一种氢能汽车燃料电池系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术提供一种氢能汽车燃料电池系统，涉及燃料电池系统技术领域；燃料电池系统包括电堆、空气压缩机、出堆节气阀、氢气瓶、电压巡检模块和控制器；电堆上设置有空气进气口、空气出气口、氢气进气口、氢气出气口、排氢阀和排水阀；出堆节气阀与空气出气口连通；空气压缩机通过空气进气口与电堆连通；空气压缩机与空气进气口之间设置有入堆节气阀；氢气瓶通过氢气进气口与电堆连通；氢气瓶与氢气进气口之间设置有入堆氢气阀；入堆氢气阀分别与氢气瓶和氢气进气口连通；控制器分别与空气压缩机、入堆节气阀、出堆节气阀、入堆氢气阀和电压巡检模块电性连接；本发明专利技术还提出一种氢能汽车燃料电池系统的控制方法；可以有效地减缓电堆性能的衰减。衰减。衰减。

【技术实现步骤摘要】
一种氢能汽车燃料电池系统及其控制方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池系统
，尤其涉及一种氢能汽车燃料电池系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]与目前广泛采用的电力能源供应系统相比，氢能作为交通运输行业的储能物质，具有可以大规模稳定储存、持续供应、远距离运输、快速补充的特点和优势，在未来以分布式为主、零排放为特征的能源构架中，会存在一个氢能系统，与电力系统并存互补，共同满足交通运输、家庭生活、工业生产的能源需求。
[0003]燃料电池是一种以电化学反应方式将氢气与空气(氧气)的化学能转变为电能的能量转换装置。由于不经过高温燃烧过程，唯一排放产物是水，因此无污染物排放；同时只要能保障氢气的供给，燃料电池将会持续输出电能。由于燃料电池突破了热力学卡诺循环的效率限制，突破了传统能源动力的模式，已成为现代科技发展的前沿技术。目前，以燃料电池为动力源的新能源汽车有了最为显著的发展。包括丰田、本田、通用、奔驰在内的世界各大汽车制造商都在致力于燃料电池氢能汽车的研发，并逐步推向市场量产。
[0004]然而，现有的燃料电池氢能汽车存在燃料电池中电堆性能衰减较快的问题，这是制约燃料电池氢能汽车大规模商业化应用的重要因素之一。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在解决现有的燃料电池电堆中因各个单体电池电压的一致性不好造成的电堆性能衰减的技术问题。
[0006]本专利技术的实施例提供一种氢能汽车燃料电池系统，包括电堆、空气压缩机、出堆节气阀、氢气瓶、电压巡检模块和控制器；
[0007]所述电堆上设置有空气进气口、空气出气口、氢气进气口、氢气出气口、排氢阀和排水阀；所述出堆节气阀与所述空气出气口连通；
[0008]所述空气压缩机通过所述空气进气口与所述电堆连通；所述空气压缩机与所述空气进气口之间设置有入堆节气阀；所述入堆节气阀分别与所述空气压缩机和所述空气进气口连通；
[0009]所述氢气瓶通过所述氢气进气口与所述电堆连通；所述氢气瓶与所述氢气进气口之间设置有入堆氢气阀；所述入堆氢气阀分别与所述氢气瓶和所述氢气进气口连通；
[0010]所述控制器分别与所述空气压缩机、所述入堆节气阀、所述出堆节气阀、所述入堆氢气阀和所述电压巡检模块电性连接；所述电压巡检模块用于检测所述电堆中各个单体电池的电压。
[0011]在一些优选地实施例中，所述氢能汽车燃料电池系统还包括中冷器；所述中冷器设置在所述空气压缩机与所述空气进气口之间；所述空气压缩机通过所述中冷器与所述空气进气口连通。
[0012]在一些优选地实施例中，所述氢能汽车燃料电池系统还包括增湿器；所述增湿器设置在所述空气压缩机和所述空气进气口之间；所述空气压缩机通过所述增湿器与所述空气进气口连通；所述出堆节气阀通过所述增湿器与所述空气出气口连通。
[0013]在一些优选地实施例中，所述氢能汽车燃料电池系统还包括氢气循环泵；所述氢气循环泵与所述控制器电性连接；所述氢气循环泵分别与所述氢气出气口和所述氢气进气口连通；所述氢气循环泵与所述氢气进气口之间设置有单向阀；所述单向阀分别与所述氢气循环泵和所述氢气进气口连通；所述氢气循环泵与所述单向阀配合用于将所述电堆中未反应完的氢气通过所述氢气进气口循环至所述电堆中。
[0014]在一些优选地实施例中，所述氢气瓶与所述入堆氢气阀之间还设置有减压阀；所述减压阀分别与所述氢气瓶和所述入堆氢气阀连通。
[0015]在一些优选地实施例中，所述入堆氢气阀与所述氢气进气口之间还设置有比例阀；所述比例阀分别与所述氢气进气口和所述入堆氢气阀连通；所述比例阀与所述控制器电性连接。
[0016]在一些优选地实施例中，所述氢能汽车燃料电池系统还包括水箱、和水泵；所述电堆上还设置有第一进水口和第一出水口；所述水箱通过所述中冷器与所述水泵的进水口连通；所述水泵的出水口与所述第一进水口连通；所述水泵的出水口还与所述水箱连通；所述第一出水口与所述水泵的进水口连通；所述水泵与所述控制器电性连接。
[0017]在一些更加优选地实施例中，所述氢能汽车燃料电池系统还包括散热器和节温器；所述散热器与所述控制器电性连接；所述节温器上设置有第二进水口、第三进水口和第二出水口；所述水泵的出水口与所述第二进水口连通；所述水泵的出水口还通过所述散热器与所述第三进水口连通；所述水箱通过所述散热器与所述水泵的出水口连通；所述第二出水口与所述第一进水口连通。
[0018]在一些优选地实施例中，所述氢能汽车燃料电池系统还包括温度传感器；所述温度传感器与所述控制器电性连接；所述温度传感器设置在所述电堆内，用于检测所述电堆中产生的水的温度。
[0019]在一些优选地实施例中，所述氢能汽车燃料电池系统还包括DC
‑
DC升压器；所述DC
‑
DC升压器分别与所述电堆和所述控制器电性连接。
[0020]本专利技术还提出一种上述氢能汽车燃料电池系统的控制方法，包括如下步骤：
[0021]S1、电压巡检模块检测电堆中各个单体电池的电压值，并发送至控制器；
[0022]S2、控制器判断所述单体电池的平均电压值是否小于第一预设阈值，并判断所述单体电池的电压差值是否大于第二预设阈值；当所述单体电池的平均电压值小于第一预设阈值，或者所述单体电池的电压差值大于第二预设阈值时，所述控制器控制空气压缩机的转速提升至第三预设阈值；
[0023]S3、当所述空气压缩机以所述第三预设阈值运行的时间达到第四预设阈值，且所述控制器判断所述单体电池的平均电压值小于第一预设阈值或者所述单体电池的电压差值大于第二预设阈值时，所述控制器控制所述氢能汽车燃料电池系统停止工作。
[0024]在一些优选地实施例中，在步骤S1之前，还包括所述氢能汽车燃料电池系统的开机步骤；所述开机步骤如下：
[0025]T1、所述控制器判断所述氢能汽车燃料电池系统的电路是否存在故障；如果存在
故障，进入故障模式；如果不存在故障，则控制水泵开启；
[0026]T2、所述控制器控制排氢阀和排水阀全开，并控制所述氢气循环泵开启；
[0027]T3、所述控制器控制入堆氢气阀和比例阀开启；
[0028]T4、当所述入堆氢气阀和所述比例阀的开启时间达到第五预设阈值时，所述控制器控制所述排氢阀的开关频率为第六预设值，并控制所述排水阀的开关频率为第七预设阈值；然后控制所述入堆节气阀和所述空气压缩机开启。
[0029]在一些优选地实施例中，在步骤S3中，所述控制器控制所述氢能汽车燃料电池系统停止工作的步骤如下：
[0030]P1、所述控制器控制DC
‑
DC升压器的输入电流，使得所述电堆中各个单体电池的平均电压维持在770
‑
830mV之间；所述控制器控制所述排氢阀的开关频率为第八预设阈值，并控制所述排水阀的开关频率为第九预设阈值，然后控制所述空气压缩机的转速提升至第十预设阈值；
[0031]P2、当所述空气压缩机以所述第十预本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氢能汽车燃料电池系统，其特征在于，包括电堆、空气压缩机、出堆节气阀、氢气瓶、电压巡检模块和控制器；所述电堆上设置有空气进气口、空气出气口、氢气进气口、氢气出气口、排氢阀和排水阀；所述出堆节气阀与所述空气出气口连通；所述空气压缩机通过所述空气进气口与所述电堆连通；所述空气压缩机与所述空气进气口之间设置有入堆节气阀；所述入堆节气阀分别与所述空气压缩机和所述空气进气口连通；所述氢气瓶通过所述氢气进气口与所述电堆连通；所述氢气瓶与所述氢气进气口之间设置有入堆氢气阀；所述入堆氢气阀分别与所述氢气瓶和所述氢气进气口连通；所述控制器分别与所述空气压缩机、所述入堆节气阀、所述出堆节气阀、所述入堆氢气阀和所述电压巡检模块电性连接；所述电压巡检模块用于检测所述电堆中各个单体电池的电压。2.如权利要求1所述的氢能汽车燃料电池系统，其特征在于，还包括中冷器；所述中冷器设置在所述空气压缩机与所述空气进气口之间；所述空气压缩机通过所述中冷器与所述空气进气口连通。3.如权利要求1所述的氢能汽车燃料电池系统，其特征在于，还包括增湿器；所述增湿器设置在所述空气压缩机和所述空气进气口之间；所述空气压缩机通过所述增湿器与所述空气进气口连通；所述出堆节气阀通过所述增湿器与所述空气出气口连通。4.如权利要求1所述的氢能汽车燃料电池系统，其特征在于，还包括氢气循环泵；所述氢气循环泵与所述控制器电性连接；所述氢气循环泵分别与所述氢气出气口和所述氢气进气口连通；所述氢气循环泵与所述氢气进气口之间设置有单向阀；所述单向阀分别与所述氢气循环泵和所述氢气进气口连通；所述氢气循环泵与所述单向阀配合用于将所述电堆中未反应完的氢气通过所述氢气进气口循环至所述电堆中。5.如权利要求1所述的氢能汽车燃料电池系统，其特征在于，所述氢气瓶与所述入堆氢气阀之间还设置有减压阀；所述减压阀分别与所述氢气瓶和所述入堆氢气阀连通。6.如权利要求1所述的氢能汽车燃料电池系统，其特征在于，所述入堆氢气阀与所述氢气进气口之间还设置有比例阀；所述比例阀分别与所述氢气进气口和所述入堆氢气阀连通；所述比例阀与所述控制器电性连接。7.如权利要求2所述的氢能汽车燃料电池系统，其特征在于，还包括水箱、和水泵；所述电堆上还设置有第一进水口和第一出水口；所述水箱通过所述中冷器与所述水泵的进水口连通；所述水泵的出水口与所述第一进水口连通；所述水泵的出水口还与所述水箱连通；所述第一出水口与所述水泵的进水口连通；所述水泵与所述控制器电性连接。8.一种如权利要求1
‑
7任意所述的氢能汽车燃料电池系统的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李正辉，郝义国，李昌泉，胡帅，魏永琪，高全勇，孔凡岗，刘昕，高继亮，
申请(专利权)人：武汉格罗夫氢能汽车有限公司，
类型：发明
国别省市：