一种燃料电池用排氢阀控制系统的制作方法

1.本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池用排氢阀控制系统。


背景技术：

2.燃料电池的反应为阳极的氢气和阴极的氧气所发生的的电化学反应。由于质子交换膜并非完全隔绝气体的传输，因此随着反应的进行阴极的氮气、氧气会在阳极侧逐渐堆积，此外，阴极生成的水也会随着全福磺酸质子交换膜迁移至阳极，在高温下生成水蒸气。氮气和氧气浓度的增加导致氢气浓度降低，从而影响了燃料电池的反应，降低了电堆的发电量。因此，阳极需要排氢阀来去除阳极侧累积的杂质气体。目前，燃料电池用排氢阀控制方案主要有以下4种。
3.第一种是目前大多数燃料电池系统采用的排氢阀控制方案，通过排氢阀定时排气排水。基于拉载电流的大小，进行排氢阀的开闭，如拉载电流为100a时，排氢阀设置为开1s关15s；拉载电流为300a时，排氢阀设置为开1.5s关8s；拉载电流为100a时，排氢阀设置为开2s关5s。
4.第二种是丰田公式采用的排氢阀控制方案，根据氮气浓度估算结果通过排氢阀进行排气。首先，判断排氢阀是否处于关闭状态，若否，执行关闭排氢阀，若是，执行打开排氢阀，并根据冷却剂温度和空气压力计算出氮气的当前传输量（当前阳极中的氮气量是上次重设氮气量之后的累积量加上当前量），判断当前阳极氮气量是否大于或者等于累积阈值，如果是就打开排氢阀，重新设定氮气量，如果否就重新读取氢气压力、空气压力以及冷却剂温度的信号，重新循环。
5.第三种参见专利us 2012/0156575 a的日产燃料电池系统排氢阀控制方案。基于在通过氢气供应阀停止氢气的期间内氢气供应阀下游的负极系统中的压力变化来计算从负极系统排放的气体量。通过测定不同时间段的阳极压力变化，来计算需要排出的废气量。
6.第四种参见中国专利cn103035935b的美国通用公司生产的燃料电池系统排氢阀控制方案。提供了一种组合的水排放和稀释气体吹扫阀，其将流体从燃料电池的阳极侧引至阴极入口。当请求吹扫稀释气体时，该阀打开，从而排出例如存在于水分离装置的贮槽中的任何液体。在液体被排空之后，稀释气体被吹扫。使用燃料喷射器反馈的阳极排放模型能够确定离开所述阀的气体量，并且一旦吹扫了所需量的稀释物，就能够请求关闭所述阀。一旦经过所述阀的氢气达到阴极电极之后，其就能够被催化消耗，从而使得阴极排气以及燃料电池排气具有减少的氢含量。
7.现有技术存在以下问题：控制过程中排氢阀关闭时间无法智能控制，会造成氢气多排，浪费以及安全问题。采用积分等计算方法进行排气和氮气浓度的估算，具有不准确性，估算结果和实际不一致，导致排氢阀关闭时间过早或过晚。排氢阀关闭时间过早会导致水、杂质气体排放不充分，水排放不充分会导致水反流至电堆，造成电堆水淹，杂质气体排放不充分会导致单电池电压降低，电堆发电量小。排氢阀关闭时间过晚会导致大量氢气从尾排排除，造成氢气浪费和安全隐患。


技术实现要素：

8.鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种燃料电池用排氢阀控制系统，用以解决现有技术排氢阀关闭时间过早或过晚导致燃料电池性能下降、存在安全隐患的问题。
9.一方面，本发明实施例提供了一种燃料电池用排氢阀控制系统，包括电堆、比例阀、排氢阀、气液分离器、氢循环装置、控制器；其中，电堆的氢侧气体进口分别接比例阀、氢循环装置的输出端，其氢侧尾气出口接气液分离器的输入端；气液分离器的气体出口接氢循环装置的输入端，并接排氢阀，其液体出口接排氢阀；控制器，用于对排氢阀执行周期性启闭控制；以及，每一控制周期内，在燃料电池系统正常运行且排氢阀处于关闭状态时，识别当前工况下电堆的水生成量达到设定值后，控制气液分离器的液体出口-排氢阀所在支路导通、排氢阀开启，以实现排氢阀的排水功能；以及，在排水结束后，控制气液分离器的气体出口-排氢阀所在支路导通，以实现排氢阀的短时排氢，直到识别电堆的尾排氢气浓度达到设定值后，关闭排氢阀。
10.上述技术方案的有益效果如下：实现了排氢阀的自动排气排水功能。控制过程中排氢阀开启时间、关闭时间智能控制，不会造成氢气多排，节约了氢气，并保证了燃料电池的使用安全。通过识别电堆的尾排氢气浓度判断排氢阀的关闭时刻，相比现有技术的估算结果控制更具有准确性，和实际一致，可防止排氢阀关闭时间过早或过晚。
11.基于上述系统的进一步改进，该控制器执行如下程序以完成每一控制周期内排氢阀的控制功能：在燃料电池系统正常运行且排氢阀处于关闭状态时，定时识别当前工况下电堆的水生成量是否达到设定值，如果是，控制气液分离器的液体出口-排氢阀所在支路导通、排氢阀开启、气液分离器的气体出口-排氢阀所在支路关闭，控制比例阀开度增大，以实现排氢阀的排水功能，并执行下一步，否则，控制该排氢阀和比例阀保持开度不变；识别排水完毕后，控制比例阀开度增大，以通过气液分离器的液体出口-排氢阀所在支路实现排氢阀的排杂质功能，排出杂质气体；识别杂质气体排放完毕后，控制气液分离器的气体出口-排氢阀所在支路导通、气液分离器液体出口-排氢阀所在支路关闭，同时控制比例阀开度再次增大，以实现排氢阀的短时排氢气功能；识别电堆的尾排氢气浓度达到设定值后，控制排氢阀关闭。
12.进一步，该燃料电池用排氢阀控制系统还包括第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀；其中，气液分离器的气体出口经第一电磁阀接氢循环装置的输入端，并经第二电磁阀接排氢阀，其液体出口经第三电磁阀接排氢阀；第一电磁阀，用于控制气液分离器的气体出口-氢循环装置所在支路的开启或关闭；第二电磁阀，用于控制气液分离器的气体出口-排氢阀所在支路的开启或关闭；第三电磁阀，用于控制气液分离器的液体出口-排氢阀所在支路的开启与关闭。
13.进一步，控制器进一步执行如下程序完成识别当前工况下电堆的水生成量是否达到设定值的功能：获取当前工况下从排氢阀关闭时刻起燃料电池发动机的输出电流；
对上述输出电流进行时间方向上的积分，得到当前工况下电堆的水生成量；识别当前工况下电堆的水生成量是否达到设定值。
14.进一步，控制器进一步通过如下程序完成识别当前工况下电堆的水生成量是否达到设定值的功能：通过试验数据，得到不同工况下从排氢阀关闭时刻起到气液分离器液位达到高液位临界值的时间阈值；识别当前工况，获取当前工况对应的时间阈值；识别当前工况下从排氢阀关闭时刻起的累积时间是否超过上述当前工况对应的时间阈值时，若是，判定当前工况下电堆的水生成量达到设定值，若否，判定当前工况下电堆的水生成量未达到设定值。
15.进一步，控制器进一步通过如下程序完成识别当前工况下电堆的水生成量是否达到设定值的功能：获取当前工况下实测的燃料电池单电池平均电压；识别是否满足燃料电池单电池平均电压小于标称单电池平均电压减30mv；若是，判定当前工况下电堆的水生成量达到设定值，若否，执行下一步；获取当前工况下气液分离器内液位高度；识别当前工况下气液分离器内液位高度是否超过气液分离器可容纳的高液位临界值，若是，判定当前工况下电堆的水生成量达到设定值，若否，判定当前工况下电堆的水生成量未达到设定值。
16.进一步，控制器还执行如下程序：识别排氢阀开启后，控制比例阀的制度执行pid调节，以使入堆氢气压力快速恢复至目标设定值。
17.进一步，控制器执行如下程序完成识别电堆的尾排氢气浓度达到设定值的功能：监测比例阀开度；识别比例阀开度在一个排氢阀控制周期内，是否出现经历了开始排水是的第一次开度增大和开始排杂质气体时的第二次开度增大后又出现第三次开度增大的时刻，若是，判定电堆的尾排氢气浓度达到设定值，若否，判定电堆的尾排氢气浓度尚未达到设定值。
18.进一步，控制器执行如下程序完成识别电堆的尾排氢气浓度达到设定值的功能：获取燃料电池系统的尾排中设置的氢气浓度传感器数据或氢气流量计数据；识别上述数据中当前时刻的氢气浓度较前一时刻的氢气浓度的增大量是否超过设定值，或当前时刻的氢气流量较前一时刻的氢气流量的增大量是否超过设定值，若是，判定电堆的尾排氢气浓度达到设定值，若否，判定电堆的尾排氢气浓度尚未达到设定值。
19.进一步，控制器执行如下程序完成识别电堆的尾排氢气浓度达到设定值的功能：获取燃料电池系统的尾排中设置的氮气浓度传感器数据或氮气流量计数据；识别上述数据中当前时刻的氮气浓度较前一时刻的氮气浓度的减小量是否超过设定值，或当前时刻的氮气流量较前一时刻的氮气流量的减小量是否超过设定值，若是，判定电堆的尾排氢气浓度达到设定值，若否，判定电堆的尾排氢气浓度尚未达到设定值。
20.提供发明内容部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。发明内容部分无意标识本发明的重要特征或必要特征，也无
意限制本发明的范围。
附图说明
21.通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
22.图1示出了实施例1燃料电池用排氢阀控制系统组成示意图；图2示出了实施例1方法使用的一种燃料电池发动机组成示意图；图3示出了实施例2排氢阀开闭控制过程中发动机内各参数响应变化示意图；图4示出了实施例2气液分离器内各组分状态示意图。
具体实施方式
23.下面将参照附图更详细地描述本发明的实施例。虽然附图中显示了本发明的实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
24.在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。
实施例1
25.本发明的一个实施例，公开了一种燃料电池用排氢阀控制系统，如图1所示，包括电堆、比例阀、排氢阀、气液分离器、氢循环装置、控制器。
26.其中，电堆的氢侧气体进口分别接比例阀、氢循环装置的输出端，其氢侧尾气出口接气液分离器的输入端。气液分离器的气体出口接氢循环装置的输入端，并接排氢阀，其液体出口接排氢阀。
27.控制器，用于对排氢阀执行周期性启闭控制；以及，每一控制周期内，在燃料电池系统正常运行且排氢阀处于关闭状态时，识别当前工况下电堆的水生成量达到设定值后，控制气液分离器的液体出口-排氢阀所在支路导通、排氢阀开启，以实现排氢阀的排水功能；以及，在排水结束后，控制气液分离器的气体出口-排氢阀所在支路导通，以实现排氢阀的短时排氢，直到识别电堆的尾排氢气浓度达到设定值后，关闭排氢阀。
28.实施时，该排氢阀具有排水、排氢气（排杂质）功能，排氢阀开启后，先排水再排杂质气体。
29.上述排氢阀控制系统适用的燃料电池发动机如图2所示。燃料电池发动机内集成了空侧供给系统、热管理系统、氢侧供给系统。
30.空侧供给系统：空气进入空压机后，空压机对空气进行压缩，产生高温高压的空气进入中冷器，中冷器对高温气体进行冷却，达到合适的空气温度后进入电堆，在电堆内与氢
气发生反应后经过背压阀后排出。此外，背压阀还负责空气供给系统的背压调节。
31.热管理系统：循环水泵负责循环冷却水，散热风扇负责与空气进行热交换，实现冷却液的降温，两者协作实现燃料电池系统的降温。
32.氢侧供给系统：高压氢气经过比例阀进入电堆，在电堆内与空气中的氧气发生反应后进入气液分离器，在气液分离器内进行气液分离，分离出的液体水存储在气液分离器中，分离出的氢气经过氢循环装置与比例阀的干氢气汇合，再次进入电堆，参与反应。气液分离器中的水累积到一定阈值后，经过排氢阀排出系统，此外气液分离器中多余的杂质气体也经过排氢阀排向大气。
33.与现有技术相比，本实施例提供的燃料电池用排氢阀控制系统实现了排氢阀的自动排气排水功能。控制过程中排氢阀开启时间、关闭时间智能控制，不会造成氢气多排，节约了氢气，并保证了燃料电池的使用安全。通过识别电堆的尾排氢气浓度判断排氢阀的关闭时刻，相比现有技术的估算结果控制更具有准确性，和实际一致，可防止排氢阀关闭时间过早或过晚。
实施例2
34.在实施例1的基础上进行改进，在一个排氢阀控制周期内，包括时刻0-t
1-t
2-t
3-t
4-t
5-t
6-t7。
35.控制器执行如下程序以完成每一控制周期内排氢阀的控制功能：s1.在燃料电池系统正常运行且排氢阀处于关闭状态时，定时识别当前工况下电堆的水生成量是否达到设定值，如果是(达到时刻t1)，控制气液分离器的液体出口-排氢阀所在支路导通、排氢阀开启、气液分离器的气体出口-排氢阀所在支路关闭，控制比例阀开度增大，以实现排氢阀的排水功能，并执行下一步，否则，控制该排氢阀和比例阀保持开度不变；s2.识别排水完毕（达到时刻t2）后，控制比例阀开度增大，以通过气液分离器的液体出口-排氢阀所在支路实现排氢阀的排杂质功能，排出杂质气体（氮气和水蒸气）；s3.识别杂质气体排放完毕（达到时刻t3）后，控制气液分离器的气体出口-排氢阀所在支路导通、气液分离器液体出口-排氢阀所在支路关闭，同时控制比例阀开度再次增大，以实现排氢阀的短时排氢气功能；s4.识别电堆的尾排氢气浓度达到设定值（达到时刻t4）后，控制排氢阀关闭。
36.优选地，该燃料电池用排氢阀控制系统还包括第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀。其中，气液分离器的气体出口经第一电磁阀接氢循环装置的输入端，并经第二电磁阀接排氢阀，其液体出口经第三电磁阀接排氢阀。
37.第一电磁阀，用于控制气液分离器的气体出口-氢循环装置所在支路的开启或关闭。
38.第二电磁阀，用于控制气液分离器的气体出口-排氢阀所在支路的开启或关闭。
39.第三电磁阀，用于控制气液分离器的液体出口-排氢阀所在支路的开启与关闭。
40.控制器完成步骤s1中识别当前工况下电堆的水生成量是否达到设定值的功能（即识别时刻t1）有下面三种方法：第一种方法对电流进行时间积分，燃料电池阴极电化学反应如下，从反应式可知，
水的生成量和电子的数量成1:2的比例关系：o2+4h
+
+4e-=2h2o，因此可以对电流积分，得到不同电流工况下的水生成量。再结合气液分离器可容纳的水容积，开启排氢阀。
41.具体地，控制器进一步执行如下程序完成步骤s1中识别当前工况下电堆的水生成量是否达到设定值的功能：s11.获取当前工况下从排氢阀关闭时刻起燃料电池发动机的输出电流；s12.对上述输出电流进行时间方向上的积分，得到当前工况下电堆的水生成量m
h2o
，计算公式为：，式中，水的生成量m
h2o
的单位为kg；i为当前工作电流，单位为a；n为电堆片数；f为法拉第常数，单位为c；t1为当前时刻，t为时间；s13.识别当前工况下电堆的水生成量是否达到设定值。此设定值一般为气液分离器储水容积的60%~80%。
42.第二种方法基于累积时间，此方法基于大量实验数据所得到，即在不同的工况下，反复测试，得到气液分离器液位达到高液位临界值的时间阈值，开启排氢阀。
43.具体地，控制器进一步通过如下程序完成识别当前工况下电堆的水生成量是否达到设定值的功能：s11’.通过试验数据，得到不同工况下从排氢阀关闭时刻起到气液分离器液位达到高液位临界值的时间阈值；s12’.识别当前工况，获取当前工况对应的时间阈值；s13’.识别当前工况下从排氢阀关闭时刻起的累积时间是否超过上述当前工况对应的时间阈值时，若是，判定当前工况下电堆的水生成量达到设定值，若否，判定当前工况下电堆的水生成量未达到设定值。
44.第三种方法基于液位传感器，当气液分离器内液位达到最高液位临界值时，开启排氢。
45.具体地，控制器进一步通过如下程序完成识别当前工况下电堆的水生成量是否达到设定值的功能：s11
’’
.获取当前工况下实测的燃料电池单电池平均电压；s12
’’
.识别是否满足燃料电池单电池平均电压＜标称单电池平均电压-30mv；若是，判定当前工况下电堆的水生成量达到设定值（电堆水生成量和单电池平均电压下降值耦合判断），若否，执行下一步；s13
’’
.获取当前工况下气液分离器内液位高度；s14
’’
.识别当前工况下气液分离器内液位高度是否超过气液分离器可容纳的高液位临界值，若是，判定当前工况下电堆的水生成量达到设定值，若否，判定当前工况下电堆的水生成量未达到设定值。
46.需说明的是，步骤s11
’’‑
s14
’’
可顺序执行，或者，s11
’’‑
s12
’’
、s13
’’‑
s14
’’
处于
并列地位，触发一个判断条件，即可启动排氢阀。电堆水生成量大于设定值时，排氢阀开启，进行排水。
47.优选地，控制器还执行如下程序：识别排氢阀开启后，控制比例阀的制度执行pid调节，以使入堆氢气压力快速恢复至目标设定值。
48.控制器完成步骤s4中识别电堆的尾排氢气浓度达到设定值的功能（即识别时刻t1）有下面7种方法。
49.第一种方法是在电堆尾排设置氢气浓度传感器，氢气浓度传感器检测氢气浓度较前一时刻明显增大，排氢阀关闭。
50.第二种方法是在电堆尾排设置氢气流量计，氢气流量计检测到氢气流量较前一时刻明显增大，排氢阀关闭。
51.具体地，控制器执行如下程序完成识别电堆的尾排氢气浓度达到设定值的功能：s41.获取燃料电池系统的尾排中设置的氢气浓度传感器数据或氢气流量计数据；s42.识别上述数据中当前时刻的氢气浓度较前一时刻的氢气浓度的增大量是否超过设定值，或当前时刻的氢气流量较前一时刻的氢气流量的增大量是否超过设定值，若是，判定电堆的尾排氢气浓度达到设定值，若否，判定电堆的尾排氢气浓度尚未达到设定值。
52.第三种方法是在电堆尾排设置氮气浓度传感器，氮气浓度传感器检测氮气浓度较前一时刻明显减小，排氢阀关闭。
53.第四种方法实在电堆尾排设置氮气流量计，氢气流量计检测到氮气流量较前一时刻明显减小，排氢阀关闭。
54.具体地，控制器执行如下程序完成识别电堆的尾排氢气浓度达到设定值的功能：s41’.获取燃料电池系统的尾排中设置的氮气浓度传感器数据或氮气流量计数据；s42.识别上述数据中当前时刻的氮气浓度较前一时刻的氮气浓度的减小量是否超过设定值，或当前时刻的氮气流量较前一时刻的氮气流量的减小量是否超过设定值，若是，判定电堆的尾排氢气浓度达到设定值，若否，判定电堆的尾排氢气浓度尚未达到设定值。
55.第五种方法是比例阀开度在一个周期内，经历了开始排水的第一次开度增大和开始排杂质气体的第二次开度增大后，又突然出现开度增大的时刻，排氢阀关闭。这也是发明改进最大的点，根据比例阀开度的变化来自适应控制排氢阀的关闭，能够实现快速响应及精准控制。
56.具体地，控制器执行如下程序完成识别电堆的尾排氢气浓度达到设定值的功能：s41
’’
.监测比例阀开度；s42
’’
.识别比例阀开度在一个排氢阀控制周期内，是否出现经历了开始排水是的第一次开度增大和开始排杂质气体时的第二次开度增大后又出现第三次开度增大的时刻，若是，判定电堆的尾排氢气浓度达到设定值，若否，判定电堆的尾排氢气浓度尚未达到设定值。
57.第六种方法是在电堆的氢侧气体进口设置氢气流量计，氢气消耗流量与当前电流工况下所需氢气流量差值明显大于t3时刻，排氢阀关闭。
58.第七种方法是当前单电池电压维持一段时间（0.2s）不再增高，排氢阀关闭。
59.实施时，气体分离器内组分如图4所示，最上层为氢气，氮气和水蒸气杂质气体位于中层，最下层为液态水。下面过程为一个完整的排水排气过程，后续动作为为此过程的重复动作。排氢阀开闭控制过程中发动机内各参数响应变化如图3所示。
60.在时刻t1之前的0-t1时间段内，燃料电池系统正常运行，比例阀和排氢阀开度保持不变，入堆氢气压力不变，随着反应的进行，杂质气体比分增大，氢气浓度降低，同一电流工况下单电池平均电压降低。
61.在达到时刻t1，控制气液分离器的液体出口-排氢阀所在支路导通、排氢阀开启、气液分离器的气体出口-排氢阀所在支路关闭，控制比例阀开度增大，以实现排氢阀的排水功能。
62.在t
1-t2时间段内，排氢阀开启后，进行排水过程，入堆氢气压力略微减小。比例阀开度进行pid调节，开度增大，入堆氢气压力恢复至目标设定值。随着反应的进行，杂质气体比分增大，氢气浓度降低，同一电流工况下单电池平均电压降低。
63.达到时刻t2，控制比例阀开度增大，以通过气液分离器的液体出口-排氢阀所在支路实现排氢阀的排杂质功能，排出杂质气体（氮气和水蒸气）。
64.在t
2-t3时间段内，由于开始排杂质气体，氢气尾排瞬间连通大气，氢气入堆压力骤降，比例阀开始pid调节，开度增大，入堆氢气压力恢复至目标设定值。随着反应的进行，杂质气体比分降低，氢气浓度升高，同一电流工况下单电池平均电压升高。
65.达到时刻t3，开始排氢气。
66.在t
3-t4时间段内，排氢气。比例阀开度稍微增大，尾排氢浓度增加。氢气入堆压力在pid调节下保持不变，氢气浓度维持不变，同一电流工况下单电池平均电压不变。（此过程排氢阀关闭时间过晚，会导致尾排氢浓度增大，造成安全隐患，以及氢气过量排放导致能源浪费，所以要尽量减小此过程时间）。
67.达到时刻t4，排氢阀关闭。
68.在时刻t4至下一控制周期的t1时间段内，排氢阀关闭瞬间，有一定的背压作用。氢气入堆压力增大，比例阀开度进行pid调节，开度降低，入堆氢气压力恢复至目标设定值；随着反应的进行，杂质气体比分增大，氢气浓度降低，同一电流工况下单电池平均电压降低。
69.与现有技术相比，本实施例提供的燃料电池用排氢阀控制系统具有如下有益效果：1、比例阀开度在一个周期内，经历了开始排水的第一次开度增大和开始排杂质气体的第二次开度增大后，又突然出现开度增大的时刻，排氢阀关闭，根据比例阀开度的变化来自适应控制排氢阀的关闭，能够实现快速响应及精准控制；2、控制器监测到氢气和氮气的流量瞬间增大，大于设定值时，排氢阀关闭；3、基于同一电流工况分析，同一电流工况下，氢气入堆目标压力不变；4、入堆氢气压力采用闭环pid控制，即实际压力会随着目标压力自动进行pid调节，保证电堆的入堆氢气压力维持在目标压力左右。
70.以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨
在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对现有技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

技术特征：
1.一种燃料电池用排氢阀控制系统，其特征在于，包括电堆、比例阀、排氢阀、气液分离器、氢循环装置、控制器；其中，电堆的氢侧气体进口分别接比例阀、氢循环装置的输出端，其氢侧尾气出口接气液分离器的输入端；气液分离器的气体出口接氢循环装置的输入端，并接排氢阀，其液体出口接排氢阀；控制器，用于对排氢阀执行周期性启闭控制；以及，每一控制周期内，在燃料电池系统正常运行且排氢阀处于关闭状态时，识别当前工况下电堆的水生成量达到设定值后，控制气液分离器的液体出口-排氢阀所在支路导通、排氢阀开启，以实现排氢阀的排水功能；以及，在排水结束后，控制气液分离器的气体出口-排氢阀所在支路导通，以实现排氢阀的短时排氢，直到识别电堆的尾排氢气浓度达到设定值后，关闭排氢阀。2.根据权利要求1所述的燃料电池用排氢阀控制系统，其特征在于，控制器执行如下程序以完成每一控制周期内排氢阀的控制功能：在燃料电池系统正常运行且排氢阀处于关闭状态时，定时识别当前工况下电堆的水生成量是否达到设定值，如果是，控制气液分离器的液体出口-排氢阀所在支路导通、排氢阀开启、气液分离器的气体出口-排氢阀所在支路关闭，控制比例阀开度增大，以实现排氢阀的排水功能，并执行下一步，否则，控制该排氢阀和比例阀保持开度不变；识别排水完毕后，控制比例阀开度增大，以通过气液分离器的液体出口-排氢阀所在支路实现排氢阀的排杂质功能，排出杂质气体；识别杂质气体排放完毕后，控制气液分离器的气体出口-排氢阀所在支路导通、气液分离器液体出口-排氢阀所在支路关闭，同时控制比例阀开度再次增大，以实现排氢阀的短时排氢气功能；识别电堆的尾排氢气浓度达到设定值后，控制排氢阀关闭。3.根据权利要求1或2所述的燃料电池用排氢阀控制系统，其特征在于，还包括第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀；其中，气液分离器的气体出口经第一电磁阀接氢循环装置的输入端，并经第二电磁阀接排氢阀，其液体出口经第三电磁阀接排氢阀；第一电磁阀，用于控制气液分离器的气体出口-氢循环装置所在支路的开启或关闭；第二电磁阀，用于控制气液分离器的气体出口-排氢阀所在支路的开启或关闭；第三电磁阀，用于控制气液分离器的液体出口-排氢阀所在支路的开启与关闭。4.根据权利要求3所述的燃料电池用排氢阀控制系统，其特征在于，控制器进一步执行如下程序完成识别当前工况下电堆的水生成量是否达到设定值的功能：获取当前工况下从排氢阀关闭时刻起燃料电池发动机的输出电流；对上述输出电流进行时间方向上的积分，得到当前工况下电堆的水生成量；识别当前工况下电堆的水生成量是否达到设定值。5.根据权利要求3所述的燃料电池用排氢阀控制系统，其特征在于，控制器进一步通过如下程序完成识别当前工况下电堆的水生成量是否达到设定值的功能：通过试验数据，得到不同工况下从排氢阀关闭时刻起到气液分离器液位达到高液位临界值的时间阈值；识别当前工况，获取当前工况对应的时间阈值；
识别当前工况下从排氢阀关闭时刻起的累积时间是否超过上述当前工况对应的时间阈值时，若是，判定当前工况下电堆的水生成量达到设定值，若否，判定当前工况下电堆的水生成量未达到设定值。6.根据权利要求3所述的燃料电池用排氢阀控制系统，其特征在于，控制器进一步通过如下程序完成识别当前工况下电堆的水生成量是否达到设定值的功能：获取当前工况下实测的燃料电池单电池平均电压；识别是否满足燃料电池单电池平均电压小于标称单电池平均电压减30mv；若是，判定当前工况下电堆的水生成量达到设定值，若否，执行下一步；获取当前工况下气液分离器内液位高度；识别当前工况下气液分离器内液位高度是否超过气液分离器可容纳的高液位临界值，若是，判定当前工况下电堆的水生成量达到设定值，若否，判定当前工况下电堆的水生成量未达到设定值。7.根据权利要求1、2、4、5、6任一项所述的燃料电池用排氢阀控制系统，其特征在于，控制器还执行如下程序：识别排氢阀开启后，控制比例阀的制度执行pid调节，以使入堆氢气压力快速恢复至目标设定值。8.根据权利要求1、2、4、5、6任一项所述的燃料电池用排氢阀控制系统，其特征在于，控制器执行如下程序完成识别电堆的尾排氢气浓度达到设定值的功能：监测比例阀开度；识别比例阀开度在一个排氢阀控制周期内，是否出现经历了开始排水是的第一次开度增大和开始排杂质气体时的第二次开度增大后又出现第三次开度增大的时刻，若是，判定电堆的尾排氢气浓度达到设定值，若否，判定电堆的尾排氢气浓度尚未达到设定值。9.根据权利要求1、2、4、5、6任一项所述的燃料电池用排氢阀控制系统，其特征在于，控制器执行如下程序完成识别电堆的尾排氢气浓度达到设定值的功能：获取燃料电池系统的尾排中设置的氢气浓度传感器数据或氢气流量计数据；识别上述数据中当前时刻的氢气浓度较前一时刻的氢气浓度的增大量是否超过设定值，或当前时刻的氢气流量较前一时刻的氢气流量的增大量是否超过设定值，若是，判定电堆的尾排氢气浓度达到设定值，若否，判定电堆的尾排氢气浓度尚未达到设定值。10.根据权利要求1、2、4、5、6任一项所述的燃料电池用排氢阀控制系统，其特征在于，控制器执行如下程序完成识别电堆的尾排氢气浓度达到设定值的功能：获取燃料电池系统的尾排中设置的氮气浓度传感器数据或氮气流量计数据；识别上述数据中当前时刻的氮气浓度较前一时刻的氮气浓度的减小量是否超过设定值，或当前时刻的氮气流量较前一时刻的氮气流量的减小量是否超过设定值，若是，判定电堆的尾排氢气浓度达到设定值，若否，判定电堆的尾排氢气浓度尚未达到设定值。

技术总结
本发明提供了一种燃料电池用排氢阀控制系统，属于燃料电池技术领域，解决了现有技术排氢阀关闭时间过早或过晚导致燃料电池性能下降、存在安全隐患的问题。该系统包括电堆、比例阀、排氢阀、气液分离器、氢循环装置、控制器。电堆的氢侧气体进口分别接比例阀、氢循环装置的输出端，其氢侧尾气出口接气液分离器的输入端。气液分离器的气体出口接氢循环装置的输入端，并接排氢阀，其液体出口接排氢阀。控制器，用于在一个控制周期内，燃料电池正常运行时识别当前工况下电堆的水生成量达到设定值后，控制排氢阀开启，以实现排水功能；以及，在排水结束后，控制气液分离器短时排氢，识别电堆的尾排氢气浓度达到设定值后，控制排氢阀关闭。控制排氢阀关闭。控制排氢阀关闭。


技术研发人员：朱川生
受保护的技术使用者：南京氢创能源科技有限公司
技术研发日：2023.08.30
技术公布日：2023/10/6