一种氢气循环系统及其控制方法

摘要

本发明提供一种氢气循环系统，包括氢气瓶、减压阀、电堆、氢气循环泵和氢气引射器，氢气瓶的输出端与减压阀的输入端相连通，减压阀的输出端与电堆的阳极入口相连通，电堆的阳极出口与氢气循环泵的输入端相连通，氢气循环泵的输出端分别与氢气引射器的输入端和第二管道相连通，氢气引射器的输出端与第二管道相连通，且第五管道上设有蝶阀。本发明的有益效果：本发明在氢气循环泵的输出端通过第四管道和第五管道分别与氢气引射器的输入端和第二管道相连通，当电堆小功率运行时，关闭蝶阀，使氢气引射器与氢气循环泵串联，从而可降低低流量下氢气引射器的消耗功率，提升系统净效率。

权利要求

1.一种氢气循环系统，其特征在于：包括氢气瓶、减压阀、电堆、氢气循环泵和氢气引射器，所述氢气瓶的输出端通过第一管道与所述减压阀的输入端相连通，所述减压阀的输出端通过第二管道与所述电堆的阳极入口相连通，所述电堆的阳极出口通过第三管道与所述氢气循环泵的输入端相连通，所述氢气循环泵的输出端通过第四管道和第五管道分别与所述氢气引射器的输入端和所述第二管道相连通，所述氢气引射器的输出端与所述第二管道相连通，且所述第五管道上设有蝶阀。

2.如权利要求1所述的一种氢气循环系统，其特征在于：所述第三管道上设有用于阻止氢气回流至所述电堆内的单向阀。

3.如权利要求1所述的一种氢气循环系统，其特征在于：所述第二管道上设有用于测量所述第二管道氢气流量的第一流量计，所述第三管道上设有用于测量所述第三管道氢气流量的第二流量计。

4.如权利要求1所述的一种氢气循环系统，其特征在于：所述减压阀为比例阀或氢气喷射器。

5.一种如权利要求3所述氢气循环系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、启动所述氢气循环系统，所述减压阀启动并向所述电堆输入氢气，所述电堆开始工作；

S2、所述第二流量计测量所述第三管道的氢气流量，若所述第三管道的氢气流量大于预设流量值，则打开所述蝶阀；否则继续保持所述蝶阀处于关闭状态；

S3、所述第一流量计测量所述第二管道的氢气流量，若所述第二管道的氢气流量小于目标流量值，则提升所述氢气循环泵的转速直至所述第二管道的氢气流量不小于目标流量值；否则继续保持所述氢气循环泵以当前转速运行。

说明书

一种氢气循环系统及其控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及氢燃料电池技术领域，尤其涉及一种氢气循环系统及其控制方法。

背景技术

[0002] 燃料电池系统由空气系统，氢气系统，热管理系统，电器系统等组成，其中空气系统通过增压与加湿，提供反应所需的阴极气体。氢气系统通过将氢气瓶提供的高压气体进
行减压提供反应所需的阳极气体。为了提高氢气利用率，同时均匀阳极氢气中废气的浓度
以提升电堆寿命，并对反应的气体进行加湿，需要将反应完成后过量的气体重新泵入氢气
入口进行反应。

[0003] 氢气入堆压力P1经过电堆后压力下降到P2，如果直接将P2连接至P1，由于P1处压力比P2高，氢气无法进行循环，因此需要加入氢气循环泵或者氢气引射器等设备，将出堆气
体加压至P3(大于P1)才能进行循环。

[0004] 一般大功率燃料电池系统选择将氢气循环泵与氢气引射器并联，采用小功率的氢气循环泵，低流量下氢气循环泵工作提供稳定的氢气循环量，高流量下循环泵与引射器一
起工作，实现小的氢气循环泵工作功率下的大循环量，然而在低流量情况下，氢气引射器基
本上无法使用，从而导致氢气循环效率无法达到最高。

发明内容

[0005] 有鉴于此，本发明的实施例提供了一种氢气循环系统及其控制方法。

[0006] 本发明的实施例提供一种氢气循环系统，包括氢气瓶、减压阀、电堆、氢气循环泵和氢气引射器，所述氢气瓶的输出端通过第一管道与所述减压阀的输入端相连通，所述减
压阀的输出端通过第二管道与所述电堆的阳极入口相连通，所述电堆的阳极出口通过第三
管道与所述氢气循环泵的输入端相连通，所述氢气循环泵的输出端通过第四管道和第五管
道分别与所述氢气引射器的输入端和所述第二管道相连通，所述氢气引射器的输出端与所
述第二管道相连通，且所述第五管道上设有蝶阀。

[0007] 进一步地，所述第三管道上设有用于阻止氢气回流至所述电堆内的单向阀。

[0008] 进一步地，所述第二管道上设有用于测量所述第二管道氢气流量的第一流量计，所述第三管道上设有用于测量所述第三管道氢气流量的第二流量计。

[0009] 进一步地，所述减压阀为比例阀或氢气喷射器。

[0010] 本发明的实施例还提供一种氢气循环系统的控制方法，包括以下步骤：

[0011] S1、启动所述氢气循环系统，所述减压阀启动并向所述电堆输入氢气，所述电堆开始工作；

[0012] S2、所述第二流量计测量所述第三管道的氢气流量，若所述第三管道的氢气流量大于预设流量值，则打开所述蝶阀；否则继续保持所述蝶阀处于关闭状态；

[0013] S3、所述第一流量计测量所述第二管道的氢气流量，若所述第二管道的氢气流量小于目标流量值，则提升所述氢气循环泵的转速直至所述第二管道的氢气流量不小于目标
流量值；否则继续保持所述氢气循环泵以当前转速运行。

[0014] 本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明的一种氢气循环系统在所述氢气循环泵的输出端通过所述第四管道和所述第五管道分别与所述氢气引射器的
输入端和所述第二管道相连通，当所述电堆小功率运行时，关闭所述蝶阀，使所述氢气引射
器与所述氢气循环泵串联，从而可降低低流量下所述氢气引射器的消耗功率，提升系统净
效率；当所述电堆需要大功率运行时，打开所述蝶阀，此时所述氢气循环泵与所述氢气引射
器同时工作以满足大流量下循环需求。

附图说明

[0015] 图1是本发明一种氢气循环系统的结构示意图。

[0016] 图2是本发明一种氢气循环系统的控制流程图。

[0017] 图3是本发明一种氢气循环系统的控制原理图。

[0018] 图中：1‑氢气瓶，2‑减压阀，3‑电堆，4‑氢气循环泵，5‑氢气引射器，6‑第一管道，7‑第二管道，8‑第三管道，9‑第四管道，10‑第五管道，11‑蝶阀，12‑单向阀，13‑第一流量计，
14‑第二流量计。

具体实施方式

[0019] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

[0020] 请参考图1，本发明的实施例提供了一种氢气循环系统，包括氢气瓶1、减压阀2、电堆3、氢气循环泵4和氢气引射器5。

[0021] 所述氢气瓶1的输出端通过第一管道6与所述减压阀2的输入端相连通，所述减压阀2的输出端通过第二管道7与所述电堆3的阳极入口相连通，本实施例中所述减压阀2为比
例阀或氢气喷射器，且所述第二管道7上设有用于测量所述第二管道7氢气流量的第一流量
计13，所述电堆3的阳极出口通过第三管道8与所述氢气循环泵4的输入端相连通，本实施例
中所述第三管道8上设有用于阻止氢气回流至所述电堆3内的单向阀12和用于测量所述第
三管道8氢气流量的第二流量计14。

[0022] 所述氢气循环泵4的输出端通过第四管道9和第五管道10分别与所述氢气引射器5的输入端和所述第二管道7相连通，所述氢气引射器5的输出端与所述第二管道7相连通，且
所述第五管道10上设有蝶阀11。

[0023] 请参考图2和图3，本发明的实施例还提供一种氢气循环系统的控制方法，包括以下步骤：

[0024] S1、启动所述氢气循环系统，所述减压阀2启动并向所述电堆3输入氢气，所述电堆3开始工作；

[0025] S2、所述第二流量计14测量所述第三管道8的氢气流量，若所述第三管道8的氢气流量大于预设流量值，则打开所述蝶阀11；否则继续保持所述蝶阀11处于关闭状态，本实施
例中所述预设流量值可根据所述电堆3实际的工作需要进行设定；

[0026] S3、所述第一流量计13测量所述第二管道7的氢气流量，若所述第二管道7的氢气流量小于目标流量值，则提升所述氢气循环泵4的转速直至所述第二管道7的氢气流量不小
于目标流量值；否则继续保持所述氢气循环泵4以当前转速运行，此时由所述氢气循环泵4
泵出的氢气与从所述减压阀2输出的氢气在所述第二管道7进行混合后再流入所述电堆3，
以实现氢气的循环使用，本实施例中所述目标流量值可根据所述电堆3实际的工作需要进
行设定。

[0027] 本发明的一种氢气循环系统在所述氢气循环泵4的输出端通过所述第四管道9和所述第五管道10分别与所述氢气引射器5的输入端和所述第二管道7相连通，当所述电堆3
小功率运行时，关闭所述蝶阀11，使所述氢气引射器5与所述氢气循环泵4串联，从而可降低
低流量下所述氢气引射器5的消耗功率，提升系统净效率；当所述电堆3需要大功率运行时，
打开所述蝶阀11，此时所述氢气循环泵4与所述氢气引射器5同时工作以满足大流量下循环
需求。

[0028] 在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词
的使用不应限制本申请请求保护的范围。

[0029] 在不冲突的情况下，本文中所述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

[0030] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。