一种燃料电池可控燃料压力控制系统的制作方法

1.本发明涉及质子膜燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池可控燃料压力控制系统。


背景技术：

2.质子交换膜燃料电池作为燃料电池的一种，是新型能源的处理方式，具有工作温度低、无污染、无腐蚀、比功率大、启动速度快等优点，已经成为能源领域研究的热点之一。
3.燃料电池包含阴极和阳极。阳极接受氢气，阴极接受空气。氢气和空气在电化学过程中反应以产生电流。
4.阴极空气的供应是通过空压机来实现的，通过控制空压机的转速可以给阴极提供不同压力的空气，阳极的氢气的供应需要与阴极空气保持在某一压差范围内。
5.阳极侧即燃料电池燃料侧通过电磁切断阀、比例阀及机械式安全阀进行调节进电堆的压力，使用总控制系统（ecu）采用pid算法输出控制信号控制比例阀，控制进电堆的压力。通过燃料腔的气体消耗平衡内部压力，但是阀门调节存在滞后性，设定压力与目标压力存在差值。若进堆压力超过安全阀设定压力会触发安全阀开启，安全阀采用机械形变释放燃料腔气体从而降低压力。
6.另，为保证氢气的使用率及燃料电池发动机效率采用在氢气回路中添加引射器组件从而使氢气可经过燃料电池后循环使用，并将氢气循环回路组合封装成为fps（fuel cell systems）系，以下均以fps代指氢气循环系统。
7.目前燃料电池系统中可能存在下列问题:1.由于采用机械式安全阀控制燃料腔内压力存在滞后性，极易造成氢气腔瞬间失压极易引起燃料电池缺氢运行进而对电堆造成不可逆损害：2.安全阀门实际可控精度较低，安全阀门实际控制数值不明显，有被他人修正从而导致电堆内部超压的危险性。
8.这也就说明在现有的燃料电池系统中仍存在氢燃料电池燃料腔氢气输送压力不可控及氢气输送量可控。


技术实现要素：

9.本发明的目的在于提供一种燃料电池可控燃料压力控制系统，用以满足氢燃料电池燃料腔氢气输送压力可控及氢气输送量可控，并进行集成工作从而使氢气供应独立可控，减少发动机系统运算与调节。
10.为实现上述目的，本发明提供一种燃料电池可控燃料压力控制系统，包括：电堆阴极侧部件，包括空气通道以及沿空气流动方向依次设置在所述空气通道上的空气过滤器、第一浓度传感器、第一压力传感器、第一温度传感器、空压机以第四压力传感器；电堆阳极侧部件，包括高频脉冲尾排阀、第二压力传感器、第二温度传感器、第三压力传感器、第三温度传感器、切断阀、第一比例阀、第一引射器、第二比例阀、第二引射器、
安全阀、第二浓度传感器以及氢气通道；所述氢气通道包括循环通道以及与电堆燃料腔相连通的进气通道、回气通道；所述第二压力传感器、所述第二温度传感器、所述第三压力传感器、所述第三温度传感器、所述切断阀以及所述安全阀设置在所述进气通道上，所述切断阀用于控制所述进气通道的通断，所述安全阀用于在超压状态下为所述氢气通道泄压；所述循环通道包括第一通道和第二通道，所述所述第一引射器与所述第一比例阀设置在所述第一通道上，所述第二引射器与所述第二比例阀设置在所述第二通道上；所述第二浓度传感器以及所述高频脉冲尾排阀设置在所述回气通道上，所述第二浓度传感器用于检测电堆氢气浓度，所述高频脉冲尾排阀用于电堆内氢气压力骤升时排气降压；所述循环通道分别与所述进气通道和所述回气通道相连通，且所述第一通道与所述第二通道并联。
11.作为本技术的一个优选的实施方式，还包括控制单元，所述控制单元分别与所述电堆阴极侧部件和所述电堆阳极侧部件相连接，所述控制单元与所述电堆阳极侧部件组成氢气循环系统，所述氢气循环系统用于将电堆反应消耗后的氢气循环回流到电堆中以调节所述电堆燃料腔内的氢气压力。
12.作为本技术的一个优选的实施方式，所述第一引射器及所述第二引射器均包括喷嘴、混合室以及扩散腔，所述喷嘴与所述扩散腔组成文丘里管结构，所述混合室设置在所述喷嘴与所述扩散腔的连通处，所述混合室套设在所述喷嘴外侧；所述电堆燃料腔内的反应后的氢气能够经所述回气通道进入所述混合室与经所述喷嘴喷出的氢气内混合形成混合气体，所述混合气体经所述扩散腔加速升压后进入所述进气通道。
13.作为本技术的一个优选的实施方式，所述混合室整体呈圆筒状，且所述混合室的侧壁开设有进气孔，所述进气孔与所述喷嘴和所述扩散腔相连通。
14.作为本技术的一个优选的实施方式，所述控制单元集成有pid算法，所述控制单元控制所述电堆阴极侧部件和所述电堆阳极侧部件动作使得所述电堆燃料腔内的氢气空气压力满足理想状态气体方程：pv=nrt,p: 氢气气体压力，单位kpa;n: 气体mol数，n=m/m，m为氢气质量，m=2g/mol;r: 8.31，t:温度，单位kv: 电堆体积，包括引射器及相应管路，单位m
³
。
15.作为本技术的一个优选的实施方式，所述第一比例阀和所述第二比例阀用于调整所述电堆燃料腔的氢气压力；当所述电堆燃料腔内的氢气压力与设定压力值之间的偏差大于3kpa时所述第一比例阀和所述第二比例阀同时动作调整通道占空比以调整所述电堆燃料腔的氢气压力；当所述电堆燃料腔内的氢气压力与设定压力值之间的偏差不大于3kpa时所述第一比例阀的通道占空比固定，所述第二比例阀动作调整通道占空比以调整所述电堆燃料腔的氢气压力。
16.作为本技术的一个优选的实施方式，所述高频脉冲尾排阀通过所述控制单元与所述第三压力传感器联动；当所述第三压力传感器检测到电堆阳极压力大于设定值时所述高频脉冲尾排阀开启；当所述第三压力传感器检测到电堆阳极压力低于设定值时所述高频脉冲尾排阀。
17.作为本技术的一个优选的实施方式，所述高频脉冲尾排阀具有关闭状态、泄压状态以及阳极吹扫状态；当所述电堆燃料腔内部氢气压力不高于设定值时高频脉冲尾排阀处于关闭状态；当所述电堆燃料腔内部氢气压力高于设定值时高频脉冲尾排阀处于泄压状态；当所述电堆氢气浓度低于设定值时所述高频脉冲尾排阀处于阳极吹扫状态；所述所述泄压状态下所述高频脉冲尾排阀开启且开启压力值设定为pnormal+5kpa，即常闭压+5kpa；所述阳极吹扫状态下，所述高频脉冲尾排阀开启且开启压力设定为pnormal+2kpa，即常闭压+2kpa。
18.作为本技术的一个优选的实施方式，所述混合室采用消音材料制作；或者，所述第一引射器及所述第二引射器还包括隔音罩，所述隔音罩套设在所述混合室以及所述混合室与所述喷嘴及所述扩散腔的外侧，所述隔音罩的侧壁开设有吸音混气通道，所述低压氢气能够经所述吸音混气通道进入所述混合室。
19.作为本技术的一个优选的实施方式，所述吸音混气通道采用非直线结构和/或所述吸音混气通道的内壁设置有吸音孔。
20.通过采用上述技术方案，本技术所取得的有益效果为：1.在上述方案中，本技术中的燃料电池可控燃料压力控制系统能够满足氢燃料电池燃料腔氢气输送压力可控及氢气输送量可控，并进行集成工作从而使氢气供应独立可控，减少发动机系统运算与调节。
21.2.本技术中的fps系统（氢气循环系统）可以保证使电堆阳极侧的氢气供气系统相对独立运作，氢气供应的相关问题均可由fps系统自行控制，从而提高整个燃料电池的安全性和使用的稳定性。
22.3.在上述方案中，本技术中的燃料电池可控燃料压力控制系统采用定容积控制燃料腔压力的方式对燃料腔压力进行控制，能够根据燃料氧化反应的程度稳定且持续的供给燃料，且利用数据运算单元对进燃料量及压力进行计算从而实现供气量及压力的稳定，控制更加精准、高效。
23.4.本技术中方案中采用高频脉冲阀作为尾排阀，相较于现有技术中常用机械式安全阀而言，利用高频脉冲阀通过脉冲方式将燃料腔压力平稳释放，能平衡稳定燃料腔压力，促进氧化反应。另外增设的尾排阀与燃料腔内置的浓度分析仪进行联动，通过高频脉冲方式稳定燃料浓度保障燃料电池运行的持续性。
24.5.在上述方案中，通过设置在循环通道上的第一引射器和第二引射器能够将经过电堆消耗的低压氢气与氢气源供给的高压氢气进行混合升压以满足电堆反应需要，既能够实现对燃料腔压力的稳定控制也能实现氢气的高效回用。
25.6.在上述方案中，通过采用吸音材料制作混合室或在混合室外部加装隔音罩能够有效的减少气流经过引射器时所产生的噪音污染，给用户带来更佳的使用体验。
附图说明
26.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：图1为燃料电池可控燃料压力控制系统的工艺流程图；图2为第一引射器/第二引射器的结构示意图；
图3为第一引射器/第二引射器的结构剖面示意图；图4为第一引射器/第二引射器的爆炸结构示意图；图5为第一引射器/第二引射器的爆炸结构剖面示意图；图6为一个优选示例中第一引射器/第二引射器的结构示意图；图7为另一个优选示例中第一引射器/第二引射器的结构示意图；图8为第一比例阀、第二比例阀的设定pwm占空比区间[pwm_min, pwm_max]窗口位置与压力偏差e(k)=pt605setval-pt605currentval的关系；图9为fcv610阀开启及关闭状态下，电堆阳极理想状态压力数据。
[0027]
部件和附图标记列表：1电堆；20空气通道，21第一压力传感器，22第一温度传感器，23第一浓度传感器，24空气过滤器，25空压机，26第四压力传感器；301进气通道，302回气通道，303第一通道，304第二通道，31第二压力传感器，32第二温度传感器，33切断阀，34第三压力传感器，35第三温度传感器，36安全阀，37第二浓度传感器，38高频脉冲尾排阀，391第一比例阀，392第二比例阀；41第一引射器,42第二引射器,43喷嘴，44混合室，441进气孔，45扩散腔，46隔音罩，461吸音混气通道，462吸音孔；51空气源，52氢气源。
具体实施方式
[0028]
为了更清楚的阐释本发明的整体构思，下面再结合说明书附图以示例的方式进行详细说明。
[0029]
需说明，在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施方式的限制。
[0030]
如图1-7所示，本技术公开了一种燃料电池可控燃料压力控制系统，其主要包括电堆1和分别设置在电堆1阴极侧的电堆阴极侧部件和设置在电堆1阳极侧的电堆阳极侧部件，以及与前述电堆1、电堆阴极侧部件和电堆阳极侧部件相连接用于控制整个燃料电池可控燃料压力控制系统动作的控制单元，控制单元与电堆阳极侧部件组成氢气循环系统即fps系统，氢气循环系统用于将电堆1反应消耗后的氢气循环回流到电堆1中以调节电堆1燃料腔内的氢气压力。通过采用上述方案能够实现对与电堆1燃料腔内燃料压力的稳定控制，从而保障燃料电池在日常和使用过程也能够中的安全性和稳定性。
[0031]
继续参照图1所示，电堆阴极侧部件包括空气通道20以及沿空气流动方向依次设置在空气通道20上的空气过滤器24、第一浓度传感器23、第一压力传感器21、第一温度传感器22、空压机25以第四压力传感器26。在一个具体的示例中，参照图1所示，空气过滤器24采用fltr100空气过滤器，第一浓度传感器23采用at100浓度传感器，第一压力传感器21采用pt100压力传感器，第一温度传感器22采用te100温度传感器，空压机25采用blo100定容积空压机，第四压力传感器26采用pt105压力传感器。
[0032]
在一个示例中，参照图1所示，电堆阳极侧部件包括高频脉冲尾排阀38即fcv610
阀、第二压力传感器31即pt600压力传感器、第二温度传感器32即te600温度传感器、第三压力传感器34即pt605压力传感器、第三温度传感器35即te605温度传感器、切断阀33即cv600电磁切断阀、第一比例阀391即fcv601a阀、第一引射器41、第二比例阀392即fcv601b阀、第二引射器42、安全阀36即cv690机械式安全阀36、第二浓度传感器37即at620浓度传感器以及氢气通道。
[0033]
继续参照图1所示，作为本技术的一个优选的实施方式，氢气通道包括循环通道以及与电堆1燃料腔相连通的进气通道301、回气通道302。优选的，循环通道包括第一通道303和第二通道304；fcv601a阀、第一引射器41设置在第一通道303上，fcv601b阀、第二引射器42设置在第二通道304上，沿氢气的流动方向，第一引射器41设置在fcv601a阀的后方，第二引射器42设置在fcv601b阀的后方；继续参照图1所示，第一通道303与第二通道304并联在进气通道301和回气通道302之间。
[0034]
进一步地，参照图1所示，t600压力传感器、te600温度传感器、pt605压力传感器、te605温度传感器、cv600电磁切断阀以及cv690机械式安全阀36设置在进气通道301上；cv600电磁切断阀设置在进气通道301的前端用于控制整个氢气通道的通断，pt600压力传感器、te600温度传感器沿氢气的进气方向设置在进气通道301的前端，用于检测氢气源52氢气进入进气通道301时的初压和初温，pt605压力传感器以及te605温度传感器沿氢气的进气方向设置在循环通道与进气通道301的连通处之后，用于检测氢气源52氢气与循环通道内氢气混合后的混合氢气的温度和压力以保障氢气的压力、浓度等满足电堆1反应的需要，同时通过上述压力及温度传感器的检测结果判断是否需要打开cv690机械式安全阀36进行超压泄压以保障整个燃料电池的安全；at620浓度传感器设置在回气通道302靠近电堆1阳极的一侧，用来检测回气通道302和/或电堆1燃料腔内的氢气浓度；fcv610阀设置在回气通道302上，当电堆1内氢气压力骤然提升，超过当前功率所需压力值时，fcv610阀持续执行高频脉冲动作，可以将电堆1内过高压力安全下降。
[0035]
进一步地，参照图2-图7所示，第一引射器41及第二引射器42均包括喷嘴43、混合室44以及扩散腔45，喷嘴43与扩散腔45组成文丘里管结构，混合室44设置在喷嘴43与扩散腔45的连通处，混合室44套设在喷嘴43外侧；电堆1燃料腔内的反应后的低压氢气能够经回气通道302进入混合室44与经喷嘴43喷出的高压氢气内混合形成混合气体，混合气体经扩散腔45加速升压后进入进气通道301。在一个示例中，参照图6所示，混合室44整体呈圆筒状，且混合室44的侧壁开设有进气孔441，进气孔441与喷嘴43和扩散腔45相连通，经过电堆1消耗后的低压氢气能够经过该进气孔441进入混合室44中与经过喷嘴43升压的氢气源52氢气进行混合使低压氢气升压以满足回用压力需求。
[0036]
在一个优选的示例中，混合室44采用吸音材料制成，或者混合室44的内外侧壁均涂覆有吸音材料涂层；在另一个优选的示例中，参照图7所示，第一引射器41及第二引射器42还包括隔音罩46，隔音罩46套设在混合室44以及混合室44与喷嘴43及扩散腔45的外侧，隔音罩46的侧壁开设有吸音混气通道461，低压氢气能够经吸音混气通道461进入混合室44。作为本示例的优选实施方式，该隔音罩46采用吸音材料制成，继续参照图7所示，吸音混气通道461采用非直线结构和/或吸音混气通道461的内壁设置有吸音孔462。通过采用上述两个示例中的方案，能够有效的吸收/阻隔由于压力变化、流动面积变化等产生的噪音，从而有效的减少噪音污染。这里需要说明的是，本技术中的引射器的结构并不局限与上述举
例，上述举例仅为本技术较为优选的示例，其也可以采用其他更多不同的结构及设置方式，本技术对此并不做具体限定。
[0037]
同样需要说明的是，本技术对于上述进气孔的孔径、孔缘形状、吸音混气通道的截面积以及吸音孔的尺寸大小等同样不做具体限定，其可以根据实际需要通过实验取得更优选的设置方案。
[0038]
进一步地，参照图1所示，fcv601a阀和fcv601b阀用于调整电堆1燃料腔的氢气压力。在一个使用示例中，当电堆1燃料腔内的氢气压力与设定压力值之间的偏差大于3kpa时fcv601a阀和fcv601b同时动作调整通道占空比以调整电堆1燃料腔的氢气压力：当电堆1燃料腔内的氢气压力与设定压力值之间的偏差不大于3kpa时fcv601a的通道占空比固定，fcv601b阀动作调整通道占空比以调整电堆1燃料腔的氢气压力。
[0039]
进一步地，作为本技术的一个优选的实施方式，本技术中的高频脉冲尾排阀38具有关闭状态、泄压状态以及阳极吹扫状态；当电堆1燃料腔内部氢气压力不高于设定值时高频脉冲尾排阀38处于关闭状态；当电堆1燃料腔内部氢气压力高于设定值时高频脉冲尾排阀38处于泄压状态；当回气通道302内的氢气浓度低于设定值时高频脉冲尾排阀38处于阳极吹扫状态；泄压状态下高频脉冲尾排阀38开启且开启压力值设定为pnormal+5kpa，即常闭压+5kpa；阳极吹扫状态下，高频脉冲尾排阀38开启且开启压力设定为pnormal+2kpa，即常闭压+2kpa。
[0040]
在应用过程中，作为本技术的一个优选的实施方式，控制单元集成有pid算法，控制单元控制电堆阴极侧部件和电堆阳极侧部件动作使得电堆1燃料腔内的氢气空气压力满足理想状态气体方程也即在燃料电池电堆1的内部，使燃料气体的压力与温度、气体摩尔数之间的关系满足理想状态气体方程：pv=nrt,p: 氢气气体压力，单位kpa;n: 气体mol数，n=m/m，m为氢气质量，m=2g/mol;r: 8.31，t:温度，单位kv: 电堆1体积，包括引射器及相应管路，单位m
³
。
[0041]
假设t温度变化缓慢，当电堆1内氢气摩尔数量达到输入/输出动态平衡状态时，电堆1阳极压力保持不变；当检测到压力变化时，可通过增减容器内的h2气体的摩尔数量，维持平衡。
[0042]
根据燃料电池电流的数值利用能斯特方程计算得到燃料电池当前工作状态下氢气的消耗量，再通过查表得到当前压力温度状态下fcv601a阀和fcv601b阀的设定pwm占空比区间[pwm_min, pwm_max]窗口，具体区间窗口的位置与压力偏差e(k)=pt605setval-pt605currentval的关系如图8所示。
[0043]
在[pwm_min, pwm_max]区间内，使用pid控制方法对压力数据进行微小调整控制，具体控制可分为粗条/细调两种工作模式，粗调方式测试完成后再测试细调方式：当氢气压力值偏差＞3kpa时，fcv601a阀和fcv601b阀双通道同时调整占空比，偏差《3kpa时，fcv601a占空比数值固定，只对fcv601b占空比单通道调整。
[0044]
进一步地，在实际的应用过程中，fcv610阀开启前，对电堆1阳极压力进行预升压，达到设定压力数值开启fcv610阀，pt605检测压力低于正常数值后关闭fcv610,保证阳极压
力正常，理想状态压力数据如图9所示。
[0045]
下面通过一个具体的应用示例对应图1对本技术中的燃料电池可控燃料压力控制系统进行进一步地说明：在fps系统中，先设置有第二压力传感器31即pt600压力传感器检测气源端氢气供给压力数值，以及第二温度传感器32即te600温度传感器确认输入端氢气及fps系统中温度是否满足工作需求，数据发送往控制单元后。经由控制单元所获得氢气气源端压力数值，确认氢气已供给，氢气压力正常，不低于气源端最低压力要求值，并不高于后端阀门最高可控范围温度满足工作需求后。发送开关指令至cv600电磁切断阀，氢气送入fps系统开始工作。
[0046]
为保证氢气的利用率及燃料电池发动机电堆1内部水分润滑，防止碳纸吹干及电堆1内部压力控制，供氢系统采用设置文丘里引射器即第一引射器41和第二引射器42的方式来使得氢气可经由电堆1后再度循环至fps系统。
[0047]
文丘里引射器工作原理为由于文丘里效应高压气体经由喷嘴43上的小孔径由于绝热膨胀，高压运动流体中的压力下降同时流速增快，此时在混合室44内形成低压区域，因伯努利原理高速气体带动低速气体流动，从而将经过电堆1后的低压低速循环氢气，即回流氢气带动在混合室44内混合，混合气体随后在文丘里管形状的扩散腔45中重新恢复部分压力，经过控制单元运算调控后，该压力可满足电堆1内输入氢气压力。
[0048]
继续参照图1所示，为满足氢气压力的可控调节，设置压力比例调节阀即第一比例阀391（fcv601a阀）以及第二比例阀392（fcv601b阀）。以及为满足输入电堆1氢气压力值的细微可控及大量程可控，采用双引射器双流道双压力比例调节阀设计。在氢气通过cv600电磁切断阀后气路被一分为二即第一通道303和第二通道304，第一引射器41前端设有fcv601a阀,第二引射器42前端设有fcv601b阀，且作为优选第一引射器41及第二引射器42可采用不同的规格大小，分属两路运作并合并控制氢气的压力、流量。
[0049]
燃料电池低功率运行时，第二通道304仅保持fcv601b阀打开状态，有少量氢气可从此路输送。此时主要以第一通道303上的第一引射器41与fcv601a阀执行氢气的压力和流量控制，当燃料电池需求功率所需氢气压力抵达fcv601a阀门开度90%时，fcv601b阀加大开度，第一通道303和第二通道304同时开始工作。
[0050]
氢气经由电堆1消耗后，执行循环回流，由于参与过电堆1反应后回流的氢气浓度降低，故设置第二浓度传感器37即at620浓度传感器采集氢气浓度数值，在at620浓度传感器后加装高频脉冲尾排阀38，即fvc610阀。在这里fcv610阀起到两点作用：一者当at620浓度传感器检测到的氢气浓度低于电堆1的需求浓度时，fcv610阀执行高频脉冲启动，将电堆1内部低浓度氢气排放至fps系统，从而在不影响电堆1正常运行、不影响电堆1内压力稳定、供氢稳定的情况下将氢气浓度提升至正常工作范围；二者，当电堆1内氢气压力骤然提升，超过当前功率所需压力值，控制单元发送指令fcv610持续执行高频脉冲动作，可以将电堆1内过高压力安全下降。
[0051]
氢气经过第一通道303和第二通道304后进入电堆1之前，设置有安全阀36即cv690机械式安全阀36，安全阀36设置超压保护值为电堆1可承受最大氢气压力值，假使控制单元等发送错误指令，或某些阀门失去控制能力，cv690机械式安全阀36可保证电堆1不会超压损坏，或超压泄露等安全隐患。
[0052]
电堆阴极侧使用blo100定容积空压机及pt100压力传感器、te100温度传感器、
at100浓度传感器；空气源51空气进气空气通道20后，通过blo100定容积空压机可以简单方便的仅通过调节转速执行空气侧压力控制，同时通过pt100压力传感器、te100温度传感器、at100浓度传感器检测电堆阴极侧的温度、压力即氢气浓度并将数值发送至控制单元从而方便控制氢气压力始终大于空气并将压力控制在正常工作范围内。
[0053]
本发明所保护的技术方案，并不局限于上述实施例，应当指出，任意一个实施例的技术方案与其他一个或多个实施例中技术方案的结合，在本发明的保护范围内。虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

技术特征：
1.一种燃料电池可控燃料压力控制系统，其特征在于，包括：电堆阴极侧部件，包括空气通道以及沿空气流动方向依次设置在所述空气通道上的空气过滤器、第一浓度传感器、第一压力传感器、第一温度传感器、空压机以第四压力传感器；电堆阳极侧部件，包括高频脉冲尾排阀、第二压力传感器、第二温度传感器、第三压力传感器、第三温度传感器、切断阀、第一比例阀、第一引射器、第二比例阀、第二引射器、安全阀、第二浓度传感器以及氢气通道；所述氢气通道包括循环通道以及与电堆燃料腔相连通的进气通道、回气通道；所述第二压力传感器、所述第二温度传感器、所述第三压力传感器、所述第三温度传感器、所述切断阀以及所述安全阀设置在所述进气通道上，所述切断阀用于控制所述进气通道的通断，所述安全阀用于在超压状态下为所述氢气通道泄压；所述循环通道包括第一通道和第二通道，所述所述第一引射器与所述第一比例阀设置在所述第一通道上，所述第二引射器与所述第二比例阀设置在所述第二通道上；所述第二浓度传感器以及所述高频脉冲尾排阀设置在所述回气通道上，所述第二浓度传感器用于检测电堆氢气浓度，所述高频脉冲尾排阀用于电堆内氢气压力骤升时排气降压；所述循环通道分别与所述进气通道和所述回气通道相连通，且所述第一通道与所述第二通道并联。2.如权利要求1所述的燃料电池可控燃料压力控制系统，其特征在于，还包括控制单元，所述控制单元分别与所述电堆阴极侧部件和所述电堆阳极侧部件相连接，所述控制单元与所述电堆阳极侧部件组成氢气循环系统，所述氢气循环系统用于将电堆反应消耗后的氢气循环回流到电堆中以调节所述电堆燃料腔内的氢气压力。3.如权利要求2所述的燃料电池可控燃料压力控制系统，其特征在于，所述第一引射器及所述第二引射器均包括喷嘴、混合室以及扩散腔，所述喷嘴与所述扩散腔组成文丘里管结构，所述混合室设置在所述喷嘴与所述扩散腔的连通处，所述混合室套设在所述喷嘴外侧；所述电堆燃料腔内的反应后的氢气能够经所述回气通道进入所述混合室与经所述喷嘴喷出的氢气内混合形成混合气体，所述混合气体经所述扩散腔加速升压后进入所述进气通道。4.如权利要求3所述的燃料电池可控燃料压力控制系统，其特征在于，所述混合室整体呈圆筒状，且所述混合室的侧壁开设有进气孔，所述进气孔与所述喷嘴和所述扩散腔相连通。5.如权利要求3所述的燃料电池可控燃料压力控制系统，其特征在于，所述控制单元集成有pid算法，所述控制单元控制所述电堆阴极侧部件和所述电堆阳极侧部件动作使得所述电堆燃料腔内的氢气空气压力满足理想状态气体方程：pv=nrt,p: 氢气气体压力，单位kpa;n: 气体mol数，n=m/m，m为氢气质量，m=2g/mol;r: 8.31，t:温度，单位kv: 电堆体积，包括引射器及相应管路，单位m
³
。6.如权利要求5所述的燃料电池可控燃料压力控制系统，其特征在于，所述第一比例阀和所述第二比例阀用于调整所述电堆燃料腔的氢气压力；当所述电堆燃料腔内的氢气压力与设定压力值之间的偏差大于3kpa时所述第一比例阀和所述第二比例阀同时动作调整通
道占空比以调整所述电堆燃料腔的氢气压力；当所述电堆燃料腔内的氢气压力与设定压力值之间的偏差不大于3kpa时所述第一比例阀的通道占空比固定，所述第二比例阀动作调整通道占空比以调整所述电堆燃料腔的氢气压力。7.如权利要求6所述的燃料电池可控燃料压力控制系统，其特征在于，所述高频脉冲尾排阀通过所述控制单元与所述第三压力传感器联动；当所述第三压力传感器检测到电堆阳极压力大于设定值时所述高频脉冲尾排阀开启；当所述第三压力传感器检测到电堆阳极压力低于设定值时所述高频脉冲尾排阀。8.如权利要求7所述的燃料电池可控燃料压力控制系统，其特征在于，所述高频脉冲尾排阀具有关闭状态、泄压状态以及阳极吹扫状态；当所述电堆燃料腔内部氢气压力不高于设定值时高频脉冲尾排阀处于关闭状态；当所述电堆燃料腔内部氢气压力高于设定值时高频脉冲尾排阀处于泄压状态；当所述回气通道内的氢气浓度低于设定值时所述高频脉冲尾排阀处于阳极吹扫状态；所述所述泄压状态下所述高频脉冲尾排阀开启且开启压力值设定为pnormal+5kpa，即常闭压+5kpa；所述阳极吹扫状态下，所述高频脉冲尾排阀开启且开启压力设定为pnormal+2kpa，即常闭压+2kpa。9.如权利要求5所述的燃料电池可控燃料压力控制系统，其特征在于，所述混合室采用消音材料制作；或者，所述第一引射器及所述第二引射器还包括隔音罩，所述隔音罩套设在所述混合室以及所述混合室与所述喷嘴及所述扩散腔的外侧，所述隔音罩的侧壁开设有吸音混气通道，所述低压氢气能够经所述吸音混气通道进入所述混合室。10.如权利要求9所述的燃料电池可控燃料压力控制系统，其特征在于，所述吸音混气通道采用非直线结构和/或所述吸音混气通道的内壁设置有吸音孔。

技术总结
本发明公开了一种燃料电池可控燃料压力控制系统，包括电堆阴极侧部件以及电堆阳极侧部件，电堆阳极侧部件中的氢气通道包括循环通道以及与电堆燃料腔相连通的进气通道、回气通道；循环通道包括第一通道和第二通道，第一引射器与第一比例阀设置在第一通道上，第二引射器与第二比例阀设置在第二通道上；第二浓度传感器以及高频脉冲尾排阀设置在回气通道上，高频脉冲尾排阀用于电堆内氢气压力骤升时排气降压；第一通道与第二通道并联且与进气通道和回气通道相连通。同时通过控制单元的控制，采用上述结构能够实现燃料电池燃料腔氢气输送压力可控及氢气输送量可控，并进行集成工作从而使氢气供应独立可控，减少发动机系统运算与调节。调节。调节。


技术研发人员：韩林杰 张若伟 张淑平 雷久德
受保护的技术使用者：山东美燃氢动力有限公司
技术研发日：2023.08.02
技术公布日：2023/9/7