一种车辆、燃料电池发动机系统及控制方法与流程

本发明涉及燃料电池发动机，尤其涉及一种车辆、燃料电池发动机系统及控制方法。

背景技术：

1、燃料电池发动机是一种通过氢气和氧气电化学反应产生电能的能量转换装置，与传统的发动机相比，燃料电池发动机具有更高的效率、更低的噪音、更少的污染等优点。

2、为提高燃料电池发动机的氢气利用率，通常采用阳极氢气循环利用的策略，但高温高湿的再循环阳极废气与输入处的新鲜、干燥和低温氢气混合时将形成液滴并进入阳极气体流动通道，导致通道被液滴堵塞，造成质子交换膜局部欠气，对单电池和电堆造成不可逆的永久性损伤。

3、现有解决方案采用氢气换热器对氢气进行加热，该部件无主动控制调节能力，无法根据电堆需求调节进堆氢气的温度，且氢气换热器需增加水路结构，系统复杂程度及成本均有所提升。

技术实现思路

1、本发明提供了一种车辆、燃料电池发动机系统及控制方法，可以降低燃料电池发动机系统的成本，也可以实现对进入电堆模块内的氢气的温度的控制。

2、根据本发明的一方面，提供了一种燃料电池发动机系统，该燃料电池发动机系统包括：电堆模块、空气供应子系统、氢气供应子系统和热管理子系统；

3、所述空气供应子系统用于为所述电堆模块提供空气；

4、所述氢气供应子系统用于为所述电堆模块提供氢气；

5、所述热管理子系统用于为所述电堆模块提供冷却液；

6、所述空气供应子系统包括进气通路和出气通路；所述进气通路包括依次连接的空气滤清器、第一管道、空气压缩机、第二管道、中冷器、第三管道、加湿器和第四管道，所述第四管道的输出端与所述电堆模块的空气入口端连接；所述出气通路包括依次连接的第五管道、所述加湿器和空气尾排管道，所述第五管道的输入端与所述电堆模块的空气排出端连接；

7、所述氢气供应子系统包括进氢通路、出氢通路和氢气循环泵；所述进氢通路包括依次连接的第一比例阀、第六管道、第二比例阀、第七管道、进氢截止阀、引射器和第八管道，所述第八管道的输出端与所述电堆模块的氢气入口端连接；所述进氢通路还包括第一旁通支路和第二旁通支路；所述第一旁通支路连接在所述第一比例阀的输入端与所述第二比例阀的输入端之间；所述第二旁通支路连接在所述第二比例阀的输入端和所述进氢截止阀的输入端之间；所述出氢通路包括分水器、排氢阀和排水阀，所述分水器的输入端与所述电堆模块的氢气出口端连接，所述分水器的第一输出端与所述排氢阀和所述氢气循环泵的输入端连接，所述分水器的第二输出端与所述排水阀连接；所述氢气循环泵的输出端与所述引射器连接；

8、所述空气尾排管道内的空气加热所述第六管道内的氢气；

9、所述第二管道内的空气加热所述第七管道内的氢气。

10、可选的，部分所述空气尾排管道与部分所述第六管道相邻且平行。

11、可选的，部分所述第二管道与部分所述第七管道相邻且平行。

12、可选的，所述空气尾排管道与所述第六管道相互平行的长度范围为2米~3米；

13、所述第二管道与所述第七管道相互平行的长度范围为2米~3米。

14、可选的，相互平行所述空气尾排管道与所述第六管道之间的间距大于0且小于55厘米；

15、相互平行所述第二管道与所述第七管道之间的间距大于0且小于55厘米。

16、可选的，本实施例提供的燃料电池发动机系统还包括第一保温单元和第二保温单元；

17、所述第一保温单元用于包裹相互平行所述空气尾排管道与所述第六管道；

18、所述第二保温单元用于包裹相互平行所述第二管道与所述第七管道。

19、可选的，本实施例提供的燃料电池发动机系统还包括控制模块；

20、所述热管理子系统包括第一温度传感器；

21、所述氢气供应子系统还包括第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器和第五压力传感器；

22、所述第一温度传感器用于检测的所述电堆模块的冷却液出口端的冷却液出电堆温度；

23、所述第二温度传感器用于检测的所述电堆模块的氢气进口端的氢气进电堆温度；

24、所述第三温度传感器用于检测的所述电堆模块的氢气出口端的氢气出电堆温度；

25、所述第四温度传感器用于检测所述进氢截止阀的输出端处的截止阀氢气温度；

26、所述第五压力传感器用于检测所述电堆模块的氢气出口端的氢气出电堆压力；

27、所述控制模块与所述第一比例阀、所述第二比例阀、所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述第三温度传感器、所述第四温度传感器、所述第五压力传感器电连接，所述控制模块用于控制所述第一比例阀的开度和所述第二比例阀的开度，以使所述氢气进电堆温度小于或等于所述冷却液出电堆温度，使所述氢气出电堆温度小于或等于所述截止阀氢气温度，使氢气进电堆温度在温度预设范围内，以及使所述氢气出电堆压力在压力预设范围内。

28、可选的，所述空气供应子系统还包括第一截止阀、第二截止阀、空气旁通支路和空气旁通阀；

29、所述第一截止阀连接在所述加湿器与所述电堆模块的空气入口端之间；

30、所述第二截止阀连接在所述加湿器与所述电堆模块的空气出口端之间；

31、所述空气旁通支路连接在所述中冷器的输出端与所述空气尾排管道之间；

32、所述空气旁通阀设置与所述空气旁通支路中；

33、所述氢气供应子系统还包括泄压阀和氢气尾排管道；

34、所述排氢阀的输出端和排水阀的输出端均与所述氢气尾排管道连接；

35、所述泄压阀连接在所述第八管道和所述氢气尾排管道之间。

36、根据本发明的另一方面，提供了一种燃料电池发动机系统的控制方法，所述控制方法应用于本发明任意实施例提供的燃料电池发动机系统中；

37、所述控制方法包括：

38、获取所述电堆模块的冷却液出口端的冷却液出电堆温度、所述电堆模块的氢气进口端的氢气进电堆温度、所述电堆模块的氢气出口端的氢气出电堆温度、所述进氢截止阀的输出端处的截止阀氢气温度以及所述电堆模块的氢气出口端的氢气出电堆压力；

39、控制所述第一比例阀的开度和所述第二比例阀的开度，以使所述氢气进电堆温度小于或等于所述冷却液出电堆温度，使所述氢气出电堆温度小于或等于所述截止阀氢气温度，使氢气进电堆温度在温度预设范围内，以及使所述氢气出电堆压力在压力预设范围内。

40、根据本发明的另一方面，提供了一种车辆，该车辆包括本发明任意实施例提供的燃料电池发动机系统。

41、本实施例提供了一种燃料电池发动机系统，该燃料电池发动机系统包括电堆模块、空气供应子系统、氢气供应子系统和热管理子系统。热管理子系统可以向电堆模块提供冷却液从而降低电堆模块内的温度。空气供应子系统可以向电堆模块提供空气，空气供应子系统中的第二管道的内空气温度和空气尾排管道内的空气温度均较高。本实施例设置第二管道内的空气加热氢气供应子系统中第七管道内的氢气，以及空气尾排管道内的空气加热氢气供应子系统中第六管道内的氢气，实现对进入电堆模块内的氢气进行加热的效果。其次，氢气供应子系统还包括连接在第一比例阀的输入端与第二比例阀的输入端之间的第一旁通支路以及连接在第二比例阀的输入端和引射器的输入端之间第二旁通支路，可以通过调节第一比例阀的开度调节第一旁通支路内的氢气量和第六管道内的氢气量，通过调节第二比例阀的开度调节第二旁通支路内的氢气量和第七管道内的氢气量，从而实现被高温空气加热的氢气量，最终实现对进入电堆模块内的氢气的温度的控制。综上，本实施例燃料电池发动机系统采用燃料电池发动机系统内产生的热量对进入电堆模块的氢气进行两次加热，无需通过额外的加热装置加热进入电堆模块内的氢气，从而可以降低燃料电池发动机系统的成本，也可以实现对进入电堆模块内的氢气的温度的控制。

42、应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。