一种燃料电池发动机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发动机系统及其控制方法，燃料电池发动机系统中的氢气瓶与膨胀机的第一端连接；膨胀机的第二端与电机的第一端连接，膨胀机的第三端与换热装置的第一端连接；电机的第二端与空气压缩机的第一端连接；换热装置的第二端与回氢装置的第一端连接，回氢装置的第二端与燃料电池的氢气入口连接；空气滤清器与空气压缩机的第二端连接；空气压缩机的第三端与换热装置的第三端连接；换热装置的第四端与中冷器的第一端连接，中冷器的第二端与燃料电池的空气入口连接

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池发动机系统及其控制方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，尤其涉及一种燃料电池发动机系统及其控制方法
。

技术介绍

[0002]燃料电池发动机反应过程中，需要源源不断向发动机中供给反应气体，阳极供应氢气，阴极供应氧气，为延长燃料电池整车续驶里程，大量的氢气需存储在高压氢气瓶中，现有氢气瓶储氢质量高达
700bar
，但燃料电池发动机可用的氢气压力往往在
3bar
以内，因此需要系统集成多级减压阀对氢气进行减压，往往导致能量浪费
。
[0003]且系统中需要用空气压缩机对空气进行加压，这导致空气温度升高，需要额外的中冷器与水泵对高温空气进行降温，造成燃料电池发动机系统的能量利用率低
。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种燃料电池发动机系统及其控制方法，以减少燃料电池发动机系统的部件数量，提高了燃料电池发动机系统的能量利用率
。
[0005]根据本专利技术的一方面，提供了一种燃料电池发动机系统，燃料电池发动机系统包括：
[0006]氢气供应子系统和空气供应子系统；
[0007]空气供应子系统包括：空气滤清器
、
空气压缩机
、
换热装置
、
电机和中冷器；
[0008]氢气供应子系统包括：氢气瓶
、
膨胀机和回氢装置；
[0009]氢气瓶与膨胀机的第一端连接，氢气瓶用于为燃料电池提供氢气；膨胀机的第二端与电机的第一端连接，膨胀机的第三端与换热装置的第一端连接，膨胀机用于将氢气瓶输出的高压氢气进行减压，并将氢气减压释放的能量转化为电机的动能；电机的第二端与空气压缩机的第一端连接，电机用于为空气压缩机提供动能；换热装置的第二端与回氢装置的第一端连接，回氢装置的第二端与燃料电池的氢气入口连接；回氢装置用于将流入回氢装置的氢气传输给燃料电池；
[0010]空气滤清器与空气压缩机的第二端连接，空气滤清器用于过滤空气中的杂质；空气压缩机的第三端与换热装置的第三端连接，空气压缩机用于提高进入燃料电池的空气压力；其中，膨胀机减压后的氢气与空气压缩机加压后的空气在换热装置中进行热量交换；换热装置的第四端与中冷器的第一端连接，中冷器的第二端与燃料电池的空气入口连接，中冷器用于为进入燃料电池的空气进行降温处理
。
[0011]进一步的，燃料电池发动机系统还包括：
[0012]热管理子系统和控制子系统；
[0013]热管理子系统的第一端与中冷器的第三端连接，热管理子系统的第二端与中冷器的第四端连接，热管理子系统用于为流入中冷器中的空气进行降温处理；
[0014]控制子系统用于控制氢气供应子系统
、
空气供应子系统和热管理子系统的起动和
停止
。
[0015]进一步的，氢气供应子系统还包括：第一减压阀和进氢截止阀；
[0016]氢气瓶与所述第一减压阀的第一端连接，第一减压阀的第二端与进氢截止阀的第一端连接，进氢截止阀的第二端与膨胀机的第一端连接，第一减压阀用于减小由氢气瓶流出的氢气压力，并将减小压力后氢气传输给膨胀机；进氢截止阀用于控制氢气瓶向燃料电池提供氢气；
[0017]控制子系统用于在燃料电池打开工作时，控制打开进氢截止阀；在燃料电池停止工作时，控制关闭进氢截止阀
。
[0018]进一步的，空气供应子系统还包括：增湿器
、
温度传感器
、
电子节气门和氢气稀释装置；
[0019]温度传感器安装在中冷器的第一端的进气管路上，用于按照第一预设频率测量空气进入中冷器前的第一温度值，并将第一温度值传输给控制子系统；
[0020]中冷器的第二端与增湿器的第一端连接，增湿器的第二端与燃料电池的空气入口连接，燃料电池的空气出口与增湿器的第三端连接，增湿器的第四端与电子节气门的第一端连接，电子节气门的第二端与氢气稀释装置的第一进口连接
。
[0021]进一步的，氢气供应子系统还包括分水器
、
单向阀
、
压力传感器和排氢排水电磁阀；
[0022]压力传感器安装在回氢装置的进气管路上，用于按照第二预设频率测量氢气进入回氢装置的第一压力值，并将第一氢气压力传输给控制子系统；
[0023]燃料电池的氢气出口与分水器的第一端连接，分水器的第二端与单向阀的第一端连接，单向阀的第二端与回氢装置的第一端连接，回氢装置的第二端与燃料电池的氢气入口连接；分水器的第三端与排氢排水电磁阀的第一端连接，排氢排水电磁阀的第二端与氢气稀释装置的第二进口连接
。
[0024]进一步的，热管理子系统包括膨胀水箱
、
水泵
、
去离子器和散热装置；
[0025]膨胀水箱与水泵的第一端连接，膨胀水箱用于存储冷却液，水泵的第二端与中冷器的第三端连接，水泵用于将冷却液泵入中冷器，水泵的第二端与去离子器的第一端连接，去离子器的第二端与中冷器的第四端连接，去离子器用于对冷却液进行去离子处理，散热装置安装在去离子器的两侧，散热装置用于对循环后的冷却液进行降温处理
。
[0026]进一步的，控制子系统还用于根据第一温度值和空气进气需求温度值计算中冷器所需的散热量，并根据中冷器所需的散热量调节水泵的工作状态
。
[0027]进一步的，控制子系统用于根据第一压力值
、
氢气流量需求值和氢气压力需求值调节回氢装置的工作状态
。
[0028]进一步的，氢气供应子系统还包括流量调节阀；
[0029]控制子系统用于根据氢气流量需求值控制流量调节阀的工作状态；
[0030]控制子系统还用于根据膨胀机的工作状态调节电机的工作状态
。
[0031]根据本专利技术的另一方面，提供了一种燃料电池发动机系统的控制方法，燃料电池发动机系统的控制方法用于控制上述实施例任意所述燃料电池发动机系统，该方法包括：
[0032]获取空气进入中冷器前空气的第一温度值和空气进气需求温度值；
[0033]根据第一温度值和空气进气需求温度值计算中冷器所需的散热量；
[0034]根据中冷器所需的散热量调节水泵的转速；
[0035]获取氢气进入回氢装置前的第一压力值
、
氢气流量需求值和氢气压力需求值；
[0036]根据第一压力值
、
氢气流量需求值和氢气压力需求值调节回氢装置的转速
。
[0037]本专利技术实施例设计的燃料电池发动机系统包括氢气供应子系统和空气供应子系统；空气供应子系统包括：空气滤清器
、
空气压缩机
、
换热装置
、
电机和中冷器；氢气供应子系统包括：氢气瓶
、
膨胀机和回氢装置；将氢气瓶与膨胀机的第一端连接，氢气瓶将高压氢气传输给本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种燃料电池发动机系统，其特征在于，包括：氢气供应子系统和空气供应子系统；所述空气供应子系统包括：空气滤清器
、
空气压缩机
、
换热装置
、
电机和中冷器；所述氢气供应子系统包括：氢气瓶
、
膨胀机和回氢装置；所述氢气瓶与膨胀机的第一端连接，所述氢气瓶用于为燃料电池提供氢气；所述膨胀机的第二端与所述电机的第一端连接，所述膨胀机的第三端与所述换热装置的第一端连接，所述膨胀机用于将氢气瓶输出的高压氢气进行减压，并将氢气减压释放的能量转化为电机的动能；所述电机的第二端与所述空气压缩机的第一端连接，所述电机用于为所述空气压缩机提供动能；所述换热装置的第二端与所述回氢装置的第一端连接，所述回氢装置的第二端与所述燃料电池的氢气入口连接；所述回氢装置用于将流入所述回氢装置的氢气传输给所述燃料电池；所述空气滤清器与所述空气压缩机的第二端连接，所述空气滤清器用于过滤空气中的杂质；所述空气压缩机的第三端与所述换热装置的第三端连接，所述空气压缩机用于提高进入燃料电池的空气压力；其中，膨胀机减压后的氢气与空气压缩机加压后的空气在所述换热装置中进行热量交换；所述换热装置的第四端与所述中冷器的第一端连接，所述中冷器的第二端与所述燃料电池的空气入口连接，所述中冷器用于为进入所述燃料电池的空气进行降温处理
。2.
根据权利要求1所述的燃料电池发动机系统，其特征在于，还包括：热管理子系统和控制子系统；所述热管理子系统的第一端与所述中冷器的第三端连接，所述热管理子系统的第二端与所述中冷器的第四端连接，所述热管理子系统用于为流入所述中冷器中的空气进行降温处理；所述控制子系统用于控制所述氢气供应子系统
、
所述空气供应子系统和所述热管理子系统的起动和停止
。3.
根据权利要求1所述的燃料电池发动机系统，其特征在于，所述氢气供应子系统还包括：第一减压阀和进氢截止阀；所述氢气瓶与所述第一减压阀的第一端连接，所述第一减压阀的第二端与所述进氢截止阀的第一端连接，所述进氢截止阀的第二端与所述膨胀机的第一端连接，所述第一减压阀用于减小由所述氢气瓶流出的氢气压力，并将减小压力后氢气传输给所述膨胀机；所述进氢截止阀用于控制所述氢气瓶向所述燃料电池提供氢气；所述控制子系统用于在所述燃料电池打开工作时，控制打开所述进氢截止阀；在所述燃料电池停止工作时，控制关闭所述进氢截止阀
。4.
根据权利要求2所述的燃料电池发动机系统，其特征在于，所述空气供应子系统还包括：增湿器
、
温度传感器
、
电子节气门和氢气稀释装置；所述温度传感器安装在所述中冷器的第一端的进气管路上，用于按照第一预设频率测量空气进入所述中冷器前的第一温度值，并将所述第一温度值传输给所述控制子系统；所述中冷器的第二端与所述增湿器的第一端连接，所述增湿器的第二端与所述燃料电池的空气入口连接，所述燃料电池的空气出口...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵洪辉，马秋玉，郭冬来，郭伟昊，吕文博，刘正勇，吴权轩，温天宇，陈蓓娜，
申请(专利权)人：中国第一汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：