燃料電池車供氫系統(tǒng)停止工作時(shí)的氫管理方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種燃料電池車供氫系統(tǒng)停止工作時(shí)的氫管理方法，所述供氫系統(tǒng)包括氫氣瓶和供氫管路，氫氣瓶通過供氫管路向電池電堆供氫氣，所述氫氣瓶和電池電堆之間的供氫管路上依次連接有組合閥、溢流閥、減壓閥、二級(jí)減壓器和電堆入口電磁閥，所述組合閥包括用于氫氣瓶氫氣通斷的氫氣瓶電磁閥，當(dāng)供氫系統(tǒng)工作時(shí)，氫氣從氫氣瓶出來、依次經(jīng)氫氣瓶電磁閥、溢流閥、減壓閥、二級(jí)減壓器、電堆入口電磁閥，最后進(jìn)入電池電堆，當(dāng)供氫系統(tǒng)停止工作時(shí)，首先關(guān)閉氫氣瓶電磁閥，2s至3s后關(guān)閉電堆入口電磁閥。該氫管理方法將供氫系統(tǒng)的管路中氣體壓力降至較低水平，減小系統(tǒng)安全隱患。
【專利說明】燃料電池車供氫系統(tǒng)停止工作時(shí)的氫管理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種燃料電池車供氫系統(tǒng)停止工作時(shí)的氫管理方法，屬燃料電池車【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]燃料電池車是電動(dòng)汽車的一種，燃料電池是通過電化學(xué)反應(yīng)在不發(fā)生燃燒的情況下將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的裝置，燃料電池的化學(xué)反應(yīng)不會(huì)產(chǎn)生有害產(chǎn)物，因此燃料電池車是無污染汽車，并且燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率比內(nèi)燃機(jī)要高廣3倍。在燃料電池中，包括燃料電池組件(其中堆疊有多個(gè)單元電池)和其他周邊元件的燃料電池堆產(chǎn)生電，氫提供給陽(yáng)極作為燃料氣，氧提供給陰極作為氧化劑。
[0003]在燃料電池交通工具中，安裝有儲(chǔ)氫罐，用于存儲(chǔ)從燃料電池車外部的加氫裝置為儲(chǔ)氫罐補(bǔ)給氫氣，儲(chǔ)氫罐向電池電堆提供用以電化學(xué)反應(yīng)的氫氣，儲(chǔ)氫罐和電池電堆之間通過連接管路連接，連接管路上設(shè)有各種閥。
[0004]燃料電池汽車是以氫氣代替?zhèn)鹘y(tǒng)石油作為動(dòng)力能源的車輛，利用氫氧反應(yīng)在催化劑的作用下高效地放出能量和產(chǎn)出大量的水，對(duì)環(huán)境實(shí)現(xiàn)零污染、零排放，是一種非常符合可持續(xù)發(fā)展理念的理想交通工具。然而，在燃料電池系統(tǒng)中，作為能量載體的氫氣由于其易燃、易爆及強(qiáng)滲透等特殊性，一個(gè)合理的氫氣供給方案勢(shì)在必行。尤其在燃料電池系統(tǒng)關(guān)閉過程中，極易出現(xiàn)氫氣供給余量過大而出現(xiàn)壓力漂高等現(xiàn)象，從而需要對(duì)管道殘余氫氣進(jìn)行排放，不僅浪費(fèi)了氫氣，也存在一定安全隱患。
[0005]燃料電池車供氫系統(tǒng)包括氫氣瓶和供氫管路，氫氣瓶通過供氫管路向電池電堆供氫氣，在傳統(tǒng)燃料電池車供氫系統(tǒng)關(guān)閉過程中，通常是同時(shí)關(guān)閉氫氣瓶近端的氫氣瓶電磁閥、電池電堆近端的電堆電磁閥，此時(shí)由于氫氣瓶電磁閥和電堆電磁閥之間的管路中還殘余一定量氫氣，這樣會(huì)使燃料電池供車氫系統(tǒng)管道中殘余的氫氣在下次供氫系統(tǒng)工作時(shí)產(chǎn)生壓力脈動(dòng)，尤其當(dāng)其供給流量較小時(shí)，壓力值會(huì)出現(xiàn)明顯漂高，影響電池工作性能。而對(duì)管路中氫氣進(jìn)行排放不僅增加成本，同時(shí)存在安全隱患。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種燃料電池車供氫系統(tǒng)停止工作時(shí)的氫管理方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中氫氣瓶電磁閥與電堆電磁閥同時(shí)關(guān)閉而導(dǎo)致供氫系統(tǒng)的管路中氫氣壓力過大的問題。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種燃料電池車供氫系統(tǒng)停止工作時(shí)的氫管理方法，所述供氫系統(tǒng)包括氫氣瓶和供氫管路，氫氣瓶通過供氫管路向電池電堆供氫氣，所述氫氣瓶和電池電堆之間的供氫管路上依次連接有組合閥、溢流閥、減壓閥、二級(jí)減壓器和電堆入口電磁閥，所述組合閥包括用于氫氣瓶氫氣通斷的氫氣瓶電磁閥，當(dāng)供氫系統(tǒng)工作時(shí)，氫氣從氫氣瓶出來、依次經(jīng)氫氣瓶電磁閥、溢流閥、減壓閥、二級(jí)減壓器、電堆入口電磁閥,最后進(jìn)入電池電堆，當(dāng)供氫系統(tǒng)停止工作時(shí),首先關(guān)閉氫氣瓶電磁閥,2s至3s后關(guān)閉電堆入口電磁閥。
[0008]優(yōu)選地，氫氣瓶中的氫氣通過加氫裝置進(jìn)行充氣，所述加氫裝置和氫氣瓶之間的管路上依次連接有充氣閥、單向閥、過濾器、所述溢流閥、所述組合閥。
[0009]優(yōu)選地，所述組合閥與一高壓壓力傳感器相連，所述減壓閥與一低壓壓力傳感器相連。
[0010]優(yōu)選地，所述減壓閥的低壓氫氣出口處還引出一條排空管路，所述排空管路上依次連接有針閥和排空接頭，針閥打開時(shí)，減壓閥前后的供氫管路中的氫氣經(jīng)針閥后從排空接頭排出。
[0011]優(yōu)選地，所述氫氣瓶為第一氫氣瓶和第二氫氣瓶?jī)蓚€(gè)，所述組合閥為第一組合閥和第二組合閥兩個(gè)，所述第一組合閥包括第一氫氣瓶電磁閥，所述第二組合閥包括第二氫氣瓶電磁閥，所述溢流閥為第一溢流閥和第二溢流閥兩個(gè)，第一氫氣瓶的氫氣出來依次經(jīng)第一氫氣瓶電磁閥、第一溢流閥后進(jìn)入所述減壓閥，第二氫氣瓶的氫氣出來依次經(jīng)第二氫氣瓶電磁閥、第二溢流閥后進(jìn)入所述減壓閥。
[0012]如上所述，本發(fā)明的燃料電池車供氫系統(tǒng)停止工作時(shí)的氫管理方法，將供氫系統(tǒng)的管路中氣體壓力降至較低水平，減小系統(tǒng)安全隱患。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1顯示為本發(fā)明燃料電池車供氫系統(tǒng)的示意圖。
[0014]圖2顯示為采用本發(fā)明燃料電池車供氫系統(tǒng)停止工作時(shí)的氫管理方法的時(shí)間延遲控制示意圖。
[0015]圖中標(biāo)號(hào)說明
[0016]I 充氣閥2單向閥
[0017]3 過濾器4第一組合閥
[0018]5 第二組合閥6第一氫氣瓶
[0019]7 第二氫氣瓶8第一溢流閥
[0020]9 減壓閥10高壓壓力傳感器
[0021]11 低壓壓力傳感器12針閥
[0022]13 安全閥14排空接頭
[0023]15 第二溢流閥16二級(jí)減壓器
[0024]17 電堆入口電磁閥18電池電堆
【具體實(shí)施方式】
[0025]以下由特定的具體實(shí)施例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，熟悉此技術(shù)的人士可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)及功效。
[0026]請(qǐng)參閱圖1至圖2。須知，本說明書所附圖式所繪示的結(jié)構(gòu)、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內(nèi)容，以供熟悉此技術(shù)的人士了解與閱讀，并非用以限定本發(fā)明可實(shí)施的限定條件，故不具技術(shù)上的實(shí)質(zhì)意義，任何結(jié)構(gòu)的修飾、比例關(guān)系的改變或大小的調(diào)整，在不影響本發(fā)明所能產(chǎn)生的功效及所能達(dá)成的目的下，均應(yīng)仍落在本發(fā)明所揭示的技術(shù)內(nèi)容得能涵蓋的范圍內(nèi)。同時(shí)，本說明書中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”及“一”等的用語(yǔ)，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本發(fā)明可實(shí)施的范圍，其相對(duì)關(guān)系的改變或調(diào)整，在無實(shí)質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容下，當(dāng)亦視為本發(fā)明可實(shí)施的范疇。
[0027]本發(fā)明提供一種燃料電池車供氫系統(tǒng)，該供氫系統(tǒng)包括氫氣瓶和供氫管路，氫氣瓶通過供氫管路向電池電堆18供氫氣,氫氣瓶為第一氫氣瓶6和第二氫氣瓶7兩個(gè),第一氫氣瓶6和電池電堆18之間的供氫管路上依次設(shè)有第一組合閥4、第一溢流閥8、減壓閥
9、二級(jí)減壓器16和電堆入口電磁閥17，第二氫氣瓶7和電池電堆18之間的供氫管路上依次設(shè)有第二組合閥5、第二溢流閥15、減壓閥9、二級(jí)減壓器16和電堆入口電磁閥17，第一組合閥4包括用于第一氫氣瓶6氫氣通斷的第一氫氣瓶電磁閥,第二組合閥5包括用于第二氫氣瓶7氫氣通斷的第二氫氣瓶電磁閥，當(dāng)供氫系統(tǒng)工作時(shí)，第一氫氣瓶6的氫氣出來、依次經(jīng)第一氫氣瓶電磁閥、第一溢流閥8、減壓閥9、二級(jí)減壓器16、電堆入口電磁閥17，最后進(jìn)入電池電堆18,第二氫氣瓶7的氫氣出來、依次經(jīng)第二氫氣瓶電磁閥、第二溢流閥15、減壓閥9、二級(jí)減壓器16、電堆入口電磁閥17，最后進(jìn)入電池電堆18，兩個(gè)氫氣瓶的氫氣在經(jīng)過各自的溢流閥后匯合到同一管路上，當(dāng)供氫系統(tǒng)關(guān)閉時(shí)，首先關(guān)閉第一氫氣瓶電磁閥和第二氫氣瓶電磁閥，2s至3s后當(dāng)供氫管路上的氫氣消耗差不多時(shí)，關(guān)閉電堆入口電磁閥17。
[0028]優(yōu)選地,第一氫氣瓶6和第二氫氣瓶7中的氫氣通過加氫裝置進(jìn)行充氣,該加氫裝置和第一氫氣瓶6之間的管路上依次連接有充氣閥1、單向閥2、過濾器3、所述溢流閥8、所述組合閥4，該加氫裝置和第二氫氣瓶7之間的管路上依次設(shè)有所述充氣閥1、所述單向閥
2、過濾器3、所述溢流閥15、所述組合閥5。
[0029]如圖1所示，第二組合閥5與一高壓壓力傳感器10相連，減壓閥9與一低壓壓力傳感器11相連。
[0030]如圖1所示，所述減壓閥9的低壓氫氣出口處還引出一條排空管路，所述排空管路上依次連接有針閥12和排空接頭14，針閥12打開時(shí)，減壓閥9前后的供氫管路中的氫氣經(jīng)針閥12后從排空接頭14排出，即當(dāng)針閥12打開時(shí)，從減壓閥9的高壓氫氣入口處進(jìn)入的高壓氫氣從減壓閥9的低壓氫氣出口處出來，經(jīng)針閥12從排空接頭14處排出，并且減壓閥9和電池電堆18之間管路內(nèi)已有的氫氣，也不再進(jìn)入電池電堆18，而反向進(jìn)入排空管路，經(jīng)針閥12從排空接頭14中排出。
[0031 ] 如圖1所示，在減壓閥9和二級(jí)減壓器16之間的供氫管路上還弓丨出另一條安全管路，在此安全管路上連接有安全閥13，當(dāng)減壓閥9和二級(jí)減壓器16之間的供氫管路中氫氣的壓力達(dá)到設(shè)定值如25Bar時(shí)，安全閥13打開，該管路中的氫氣從安全閥13出來釋放。
[0032]以附圖3所示包括兩個(gè)用于對(duì)電池電堆供氫的電磁閥為例，供氫系統(tǒng)的管路主要分為加注管路，供氫管路，排空管路。燃料電池汽車進(jìn)行氫氣加注時(shí)，需要將充氣閥I連接加氫裝置，高壓氫氣流經(jīng)單向閥2和過濾器3，單向閥2起到充氣單向控制作用，過濾器3起到過濾高壓氫氣里的雜質(zhì)的作用，此后，高壓氫氣一路經(jīng)第一溢流閥8，第一組合閥4對(duì)第一氫氣瓶6 (28L的氫氣瓶)進(jìn)行充氣，另一路經(jīng)第二溢流閥15、第二組合閥5對(duì)第二氫氣瓶7 (74L的氫氣瓶)進(jìn)行充氣，在此過程中，第一溢流閥8和第二溢流閥15對(duì)氣體流量無限制，并且在此過程中，高壓壓力傳感器10起到充氣過程的監(jiān)測(cè)作用，充氣的壓力達(dá)到額定壓力時(shí)，即可停止充氣；在燃料電池汽車運(yùn)行對(duì)電池電堆供氫時(shí)，針閥12關(guān)閉,第一氫氣瓶6內(nèi)的高壓氫氣通過第一組合閥4、第一溢流閥8進(jìn)入減壓閥9，第二氫氣瓶7內(nèi)的高壓氫氣通過第二組合閥5、第二溢流閥15進(jìn)入減壓閥9，即高壓氫氣從減壓閥9高壓氫氣入口進(jìn)入減壓閥9從減壓閥9的低壓氫氣出口出來，然后進(jìn)入二級(jí)減壓器16進(jìn)行再次減壓，之后較低壓力的氫氣通過電堆入口電磁閥17進(jìn)入燃料電池電堆18進(jìn)行反應(yīng)，在此過程中，第一溢流閥8和第二溢流閥15會(huì)限制供氫過程中供氫管路氫氣的流量，當(dāng)流量過大時(shí)，第一溢流閥8和第二溢流閥15內(nèi)部孔徑減小限制流量，當(dāng)流量較小時(shí)候，第一溢流閥8和第二溢流閥15內(nèi)部孔徑變大加大流量；在燃料電池汽車檢修的時(shí)候，需要將供氫管路里面的氫氣釋放，此時(shí)需要使用排空管路，先將第一氫氣瓶電磁閥和第二氫氣瓶電磁閥關(guān)閉，然后將針閥12打開，從減壓閥9出來的氫氣經(jīng)針閥12，排空接頭14排出，并且減壓閥9和電池電堆18之間管路內(nèi)已有的氫氣，也不再進(jìn)入電池電堆18，而反向進(jìn)入排空管路，經(jīng)針閥12從排空接頭14中排出。安全閥13在整個(gè)過程中起到管路壓力保護(hù)作用，當(dāng)供氫系統(tǒng)管路中氫氣壓力過高時(shí)，安全閥打開釋放氫氣，降低壓力。
[0033]圖2顯示了本發(fā)明燃料電池車供氫系統(tǒng)在停止工作時(shí)的時(shí)間動(dòng)作，在tl時(shí)刻，燃料電池汽車關(guān)機(jī)，第一氫氣瓶電磁閥和第二氫氣瓶電磁閥立即關(guān)閉，供氫管路中無氫氣流入,此時(shí)，電堆入口電磁閥17保持開啟狀態(tài)，供氫管路中殘余的氫氣進(jìn)入電池電堆18進(jìn)行反應(yīng)，經(jīng)過2?3s后，到達(dá)t2時(shí)刻，供氫管路中殘余的氫氣消耗到較低壓力值，此時(shí)關(guān)閉電堆入口電池閥17，無氫氣進(jìn)入電池電堆18，而電堆排氣閥保持開啟狀態(tài)，將電堆中的殘余氫氣，水蒸氣，空氣持續(xù)排出電堆，到達(dá)t3時(shí)刻，電堆中的殘余氣體排除干凈，關(guān)閉電堆排氣閥，完成整個(gè)關(guān)機(jī)過程。
[0034]本發(fā)明的在燃料電池車供氫系統(tǒng)中，當(dāng)需要停止工作時(shí)，首先關(guān)閉第一氫氣瓶電磁閥和第二氫氣瓶電磁閥，2?3s后或當(dāng)供氫管路中過量余氫被電池電堆18消耗完后，關(guān)閉電堆入口電磁閥17，整個(gè)供氫系統(tǒng)停止供氫，這樣就消除了供氫管路中殘余氫氣的影響，供氫管路壓力通過高壓壓力傳感器10和低壓壓力傳感器11來檢測(cè)，該過程中針閥12保持關(guān)閉狀態(tài)，針閥12只是當(dāng)需要排空供氫管路中的氫氣時(shí)，才打開。
[0035]綜上所述，本發(fā)明從控制策略上，對(duì)燃料電池車供氫系統(tǒng)停止工作時(shí)的氫管理方法進(jìn)行控制優(yōu)化，將氫氣瓶電磁閥與電堆入口電磁閥分時(shí)段關(guān)閉，解決傳統(tǒng)上將氫氣瓶電磁閥與電堆電磁閥同時(shí)關(guān)閉而導(dǎo)致供氫系統(tǒng)的管路中氫氣壓力過大的問題，本發(fā)明的方法將供氫系統(tǒng)的管路中氣體壓力降至較低水平，減小系統(tǒng)安全隱患，同時(shí)降低了停車期間減壓器由于管路壓力造成的額外負(fù)荷，延長(zhǎng)減壓器工作壽命；也不需要對(duì)氫氣進(jìn)行安全排放，便減少了尾排氫含量，提高氫能源利用率，并抑制下次開機(jī)后電池電堆入口的壓力脈動(dòng)，大大提高了電池的工作性能以及工作效率，具備較高的可操作性以及實(shí)用性。
[0036]上述實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1.一種燃料電池車供氫系統(tǒng)停止工作時(shí)的氫管理方法，所述供氫系統(tǒng)包括氫氣瓶和供氫管路，氫氣瓶通過供氫管路向電池電堆供氫氣，其特征在于，所述氫氣瓶和電池電堆之間的供氫管路上依次連接有組合閥、溢流閥、減壓閥、二級(jí)減壓器和電堆入口電磁閥，所述組合閥包括用于氫氣瓶氫氣通斷的氫氣瓶電磁閥，當(dāng)供氫系統(tǒng)工作時(shí)，氫氣從氫氣瓶出來、依次經(jīng)氫氣瓶電磁閥、溢流閥、減壓閥、二級(jí)減壓器、電堆入口電磁閥，最后進(jìn)入電池電堆，當(dāng)供氫系統(tǒng)停止工作時(shí)，首先關(guān)閉氫氣瓶電磁閥，2s至3s后關(guān)閉電堆入口電磁閥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池車供氫系統(tǒng)停止工作時(shí)的氫管理方法，其特征在于，氫氣瓶中的氫氣通過加氫裝置進(jìn)行充氣，所述加氫裝置和氫氣瓶之間的管路上依次連接有充氣閥、單向閥、過濾器、所述溢流閥、所述組合閥。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池車供氫系統(tǒng)停止工作時(shí)的氫管理方法，其特征在于，所述組合閥與一高壓壓力傳感器相連，所述減壓閥與一低壓壓力傳感器相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述燃料電池車供氫系統(tǒng)停止工作時(shí)的氫管理方法，其特征在于，所述減壓閥的低壓氫氣出口處還引出一條排空管路，所述排空管路上依次連接有針閥和排空接頭，針閥打開時(shí)，減壓閥前后的供氫管路中的氫氣經(jīng)針閥后從排空接頭排出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池車供氫系統(tǒng)停止工作時(shí)的氫管理方法，其特征在于，所述氫氣瓶為第一氫氣瓶和第二氫氣瓶?jī)蓚€(gè)，所述組合閥為第一組合閥和第二組合閥兩個(gè)，所述第一組合閥包括第一氫氣瓶電磁閥，所述第二組合閥包括第二氫氣瓶電磁閥，所述溢流閥為第一溢流閥和第二溢流閥兩個(gè)，第一氫氣瓶的氫氣出來依次經(jīng)第一氫氣瓶電磁閥、第一溢流閥后進(jìn)入所述減壓閥，第二氫氣瓶的氫氣出來依次經(jīng)第二氫氣瓶電磁閥、第二溢流閥后進(jìn)入所述減壓閥。
【文檔編號(hào)】H01M8/04GK103682396SQ201210328210
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2012年9月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月6日
【發(fā)明者】何雍, 吳兵, 王丙龍, 林琦, 陳沛, 李亞超 申請(qǐng)人:上海汽車集團(tuán)股份有限公司