用于监测和控制来自燃料电池发动机的排放物的系统和方法技术方案

本公开总体上涉及监测和控制由车辆和/或动力系的燃料电池发动机中的燃料电池或燃料电池堆产生的排放物。电池堆产生的排放物。电池堆产生的排放物。

【技术实现步骤摘要】
用于监测和控制来自燃料电池发动机的排放物的系统和方法


[0001]本公开涉及用于监测和控制由车辆和/或动力系的发动机中的燃料电池或燃料电池堆产生的排放物的系统和方法。

技术介绍

[0002]使用诸如燃料电池发动机的发动机以用于它们的功率需求的车辆和/或动力系在具有不同地理、形态和监管条件的地方操作。在一些地方，政府或其他监管机构可对法律上允许被任何车辆和/或动力系使用和/或禁止被任何车辆和/或动力系使用的排放物的水平、浓度和/或量的规定施加限制。在其他情况下，监管机构可以提供公众可用的和/或已知的排放标准或排出标准，诸如在其地理区内和/或在不同时间段内将容许的从车辆和/或动力系释放的化学品和/或化合物的量。
[0003]在许多车辆和/或动力系中，使用氢气或基于氢气的燃料的燃料电池发动机自由地将化学品和/或化合物(例如氢气)排放到大气或周围环境中，而没有对被释放的氢气的量或浓度的任何监督和/或限制。对于一些车辆和/或动力系，可能存在对由燃料电池发动机排放到大气中的化学品和/或化合物(例如，氢气)的最小限度的监督或没有监督。在许多情况下，在燃料电池发动机的被释放到大气中的排放物中的化学品和/或化合物(例如，氢气)的浓度是未知的。
[0004]氢气是具有宽可燃性范围(例如，按体积计约4%至约75%，以及其中包含的任何特定百分比)和相对低的点火能量(例如，约0.02毫焦耳)的可燃气体。基于氢气的性质，对于各种应用需要安全要求。中国的2020年燃料电池车辆的安全准则要求，在使用氢气或基于氢气的燃料的燃料电池发动机的排放物中的氢气的连续浓度在三(3)秒的时间段内小于约4%。安全准则还要求在使用氢气或基于氢气的燃料的燃料电池发动机的排放物中的氢气的瞬态浓度小于约8%，而与评估或调查的任何时间段无关。然而，车辆和/或动力系通常不具有允许控制、监测和/或管理燃料电池发动机产生的排放物中的氢气的系统。本说明书提供了用于确定、监测、控制和/或管理由用于为车辆和/或动力系提供功率的燃料电池发动机产生的排放物中的氢气浓度的系统和方法。

技术实现思路

[0005]在一个方面，本公开涉及一种用于监测和控制由车辆和/或动力系中的燃料电池发动机产生的排放物的控制系统。该控制系统包括：排出物混合器，在该排出物混合器中，来自燃料电池发动机的被清除的氢气在被释放到周围环境之前与空气混合；清除阀，该清除阀将被清除的氢气从燃料电池发动机传送到排出物混合器；氢气流量传感器，该氢气流量传感器检测到排出物混合器的氢气流量；氢气浓度传感器，该氢气浓度传感器检测排出物混合器中的氢气浓度；空气压缩机，该空气压缩机将空气传送到燃料电池发动机中；背压阀，该背压阀将空气从燃料电池传送到排出物混合器中；以及控制器，该控制器与清除阀、背压阀、氢气流量传感器、氢气浓度传感器和空气压缩机通信，以将提供给车辆和/或动力
系的功率控制在符合监管的氢气浓度。
[0006]在本系统的一个实施例中，控制器设定清除阀的清除延迟时间和/或宽度时间，并且氢气流量传感器可以位于清除阀的前面或后面。在其他实施例中，控制器基于清除阀的清除延迟时间和/或宽度时间确定来自燃料电池发动机的氢气的体积。
[0007]在本系统的一个实施例中，控制器通过改变空气压缩机的速度来调节空气流量。在其他实施例中，控制器调节背压阀开度。
[0008]在本系统的一个实施例中，氢气浓度传感器检测排出物混合器中的氢气浓度。在一个实施例中，当氢气浓度传感器检测到氢气浓度大于符合监管的氢气浓度时，则控制器增加空气压缩机速度并调节背压阀的开度以增加空气流量，或者调节清除阀的清除延迟时间和宽度时间以减少通过清除阀的被清除的氢气的体积。在另一个实施例中，当氢气浓度传感器检测到氢气浓度小于符合监管的氢气浓度时，则控制器降低空气压缩机速度并调节背压阀的开度以降低空气流量，或者调节清除阀的清除延迟时间和宽度时间以增加通过清除阀的被清除的氢气的体积。
[0009]在本系统的一个实施例中，控制器与电流传感器通信以检测堆的操作电流。
[0010]在另一方面，本公开涉及一种监测和控制车辆和/或动力系中的燃料电池发动机的氢气排放物浓度的方法。该方法包括设定清除阀的清除延迟时间和/或宽度时间，计算通过清除阀的被清除的氢气的体积，确定从空气压缩机排出到燃料电池发动机中的空气量，在排出物混合器中混合被清除的空气和被清除的氢气以形成排出物，通过使用氢气浓度传感器监测在排出物混合器中形成的排出物中的被清除的氢气的浓度，以及从排出物混合器释放排出物。
附图说明
[0011]当参考附图阅读以下具体实施方式时，本专利技术的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解，在附图中，相同的附图标记在所有图中表示相同的部件，其中：图1是车辆和/或动力系中用于监测和控制燃料电池发动机产生的排放物的系统的一个实施例的示意图。
[0012]图2是示出计算装置的一个实施例的框图，该计算装置包括与用于监测和控制由燃料电池发动机产生的排放物的系统的各种部件通信的控制器。
具体实施方式
[0013]本公开涉及用于确定、监测、控制和/或管理来自车辆和/或动力系的排放物的系统(例如，控制系统)和方法。本公开还提供了一种系统和方法，用于基于车辆和/或动力系的不同操作条件将不同气体和/或颗粒的排放物浓度保持在不同目标值下。任何流体可以是车辆和/或动力系的排放物，包括但不限于一氧化二氮、碳氢化合物、一氧化碳、二氧化碳和/或氢气。
[0014]本系统或方法的车辆和/或动力系可由发动机提供功率。任何发动机都可以包括在本专利技术中。在示例性实施例中，发动机可以是燃料电池发动机。在另一实施例中，发动机可以是混合动力发动机，其除了其他功率源(例如，电池、内燃发动机、风力涡轮机等)之外还具有至少一个燃料电池发动机。在另一个实施例中，发动机基本上由一个或多个燃料电
池发动机构成。
[0015]本系统和方法的燃料电池发动机包括一个或多个燃料电池或一个或多个燃料电池堆。燃料电池或燃料电池堆可以是任何类型的燃料电池。例如，燃料电池和/或燃料电池堆可以包括但不限于磷酸燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、质子交换膜燃料电池(也称为聚合物交换膜燃料电池(PEMFC))和固体氧化物燃料电池(SOFC)。在一个实施例中，燃料电池或燃料电池堆是PEMFC。
[0016]燃料电池发动机可以由燃料提供功率。本公开的燃料可以是本领域已知的为车辆和/或动力系提供功率的任何燃料。在一些实施例中，燃料是氢气(H2)或基于氢气的燃料。在其他实施例中，燃料可以是碳氢化合物燃料、天然气、汽油等。
[0017]在说明性实施例中，图1示出了用于监测和控制车辆和/或动力系102的燃料电池发动机110的排出物中的氢气排放物浓度的系统100。用于为燃料电池发动机110提供功率的氢气108作为被清除的氢气112从燃料电池发动机110中排出，通过清除阀180进入排出物混合器150，在该处被清除的氢气112与从燃料电池发动机110中排出的被本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于监测和控制由车辆和/或动力系中的燃料电池发动机产生的排放物的控制系统，包括：排出物混合器，在所述排出物混合器中，来自所述燃料电池发动机的被清除的氢气在被释放之前与空气混合，清除阀，其将被清除的氢气从所述燃料电池发动机传送到所述排出物混合器，用于确定进入所述排出物混合器的被清除的氢气的流量的氢气流量传感器，用于监测所述排出物混合器中的被清除的氢气的浓度的氢气浓度传感器，空气压缩机，其将空气传送到所述燃料电池发动机中，背压阀，其将空气从所述燃料电池传送到所述排出物混合器中，以及控制器，其与所述清除阀、所述背压阀、所述氢气流量传感器、所述氢气浓度传感器和所述空气压缩机通信，以便以符合监管的氢气浓度向所述车辆和/或动力系提供功率。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器设定所述清除阀的清除延迟时间和/或宽度时间，并且其中所述氢气流量传感器能够位于所述清除阀的前面或后面。3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述控制器基于所述清除阀的清除延迟时间和/或宽度时间确定来自所述燃料电池发动机的氢气体积。4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器通过改变所述空气压缩机的速度来调节空气流量。5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述控制器调节所述背压阀开口...

【专利技术属性】
技术研发人员：李名剑，纪光霁，
申请(专利权)人：卡明斯公司，
类型：发明
国别省市：