尾排循环系统的排气控制方法及其排液控制方法技术方案

本申请涉及一种尾排循环系统的排气控制方法及其排液控制方法，能够获取燃料电池的实时工作参数，根据实时工作参数进行计算，并独立的控制所述尾排循环系统进行气体循环环，进而保证整个燃料电池工作过程中的排气动作依据燃料电池的实时工作参数进行动态调整，保证了燃料电池的尾气的循环利用效率，提升了燃料电池的尾气利用率。电池的尾气利用率。电池的尾气利用率。

【技术实现步骤摘要】
尾排循环系统的排气控制方法及其排液控制方法


[0001]本申请涉及燃料电池
，特别是涉及一种尾排循环系统的排气控制方法及其排液控制方法。

技术介绍

[0002]燃料电池是将化学能转化成电能的装置，主要包括燃料供应系统、氧化剂供应、水热管理以及电控单元等系统。质子交换膜燃料电池的工作原理是在阳极通入加湿后的高纯度氢气，在阴极通入加湿后的空气或者氧气。高纯度氢气在阳极催化层作用下生成氢离子和电子，阳极生成的氢离子会以水合氢离子的形式通过质子交换膜到达阴极，氧气在阴极催化剂的作用下与水合氢离子结合生成水并放出热量，电子从外电路由阳极流向阴极即产生电流。
[0003]为了保证燃料电池的使用效率，通常会在燃料电池中设计尾排循环系统，其原理在于将阳极反应堆中生成的高浓度氢气通过氢气引射器形成二次气流重新输入到阳极反应堆中，将阳极反应堆中生成的水重新输入到氢气加湿器中，实现水和氢气的循环利用。
[0004]相关技术中，对于氢气和水的循环利用过程的方式是定期进行尾气的循环，但由于实际工作过程中，反应堆中对氢气和水的循环效率会受到多种实时工况而被动态影响，采用定期循环的方式燃料电池反应堆的实际工作效率并不高。

技术实现思路

[0005]鉴于上述问题，本申请提供一种尾排循环系统的排气控制方法及其排液控制方法，能够解决相关技术中燃料电池的尾排循环系统的控制方法的实际工作效率不高的问题。
[0006]第一方面，本申请提供一种尾排循环系统的排气控制方法，用于燃料电池，所述燃料电池包括反应堆、氢气加湿器和气水分离器；所述反应堆具有阳极进口和阳极出口；所述氢气加湿器具有第一氢气进口和第一湿氢气出口；所述第一湿氢气出口与所述阳极进口连接；所述气水分离器具有第一尾气进口和第一干氢气出口；所述阳极出口与所述第一尾气进口连接；
[0007]所述尾排循环系统包括进料支路、排气支路和第一支路；所述进料支路连接于所述第一氢气进口，用于向所述反应堆提供一次气流；所述排气支路连接于所述第一干氢气出口，用于向外界排气；所述第一支路连接于所述进料支路和所述排气支路之间，用于向所述进料支路提供二次气流；
[0008]所述排气控制方法包括步骤：
[0009]在燃料电池处于安全工况下判断二次气流的浓度是否超过第一预设阈值；
[0010]若是，控制排气支路停止向外界排气；若否，则计算第一支路的第一排气周期及第一开启时长；
[0011]当所述尾排循环系统的第一安全工况运行时间等于所述第一排气周期时，控制所
述排气支路以所述第一开启时长向外界排气；
[0012]其中，第一安全工况运行时间为所述尾排循环系统在二次气流的浓度未达到所述第一预设阈值时在安全工况下的运行时长。
[0013]上述尾排循环系统的排气控制方法，能够获取燃料电池的实时工作参数，根据实时工作参数进行计算，并独立的控制尾排循环系统进行气体循环，进而保证整个燃料电池工作过程中的排气动作依据燃料电池的实时工作参数进行动态调整，保证了燃料电池的尾气的循环利用效率，提升了燃料电池的尾气利用率。
[0014]在一些实施例中，所述第一预设阈值为所述排气支路允许排气浓度极限临界值的70％
‑
85％。
[0015]在一些实施例中，所述排气支路的所述第一排气周期通过以下公式获得，
[0016]t
dur1
＝(1.36
×
104‑
I
out
+34.3
×
H
delt
‑
0.02
×
H
delt2
)
×
a1；
[0017]其中，
[0018]t
dur1
为所述第一排气周期；
[0019]I
out
为反应堆的出堆电流；；
[0020]H
delt
为标定参数；
[0021]a1为第一修正参数。
[0022]在一些实施例中，a1＝(3726
‑
0.21
×
T
out
+2.1
×
10
‑5×
T
out2
)
÷
4096；
[0023]其中，
[0024]T
out
为所述反应堆阳极出口的温度。
[0025]在一些实施例中，所述排气支路的第一开启时长通过以下公式计算获得：
[0026]t
01
＝120.3+14.1
×
Q
g
‑
0.1
×
P
in
+8.1
×
10
‑5×
Q
g2
‑
1.9
×
10
‑3×
Q
g
×
P
in
+1.8
×
10
‑5×
P
in2
；
[0027]其中，
[0028]t
01
为所述第一开启时长；
[0029]Q
g
为所述排气支路排气动作的需求驱动电流；
[0030]P
in
为所述反应堆的阳极进口的压力。
[0031]第二方面，本申请还提供一种尾排循环系统的排液控制方法，所述用于燃料电池包括反应堆、氢气加湿器和气水分离器；所述反应堆具有阳极进口和阳极出口；所述氢气加湿器具有第一水进口和第一湿氢气出口；所述第一湿氢气出口与所述阳极进口连接；所述气水分离器具有第一尾气进口和第一水出口；所述阳极出口与所述第一尾气进口连接；
[0032]所述尾排循环系统包括第二支路，所述第二支路连接于所述第一水出口和所述第一水进口，用于向所述氢气加湿器补充水；
[0033]所述控制方法包括步骤：
[0034]在燃料电池处于安全工况下计算第二支路的第二排液周期及第二开启时长；
[0035]判断所述第二支路的存储水量是否超过第二预设阈值；
[0036]若是，控制所述第二支路以所述第二开启时长向所述氢气加湿器补充水；若否，则当所述尾排循环系统的第二安全工况运行时间等于所述第二排液周期时，控制所述第二支路以所述第二开启时长向所述氢气加湿器补充水；
[0037]其中，所述第二安全工况运行时间为所述尾排循环系统在第二支路的存储水量未
超过所述第二预设阈值时，在安全工况下的运行时长。
[0038]在一些实施例中，所述第二预设阈值为所述第二支路的储存水上限的75％
‑
85％。
[0039]在一些实施例中，所述第二支路的所述第二排液周期的计算公式为：；
[0040]t
dur2
＝(2
×
104‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种尾排循环系统的排气控制方法，用于燃料电池，其特征在于，所述用于燃料电池包括反应堆、氢气加湿器和气水分离器；所述反应堆具有阳极进口和阳极出口；所述氢气加湿器具有第一氢气进口和第一湿氢气出口；所述第一湿氢气出口与所述阳极进口连接；所述气水分离器具有第一尾气进口和第一干氢气出口；所述阳极出口与所述第一尾气进口连接；所述尾排循环系统包括进料支路、排气支路和第一支路；所述进料支路连接于所述第一氢气进口，用于向所述反应堆提供一次气流；所述排气支路连接于所述第一干氢气出口，用于向外界排气；所述第一支路连接于所述进料支路和所述排气支路之间，用于向所述进料支路提供二次气流；所述控制方法包括步骤：在燃料电池处于安全工况下判断二次气流的浓度是否超过第一预设阈值；若是，控制排气支路停止向外界排气；若否，则计算第一支路的第一排气周期及第一开启时长；当所述尾排循环系统的第一安全工况运行时间等于所述第一排气周期时，控制所述排气支路以所述第一开启时长向外界排气；其中，第一安全工况运行时间为所述尾排循环系统在二次气流的浓度未达到所述第一预设阈值时在安全工况下的运行时长。2.根据权利要求1所述的尾排循环系统的排气控制方法，其特征在于，所述第一预设阈值为所述排气支路允许排气浓度极限临界值的70％
‑
85％。3.根据权利要求1所述的尾排循环系统的排气控制方法，其特征在于，所述排气支路的所述第一排气周期通过以下公式获得，t
dur1
＝(1.36
×
104‑
I
out
+34.3
×
H
delt
‑
0.02
×
H
delt2
)
×
a1；其中，t
dur1
为所述第一排气周期；I
out
为反应堆的出堆电流；；H
delt
为标定参数；a1为第一修正参数。4.根据权利要求3所述的尾排循环系统的排气控制方法，其特征在于，a1＝(3726
‑
0.21
×
T
out
+2.1
×
10
‑5×
T
out2
)
÷
4096；其中，T
out
为所述反应堆阳极出口的温度。5.根据权利要求1所述的尾排循环系统的排气控制方法，其特征在于，所述排气支路的第一开启时长通过以下公式计算获得：t
01
＝120.3+14.1
×
Q
g
‑
0.1
×
P

【专利技术属性】
技术研发人员：陈坤，陈首刚，李东，张鹏，王明卿，
申请(专利权)人：一汽解放汽车有限公司，
类型：发明
国别省市：