一种燃料电池供氢系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种燃料电池供氢系统及其控制方法。该系统包括高压储气氢瓶、集成瓶阀、减压阀、管道压力传感器、氢泄露传感器、燃料电池进气主阀，PRD泄压阀、单向阀、氢管理系统。其方法是根据各传感器实时监控系统工作状态，根据不同系统工况，切换控制方式，能有效确保燃料电池供氢系统在各种工况下安全、可靠、高效地工作。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池供氢系统及其控制方法
本专利技术属于燃料电池
，具体涉及一种燃料电池供氢系统及其控制方法。
技术介绍
随着科技发展及人们环境保护意识的加强，发展无污染的绿色新能源汽车已经成为趋势。燃料电池具有发电效率高、环境污染小、可靠性高和废热易排出可循环再利用等优点。因此燃料电池汽车技术的研究和开发受到各国政府的大力支持。在此背景之下开发出了使用清洁能源氢气作为燃料的燃料电池汽车。这种新能源汽车由氢气和氧通过燃料电池产生的电能提供动力，氢氧反应这一过程不仅有极高的能量利用效率，而且排放物只有水，对环境没有任何污染。但是，氢气本身的特性如泄漏性、爆炸性和氢脆等，使得燃料电池汽车存在着一定的安全隐患，这种新能源动力系统的安全性成为人们首先关心的问题。这些安全问题包括储氢安全、车载氢气系统的安全、燃料电池汽车发生碰撞以及发生氢气泄露时的安全等。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的在于提供一种安全可控的燃料电池供氢系统，并对应提供其控制方法。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种燃料电池供氢系统，包括高压储气氢瓶，在其瓶口处密封连接有集成瓶阀，所述集成瓶阀与高压储气氢瓶内部连通，所述集成瓶阀通过进气管与单向瓶阀连通，用于向所述高压储气氢瓶内部充气；所述集成瓶阀通过输气管与燃料电池进气主阀连通，在所述的输气管上设置有减压阀，以使输出的气氢气压力适于燃料电池使用；在所述的集成瓶阀通过氢瓶泄压管与PRD泄压阀连通，用于向大气排出高压储气氢瓶中的气体；还包括氢管理系统，所述氢管理系统包括氢管理系统控制器和氢瓶压力传感器；所述氢瓶压力传感器设置在所述集成瓶阀上，且通过信号与所述氢管理系统控制器连接，用于采集所述高压储气氢瓶中的气压信息并传输给所述氢管理系统控制器；所述氢管理系统控制器与所述PRD泄压阀连接，所述氢管理系统控制器用于接收所述高压储气氢瓶中的气压信息并与所述氢管理系统控制器中存储的安全阀值比较，当所述高压储气氢瓶中的气压大于安全阀值时，向所述PRD泄压阀发送气瓶泄压指令，以开启所述PRD泄压阀使之与所述高压储气氢瓶连通，用以排出高压储气氢瓶中的气体。进一步，所述氢管理系统还包括氢瓶温度传感器；所述氢瓶温度传感器设置在所述集成瓶阀上，通过信号与所述氢管理系统控制器连接，用于采集所述高压储气氢瓶中的温度信息并传输给所述氢管理系统控制器；所述氢管理系统控制器与所述单向瓶阀连接；所述氢管理系统控制器用于根据所述高压储气氢瓶中的气压和所述高压储气氢瓶中的温度计算所述储气氢瓶中氢气的SOC，当所述储气氢瓶中氢气的SOC小于供气下限值时，向所述单向瓶阀发出补气指令，以开启所述单向瓶阀使之与加氢口连通，用以向高压储气氢瓶中补充气体。SOC的计算方法为现有技术，如《燃料电池车氢气SOC计算及应用》(电源技术研究与设计.2015.8.1675-1677页)。进一步，还包括管道泄压管，所述管道泄压管的一端与所述PRD泄压阀连通，另一端与所述减压阀与所述燃料电池进气主阀之间的输气管连通；在所述减压阀与所述燃料电池进气主阀之间的输气管上还设置有管道压力传感器，所述管道压力传感器与所述氢管理系统控制器连接；所述管道压力传感器用于采集所述输气管的气压信息并传输给所述氢管理系统控制器；所述氢管理系统控制器用于接收输气管的气压信息并与所述氢管理系统控制器中存储的管道安全阀值比较，当所述输气管的气压大于管道安全阀值时，向所述PRD泄压阀发送管道泄压指令，以开启所述PRD泄压阀使之与所述输气管连通，用以排出输气管中的气体。进一步，还包括氢泄露传感器，所述氢泄露传感器与所述氢管理系统控制器连接；所述氢泄露传感器用于采集环境的氢含量信息并传输给所述氢管理系统控制器；所述氢管理系统控制器用于接收环境的氢含量信息并与所述氢管理系统控制器中存储的爆炸极限最小值比较，当环境的氢含量大于爆炸极限最小值的80％时，向所述PRD泄压阀发送开度调节指令来控制所述PRD泄压阀的开度，用以使环境的氢含量至爆炸极限最小值以下。更进一步，所述氢管理系统控制器与所述燃料电池进气主阀连接，用于控制所述燃料电池进气主阀的开度。进一步，所述氢管理系统控制器为计算机、单片机或可编程控制器。一种燃料电池供氢系统控制方法，所述燃料电池供氢系统为上述燃料电池供氢系统，包括以下步骤：S1：开启燃料电池供氢系统，通过所述氢瓶压力传感器和氢瓶温度传感器分别采集所述高压储气氢瓶中的气压信息和温度信息并传输给所述氢管理系统控制器。S2：所述氢管理系统控制器根据所述高压储气氢瓶中的气压信息和温度信息计算所述储气氢瓶中氢气的SOC，并判断所述燃料电池供氢系统的工作状态，并根据其工作状态执行以下的操作：S21：当SOC大于供气下限值且所述高压储气氢瓶中的气压小于安全阀值时，所述燃料电池供氢系统处于稳定状态；开启减压阀和燃料电池进气主阀，向燃料电池进气口供应氢气。S22：当SOC小于供气下限值，所述燃料电池供氢系统处于待加氢状态；开启单向瓶阀，向所述高压储气氢瓶中充入氢气，直至将所述高压储气氢瓶充满，切换到S21。S23：当所述高压储气氢瓶中的气压高于安全阀值时，所述燃料电池供氢系统处于排压状态；开启PRD泄压阀，使之与所述高压储气氢瓶内部连通来排除气体，直至所述高压储气氢瓶中的气压低于安全阀值，切换到S21。S24：当进行S22时，SOC增加速率低于设定值，则进入待检修状态；将单向瓶阀与保护性气体供应装置连通并开启PRD泄压阀，使之与所述高压储气氢瓶内部连通，以用保护气体置换氢气以待检修。当检修完成后，将单向瓶阀与氢气供应装置连通并开启PRD泄压阀，使之与所述高压储气氢瓶内部连通，以用氢气置换保护气体，当置换完成后，关闭PRD泄压阀并继续充入氢气，直至将所述高压储气氢瓶充满，切换到S21。S3：重复S1、S2，直至达到运行终止状态。进一步，所述的燃料电池供氢系统还包括管道泄压管，所述管道泄压管的一端与所述PRD泄压阀连通，另一端与所述减压阀与所述燃料电池进气主阀之间的输气管连通；在所述减压阀与所述燃料电池进气主阀之间的输气管上还设置有管道压力传感器，所述管道压力传感器与所述氢管理系统控制器连接；在S21中还包括以下操作：所述管道压力传感器采集所述输气管的气压信息并传输给所述氢管理系统控制器；所述氢管理系统控制器接收输气管的气压信息并与所述氢管理系统控制器中存储的管道安全阀值比较，当所述输气管的气压大于管道安全阀值时；进行步骤S25：开启所述PRD泄压阀使之与所述输气管连通，用以排出输气管中的气体。进一步，在所述氢泄露传感器，所述氢泄露传感器与所述氢管理系统控制器连接；在燃料电池供氢系统中还包括氢泄露传感器，所述氢泄露传感器与所述氢管理系统控制器连接；当进行S23、S24或25时，氢泄露传感器采集环境的氢含量信息并传输给所述氢管理系统控制器；所述氢管理系统控制器接收环境的氢含量信息并与所述氢管理系统控制器中存储的爆炸极限最小值比较，当环境的氢含量大于爆炸极限最小值的80％时，向所述PRD泄压阀发送开度调节指令来控制所述PRD泄压阀的开度，用以使环境的氢含量至爆炸极限最小值以下。进一步，所述氢管理系统控制器分别与所述的单向瓶阀、燃料电池进气主阀和PRD泄压阀连接，以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池供氢系统，包括高压储气氢瓶，在其瓶口处密封连接有集成瓶阀，所述集成瓶阀与高压储气氢瓶内部连通，所述集成瓶阀通过进气管与单向瓶阀连通，用于向所述高压储气氢瓶内部充气；所述集成瓶阀通过输气管与燃料电池进气主阀连通，在所述的输气管上设置有减压阀，以使输出的气氢气压力适于燃料电池使用；其特征在于，在所述的集成瓶阀通过氢瓶泄压管与PRD泄压阀连通，用于向大气排出高压储气氢瓶中的气体；还包括氢管理系统，所述氢管理系统包括氢管理系统控制器和氢瓶压力传感器；所述氢瓶压力传感器设置在所述集成瓶阀上，且通过信号与所述氢管理系统控制器连接，用于采集所述高压储气氢瓶中的气压信息并传输给所述氢管理系统控制器；所述氢管理系统控制器与所述PRD泄压阀连接，所述氢管理系统控制器用于接收所述高压储气氢瓶中的气压信息并与所述氢管理系统控制器中存储的安全阀值比较，当所述高压储气氢瓶中的气压大于安全阀值时，向所述PRD泄压阀发送气瓶泄压指令，以开启所述PRD泄压阀使之与所述高压储气氢瓶连通，用以排出高压储气氢瓶中的气体。

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池供氢系统，包括高压储气氢瓶，在其瓶口处密封连接有集成瓶阀，所述集成瓶阀与高压储气氢瓶内部连通，所述集成瓶阀通过进气管与单向瓶阀连通，用于向所述高压储气氢瓶内部充气；所述集成瓶阀通过输气管与燃料电池进气主阀连通，在所述的输气管上设置有减压阀，以使输出的气氢气压力适于燃料电池使用；其特征在于，在所述的集成瓶阀通过氢瓶泄压管与PRD泄压阀连通，用于向大气排出高压储气氢瓶中的气体；还包括氢管理系统，所述氢管理系统包括氢管理系统控制器和氢瓶压力传感器；所述氢瓶压力传感器设置在所述集成瓶阀上，且通过信号与所述氢管理系统控制器连接，用于采集所述高压储气氢瓶中的气压信息并传输给所述氢管理系统控制器；所述氢管理系统控制器与所述PRD泄压阀连接，所述氢管理系统控制器用于接收所述高压储气氢瓶中的气压信息并与所述氢管理系统控制器中存储的安全阀值比较，当所述高压储气氢瓶中的气压大于安全阀值时，向所述PRD泄压阀发送气瓶泄压指令，以开启所述PRD泄压阀使之与所述高压储气氢瓶连通，用以排出高压储气氢瓶中的气体。2.根据权利要求1所述的燃料电池供氢系统，其特征在于，所述氢管理系统还包括氢瓶温度传感器；所述氢瓶温度传感器设置在所述集成瓶阀上，通过信号与所述氢管理系统控制器连接，用于采集所述高压储气氢瓶中的温度信息并传输给所述氢管理系统控制器；所述氢管理系统控制器与所述单向瓶阀连接；所述氢管理系统控制器用于根据所述高压储气氢瓶中的气压和所述高压储气氢瓶中的温度计算所述储气氢瓶中氢气的SOC，当所述储气氢瓶中氢气的SOC小于供气下限值时，向所述单向瓶阀发出补气指令，以开启所述单向瓶阀使之与加氢口连通，用以向高压储气氢瓶中补充气体。3.根据权利要求1所述的燃料电池供氢系统，其特征在于，还包括管道泄压管，所述管道泄压管的一端与所述PRD泄压阀连通，另一端与所述减压阀与所述燃料电池进气主阀之间的输气管连通；在所述减压阀与所述燃料电池进气主阀之间的输气管上还设置有管道压力传感器，所述管道压力传感器与所述氢管理系统控制器连接；所述管道压力传感器用于采集所述输气管的气压信息并传输给所述氢管理系统控制器；所述氢管理系统控制器用于接收输气管的气压信息并与所述氢管理系统控制器中存储的管道安全阀值比较，当所述输气管的气压大于管道安全阀值时，向所述PRD泄压阀发送管道泄压指令，以开启所述PRD泄压阀使之与所述输气管连通，用以排出输气管中的气体。4.根据权利要求2所述的燃料电池供氢系统，其特征在于，还包括氢泄露传感器，所述氢泄露传感器与所述氢管理系统控制器连接；所述氢泄露传感器用于采集环境的氢含量信息并传输给所述氢管理系统控制器；所述氢管理系统控制器用于接收环境的氢含量信息并与所述氢管理系统控制器中存储的爆炸极限最小值比较，当环境的氢含量大于爆炸极限最小值的80％时，向所述PRD泄压阀发送开度调节指令来控制所述PRD泄压阀的开度，用以使环境的氢含量至爆炸极限最小值以下。5.根据权利要求2所述的燃料电池供氢系统，其特征在于，所述氢管理系统控制器与所述燃料电池进气主阀连接，用于控制所述燃料电池进气主阀的开度。6.根据权利要求1-5任一所述的燃料电池供氢系统，其特征在于，所述氢管理系统控制器为计算机、单片机或可编程控制器。7.一种燃料电池供氢系统控制方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈航，苏与航，刘陆，厉萱，孙北，
申请(专利权)人：上海重塑能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31