[发明专利]一种燃料电池氢气循环系统及控制方法

权利要求书

1.一种燃料电池氢气循环系统，包括供氢管路和氢再循环管路，其特征在于：所述供氢管路包括依次连接的储氢容器(13)、减压阀(1)、比例阀(4)、稳压器(5)、喷射器(8)和氢气加湿器(11)，所述氢气加湿器(11)出口与燃料电池(12)的氢入口e连接，所述减压阀(1)和比例阀(4)之间的管路上设有分流阀(2)，所述分流阀(2)入口与减压阀(1)出口连通，分流阀(2)第一出口与比例阀(4)入口连通，分流阀(2)第二出口与涡轮机(3)的进氢通路入口a连通，所述涡轮机(3)的进氢通路出口b与比例阀(4)和稳压器(5)之间的管路连通；

所述氢再循环管路包括与燃料电池(12)的氢出口f连接的冷凝器(15)，所述冷凝器(15)出口与涡轮机(3)的回氢通路入口c连通，所述涡轮机(3)的回氢通路出口d与喷射器(8)和氢气加湿器(11)之间的管路连通；

所述涡轮机(3)包括设于进氢通路内的主动轮(31)和设于回氢通路内的从动轮(32)，所述主动轮(31)和从动轮(32)传动连接，高压氢气进入涡轮机(3)进氢通路驱动主动轮(31)转动，带动与主动轮(31)传动连接且位于回氢通路中的从动轮(32)转动，由从动轮(32)驱动燃料电池(12)的氢出口f排出的氢气重新输送至供氢管路中；

所述稳压器(5)上连接有用于采集稳压器压力信号的第一压力传感器(6)，稳压器(5)出口侧连接有第一流量传感器(7)；

所述氢气加湿器(11)入口侧连接有第二压力传感器(9)和第二流量传感器(10)；

所述涡轮机(3)的进氢通路出口b侧连接有第一单向阀(14)，所述涡轮机(3)的回氢通路出口d侧连接有第二单向阀(17)；

所述冷凝器(15)上集成连接有吹扫阀(16)，用于排出冷凝器(15)中的液态水及一部分回流的气体。

2.一种燃料电池氢气循环控制方法，其特征在于：采用权利要求1所述燃料电池氢气循环系统进行供气，所述控制方法包括如下步骤：

S1，按照燃料电池的工作状态得到燃料电池堆过氢比理想值r₀和进氢压力理想值P₀；

S2，通过第一流量传感器(7)和第二流量传感器(10)分别采集进入喷射器(8)的氢气质量流量Q₃和进入燃料电池(12)的氢入口e的氢气质量流量Q₄，按照计算得到燃料电池堆过氢比实际值r，根据过氢比实际值r与过氢比理想值r₀的差值Δr调节分流阀，Δr＝r-r₀；

S3，通过第二压力传感器(9)采集进入燃料电池(12)的氢入口e的进氢压力实际值P₁，根据进氢压力实际值P₁与进氢压力理想值P₀的差值ΔP_m调节喷射器的控制信号，ΔP_m＝P₁-P₀。

3.根据权利要求2所述的燃料电池氢气循环控制方法，其特征在于：采集稳压器压力实际值P₂并与稳压器压力设定值P_设定进行比较，以稳压器压力实际值P₂并与稳压器压力设定值P_设定的差值ΔP_n对S3中喷射器的控制信号进行修正。

4.根据权利要求3所述的燃料电池氢气循环控制方法，其特征在于：根据稳压器压力实际值P₂与稳压器压力设定值P_设定的差值ΔP_n调节比例阀开度。

5.根据权利要求2所述的燃料电池氢气循环控制方法，其特征在于：若过氢比实际值r＞过氢比理想值r₀，则控制分流阀阀芯顺时针转动，减小进入涡轮机的进氢通路的氢气流量；若过氢比实际值r＜过氢比理想值r₀，则控制分流阀阀芯逆时针转动，增大进入涡轮机的进氢通路的氢气流量；若过氢比实际值r＝过氢比理想值r₀，则控制分流阀阀芯保持不动。

6.根据权利要求2所述的燃料电池氢气循环控制方法，其特征在于：若进氢压力实际值P₁＞进氢压力理想值P₀，则减小喷射器喷嘴打开的面积；若进氢压力实际值P₁＜进氢压力理想值P₀，则增大喷射器喷嘴打开的面积；若进氢压力实际值P₁＝进氢压力理想值P₀，则保持喷射器喷嘴打开面积不变。