丘里管前端 壓力并計算多點噴射系統兩側壓差；C、根據流量系數Cv值計算氫流量設定值下多點噴射系統的噴射周期；d、發出指令給執行機構執行；e、氫流量計采集氫氣供給流量數據傳輸給控制單元，控制單元進行判斷，判斷實 際供氫流量值和氫流量設定值的絕對值差值是否大于電堆供氫流量精度值L/min，若判斷 結果為“是”，則控制單元修整噴射周期后，再發出指令給執行機構執行，重復本步驟的上述 過程，直至判斷結果為“否”，結束本步驟的上述過程，執行機構執行最后判斷結果為“否”的 噴射周期進行噴射；電堆供氫流量精度值L/min為電堆供氫流量精度與供氫量的乘積。本實用新型的原理是通過多點噴射系統實現氫氣流量的定量控制，結合文丘里 管實現氫氣循環，過程控制目標為氫氣流量，反饋修正量為氫氣流量。系統中，氫氣儲罐提 供燃料電池反應燃料；一級減壓閥將氫氣儲罐內壓力降至系統所需壓力；氫流量計測量燃 料電池系統供氫流量；安全泄壓閥對燃料電池電堆進行機械式高壓保護，當系統壓力達設 定值，閥門開啟，進行泄壓；壓力傳感器測試燃料電池系統燃料工作壓力；燃料電池電堆是 燃料與氧化劑反應發電裝置；汽液分離器分離并去除尾排氫氣中的液態水；背壓閥控制背 壓閥前端(電堆內部)氫壓的穩定。本實用新型具有如下優點1、使氫氣循環，提高氫氣利用率，加強氫側排水，并有效的提高了氫側增濕，有效 的對燃料電池內部水進行管理；2、該裝置簡單，安全可靠，成本低，能夠使用于車載環境，適用性強
本實用新型共有附圖六幅，其中圖1是本實用新型的車用燃料電池氫氣循環系統流程圖I ；圖2是本實用新型的車用燃料電池氫氣循環系統流程圖II ；圖3具體實施例中車用燃料電池氫氣循環系統流程圖；圖4車用燃料電池氫氣循環系統控制邏輯圖；圖5具體實施例中測試工況； 圖6氫氣流量設定值和實際氫氣用量比對圖。附圖中，1、氫氣儲罐，2、一級減壓閥，3、多點順序噴射系統，4、單點噴射閥件，5、氫 氣流量計，6、文丘里管，7、安全泄壓閥，8、壓力傳感器，9、燃料電池堆，10、汽液分離器，11、背壓閥
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型做進一步描述。附圖3是實施例的車用燃料電池氫氣循環系統流程圖，是具有一個電堆的燃料電 池氫氣循環系統。系統中，氫氣儲罐1的壓力35MPa，一級減壓閥2將氫氣儲罐1內的35MPa 壓力的氫氣減壓至7bar，多點順序噴射系統采用CNG 4缸用多點順序噴射系統，流量計為 壓差式流量計，文丘里管根據車的實際情況設計，安全泄壓閥設定壓力80kPa，壓力傳感器 檢測電堆內部陽極工作壓力(做欠壓和超壓保護判定用)，120節燃料電池堆，背壓閥設定 壓力為50kPa。在指定工況(見附圖5)下對該氫氣循環系統進行測試，比對氫氣流量設定值和實 際氫氣用量，比對結果顯示，氫氣流量瞬間采集值與氫氣流量設定值之間基本吻合。比對結 果如附圖6，圖中·表示氫氣流量瞬間采集值，▲表示氫氣流量設定值。
權利要求1.一種車用燃料電池氫氣循環系統，包括燃料電池堆(9)、燃料電池氫氣循環系統和 控制單元，燃料電池氫氣循環系統包括通過管路連接的氫氣儲罐(1)、一級減壓閥O)、安 全泄壓閥(7)、壓力傳感器(8)和汽液分離器(10)，氫氣儲罐(1)與一級減壓閥( 連接， 一級減壓閥⑵與燃料電池堆(9)的氫氣入口連接，壓力傳感器⑶串接在一級減壓閥(2) 與燃料電池堆(9)的氫氣入口連接的管路上，汽液分離器(10)連接在燃料電池堆(9)的氫 氣尾排管路上，一級減壓閥( 與燃料電池堆(9)的氫氣入口連接的管路上設一條與汽液 分離器(10)出口管路連接的支路，支路上串接安全泄壓閥(7)，其特征在于所述燃料電池 氫氣循環系統還包括多點順序噴射系統C3)、文丘里管(6)、氫氣流量計( 和背壓閥(11)， 所述多點順序噴射系統⑶和文丘里管(6)連接在一級減壓閥(2)與燃料電池堆(9)的氫 氣入口連接的管路上，所述多點順序噴射系統C3)入口與一級減壓閥( 出口連接，多點順 序噴射系統(3)出口與文丘里管(6)進口連接，文丘里管(6)出口與燃料電池堆(9)的氫 氣入口連接，氫氣流量計(5)串接在多點順序噴射系統C3)與文丘里管(6)連接的管路上， 氫氣流量計(5)與控制單元用信號線連接，所述串接在一級減壓閥( 與燃料電池堆(9) 的氫氣入口連接的管路上的壓力傳感器(8)是串接在文丘里管(6)出口與燃料電池堆(9) 的氫氣入口連接的管路上，所述背壓閥(11)連接在汽液分離器(10)出口管路上，汽液分離 器(10)出口管路設支路與文丘里管(6)連接。
2.根據權利要求1所述一種車用燃料電池氫氣循環系統，其特征在于所述多點順序噴 射系統C3)的連接方式可以是單點噴射閥件(4)入口并聯連接后與一級減壓閥( 出口連 接，單點噴射閥件出口并聯連接后與文丘里管(6)入口連接，或者是單點噴射閥件(4) 入口并聯連接后與一級減壓閥O)出口連接，每個單點噴射閥件出口分別與各個燃料 電池堆的文丘里管(6)入口連接。
3.根據權利要求2所述一種車用燃料電池氫氣循環系統，其特征在于所述多點順序噴 射系統( 可以是CNG或LNG或LPG汽車用多點順序噴射系統。
專利摘要一種車用燃料電池氫氣循環系統，特征在于所述燃料電池氫氣循環系統包括多點順序噴射系統、文丘里管、氫氣流量計和背壓閥，多點順序噴射系統與文丘里管組合使用，實現燃料電池氫氣循環。本實用新型具有如下優點采用多點順序噴射系統控制氫氣流量，與文丘里管組合使用，使氫氣循環，提高氫氣利用率，加強氫側排水，并有效的提高了氫側增濕，有效的對燃料電池內部水進行管理；該裝置簡單，安全可靠，成本低，能夠使用于車載環境。
文檔編號H01M8/04GK201868510SQ20102060650
公開日2011年6月15日 申請日期2010年11月15日 優先權日2010年11月15日
發明者徐麗雙, 李加良, 王仁芳, 秦連慶, 榮瑞 申請人:新源動力股份有限公司