一种多堆燃料电池的氢气供应系统及其流量压力控制方法技术方案

本发明专利技术提供了一种多堆燃料电池的氢气供应系统，属于燃料电池技术领域，解决了现有技术难以调控至多堆一致的状态并且未考虑分配不一致的控制需求的问题。该多堆燃料电池的氢气供应系统包括氢喷设备、引射器、电堆控制器、多个控制阀、分水件。每一电堆的氢气入口前设有一独立的控制阀，氢气排气经分水件后与引射器的输入端二连接。电堆控制器，用于多堆燃料电池启动后，实时获取每一电堆的入堆氢气流量或压力；根据选定的流量一致分配控制逻辑或压力一致分配控制逻辑，实时调整控制阀开度；在调整过程中或调整结束后，实时判断每一电堆的性能是否恶化到不可接受状态，如果是，再次调整控制阀开度，直到判定每一电堆的性能均在可接受状态为止。接受状态为止。接受状态为止。

【技术实现步骤摘要】
一种多堆燃料电池的氢气供应系统及其流量压力控制方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，尤其涉及一种多堆燃料电池的氢气供应系统及其流量压力控制方法。

技术介绍

[0002]燃料电池凭借续航里程长、燃料加注速度快以及载重能力强等优势，在大型车辆、商用车等大功率领域的应用趋势越来越明显。实现燃料电池系统的高功率输出，可以通过采用多堆（双堆及以上）方式，即利用两个或多个燃料电池电堆并联的方式实现。
[0003]通常情况下，为了提高空间利用率，使用一套BOP辅助系统为双堆氢、空、冷却液侧提供一致的流量、压力等工作参数条件，使得双堆工作点一致。但是，由于分配歧管、双堆自身的流通特性等存在差异，可能会导致双堆性能不一致而偏离工作点，而系统难以调控至多堆一致的状态。
[0004]并且，随着系统的运行，并联的多堆电堆之间的衰减速率有可能不同，对衰减速率较快的电堆需要增加入堆流量进行实时补偿，即需要对多堆之间的流量分配进行调整，使得衰减电堆的流量分配增加。目前，现有技术中较多采用分配一致的控制需求，而未考虑分配不一致的控制需求。

技术实现思路

[0005]鉴于上述的分析，本专利技术实施例旨在提供一种多堆燃料电池的氢气供应系统，用以解决现有技术难以调控至多堆一致的状态并且未考虑分配不一致的控制需求的问题。
[0006]一方面，本专利技术实施例提供了一种多堆燃料电池的氢气供应系统，包括氢喷设备、引射器、电堆控制器、多个控制阀、分水件；其中，每一电堆的氢气入口前设有一独立的控制阀，氢气排气口依次经分水件的输入端、排气口后与引射器的输入端二连接；氢喷设备、引射器的输入端一依次连接后，经一控制阀与对应电堆的氢气入口连接；电堆控制器，用于多堆燃料电池启动后，实时获取每一电堆的入堆氢气流量或压力；根据选定的流量一致分配控制逻辑或压力一致分配控制逻辑，实时调整每一电堆对应的控制阀的开度；在调整过程中或调整结束后，实时判断每一电堆的性能是否恶化到不可接受状态，如果是，增大该电堆的入堆氢气流量，直到判定每一电堆的性能均在可接受状态为止。
[0007]上述技术方案的有益效果如下：采用了流量一致分配控制逻辑、压力一致分配控制逻辑，以及在调整过程中或调整结束后的多堆流量不一致分配控制逻辑。适用于燃料电池多堆系统的氢气子系统入堆压力、流量分配。可在线监测，控制灵活。
[0008]基于上述系统的进一步改进，该多堆燃料电池的氢气供应系统还包括氢瓶、减压阀和排水阀；其中，所述氢瓶、减压阀依次连接后，与氢喷设备的输入端连接；
所述排水阀的输入端与分水件的排水口连接，控制端与电堆控制器的输出端连接。
[0009]上述进一步方案的有益效果如下：多堆燃料电池的氢气供应系统共用一套BOP辅助系统，如氢瓶、减压阀、氢喷、引射器、分水件、排水阀等。在通过引射器将双堆出口未消耗的氢气混合物（含氢气、水蒸气、氮气等）与来自氢瓶的新鲜氢气混合后，通过入堆歧管分为N路，每路分别设置独立的控制阀，与对应电堆的氢气入口连通。
[0010]进一步，所述电堆控制器进一步包括：数据采集单元，用于实时获取每一电堆的入堆氢气流量或压力，发送至数据处理与控制单元；数据处理与控制单元，用于多堆燃料电池启动后，根据选定的流量一致分配控制逻辑或压力一致分配控制逻辑，实时调整每一电堆对应的控制阀开度；在调整过程中或调整结束后，获取每一电堆在预设时段内的入堆氢气流量变化或压力变化，实时判断每一电堆的性能是否恶化到不可接受状态，对于性能恶化到不可接受状态的电堆，增大该电堆的入堆氢气流量，直到判定每一电堆的性能均在可接受状态为止。
[0011]上述进一步方案的有益效果如下：通过每一电堆的入堆氢气流量或压力，实现流量一致分配控制逻辑或压力一致分配控制逻辑，以及在调整过程中或调整结束后的流量不一致分配控制逻辑或压力不一致分配控制逻辑。
[0012]进一步，所述数据采集单元进一步包括：流量传感器，设于每一电堆的氢气入口处，用于实时获取每一电堆的入堆氢气流量；压力传感器，设于每一电堆的氢气入口处，用于实时获取每一电堆的入堆氢气压力。
[0013]上述进一步方案的有益效果如下：仅需两个传感器即可实现数据的采集。
[0014]进一步，对于双堆燃料电池，选定流量一致分配控制逻辑后，所述数据处理与控制单元执行如下程序：双堆燃料电池启动后，根据两个电堆的入堆氢气流量，获取两个电堆的入堆氢气流量偏差值；根据流量一致分配控制逻辑，判断上述入堆氢气流量偏差值是否落在设定的入堆流量偏差范围内；如果是，返回上一步；否则，执行下一步；控制入堆氢气流量较大的电堆对应的控制阀的开度降低，并控制入堆氢气流量较小的电堆对应的控制阀的开度增加，使得两个电堆的入堆氢气流量最终落入设定的入堆流量偏差范围内；在调整控制阀的开度的过程始末时刻，分别获取两个电堆的入堆氢气压力，并进一步获得始末时刻每一电堆的入堆氢气压力变化；判断每一电堆的入堆氢气压力变化是否落在预设可接受状态内；如果否，判定该电堆的性能恶化到不可接受状态，控制该电堆对应的控制阀的开度增大，以增加该电堆的入堆氢气流量，直到判定每一电堆的性能均在可接受状态为止。
[0015]上述进一步方案的有益效果如下：通过每一电堆的入堆氢气流量和压力，实现了先流量一致分配控制逻辑调整，以及调整结束后的压力不一致分配控制逻辑再次调整。
[0016]进一步，对于双堆燃料电池，选定压力一致分配控制逻辑后，所述数据处理与控制单元执行如下程序:双堆燃料电池启动后，根据两个电堆的入堆氢气压力，获取两个电堆的入堆氢气压力偏差值；根据压力一致分配控制逻辑，判断上述入堆氢气压力偏差值是否落在设定的入堆压力偏差范围内；如果是，返回上一步；否则，执行下一步；控制入堆氢气压力较大的电堆对应的控制阀的开度降低，并控制入堆氢气压力较小的电堆对应的控制阀的开度增加，使得两个电堆的入堆氢气压力最终落入设定的入堆压力偏差范围内；在调整控制阀的开度的过程始末时刻，分别获取两个电堆的入堆氢气流量，并进一步获得始末时刻之间每一电堆的入堆氢气流量变化；判断每一电堆的入堆氢气流量变化是否落在预设可接受状态内；如果否，判定该电堆的性能恶化到不可接受状态，控制该电堆对应的控制阀的开度增大，以增加该电堆的入堆氢气流量，直到判定每一电堆的性能均在可接受状态为止。
[0017]上述进一步方案的有益效果如下：通过每一电堆的入堆氢气流量和压力，实现了双堆燃料电池的先压力一致分配控制逻辑调整，以及调整结束后的流量不一致分配控制逻辑再次调整。
[0018]进一步，对于双堆燃料电池，选定流量一致分配控制逻辑和压力一致分配控制逻辑后，所述数据处理与控制单元执行如下程序:双堆燃料电池启动后，获取两个电堆的入堆氢气流量偏差值、入堆氢气压力偏差值；根据流量一致分配控制逻辑，判断上述入堆氢气流量偏差值是否落在设定的入堆流量偏差范围内；如果是，返回上一步；否则，实时调整每一电堆对应的控制阀开度，使得两个电堆的入堆氢气流量偏差值落在设定的入堆流量偏差范围内；根据压力一致分配控制逻辑，判断上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多堆燃料电池的氢气供应系统，其特征在于，包括氢喷设备、引射器、电堆控制器、多个控制阀、分水件；其中，每一电堆的氢气入口前设有一独立的控制阀，氢气排气口依次经分水件的输入端、排气口后与引射器的输入端二连接；氢喷设备、引射器的输入端一依次连接后，经一控制阀与对应电堆的氢气入口连接；电堆控制器，用于多堆燃料电池启动后，实时获取每一电堆的入堆氢气流量或压力；根据选定的流量一致分配控制逻辑或压力一致分配控制逻辑，实时调整每一电堆对应的控制阀的开度；在调整过程中或调整结束后，实时判断每一电堆的性能是否恶化到不可接受状态，如果是，增大该电堆的入堆氢气流量，直到判定每一电堆的性能均在可接受状态为止。2.根据权利要求1所述的多堆燃料电池的氢气供应系统，其特征在于，还包括氢瓶、减压阀和排水阀；其中，所述氢瓶、减压阀依次连接后，与氢喷设备的输入端连接；所述排水阀的输入端与分水件的排水口连接，控制端与电堆控制器的输出端连接。3.根据权利要求1或2所述的多堆燃料电池的氢气供应系统，其特征在于，所述电堆控制器进一步包括：数据采集单元，用于实时获取每一电堆的入堆氢气流量或压力，发送至数据处理与控制单元；数据处理与控制单元，用于多堆燃料电池启动后，根据选定的流量一致分配控制逻辑或压力一致分配控制逻辑，实时调整每一电堆对应的控制阀开度；在调整过程中或调整结束后，获取每一电堆在预设时段内的入堆氢气流量变化或压力变化，实时判断每一电堆的性能是否恶化到不可接受状态，对于性能恶化到不可接受状态的电堆，增大该电堆的入堆氢气流量，直到判定每一电堆的性能均在可接受状态为止。4.根据权利要求3所述的多堆燃料电池的氢气供应系统，其特征在于，所述数据采集单元进一步包括：流量传感器，设于每一电堆的氢气入口处，用于实时获取每一电堆的入堆氢气流量；压力传感器，设于每一电堆的氢气入口处，用于实时获取每一电堆的入堆氢气压力。5.根据权利要求4所述的多堆燃料电池的氢气供应系统，其特征在于，对于双堆燃料电池，选定流量一致分配控制逻辑后，所述数据处理与控制单元执行如下程序：双堆燃料电池启动后，根据两个电堆的入堆氢气流量，获取两个电堆的入堆氢气流量偏差值；根据流量一致分配控制逻辑，判断上述入堆氢气流量偏差值是否落在设定的入堆流量偏差范围内；如果是，返回上一步；否则，执行下一步；控制入堆氢气流量较大的电堆对应的控制阀的开度降低，并控制入堆氢气流量较小的电堆对应的控制阀的开度增加，使得两个电堆的入堆氢气流量最终落入设定的入堆流量偏差范围内；在调整控制阀的开度的过程始末时刻，分别获取两个电堆的入堆氢气压力，并进一步获得始末时刻每一电堆的入堆氢气压力变化；判断每一电堆的入堆氢气压力变化是否落在预设可接受状态内；如果否，判定该电堆的性能恶化到不可接受状态，控制该电堆对应的控制阀的开度增大，以增加该电堆的入堆
氢气流量，直到判定每一电堆的性能均在可接受状态为止。6.根据权利要求4或5所述的多堆燃料电池的氢气供应系统，其特征在于，对于双堆燃料电池，选定压力一致分配控制逻辑后，所述数据处理与控制单元执行如下程序:双堆燃料电池启动后，根据两个电堆的入堆氢气压力，获取两个电堆的入堆氢气压力偏差值；根据压力一致分配控制逻辑，判断上述入堆氢气压力偏差值是否落在设定的入堆压力偏差范围内；如果是，返回上一步；否则，执行下一步；控制入堆氢气压力较大的电堆对应的控制阀的开度降低，并控制入堆氢气压力较小的电堆对应的控制阀的开度增加，使得两个电堆的入堆氢气压力最终落入设定的入堆压力偏差范围内；在调整控制阀的开度的过程始末时刻，分别获取两个电堆的入堆氢气流量，并进一步获得始末时刻之间每一电堆的入堆氢气流量变化；判断每一电堆的入堆氢气流量变化是否落在预设可接受状态内；如果否，判定该电堆的性能恶化到不可接受状态，控制该电堆对应的控制阀的开度增大，以增加该电堆的入堆氢气流量，直到判定每一电...

【专利技术属性】
技术研发人员：闪念，丁铁新，方川，张国强，李飞强，高云庆，
申请(专利权)人：北京亿华通科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：