一种燃料电池氢气循环控制方法、系统及电子设备与流程

本申请涉及燃料电池，具体涉及一种燃料电池氢气循环控制方法、系统及电子设备。

背景技术：

1、氢燃料电池是一种把氢气所具有的化学能直接转化电能的发电装置，因其具有能量转换效率高、产物水清洁无污染等优点，发展和应用前景广阔，在交通运输和能源领域愈发被重视。

2、氢燃料电池在实际运用中，需要将未参与反应的过量氢气加以循环利用，以提高氢气利用率，提升系统的经济性、稳定性和发电效率。目前，针对大功率燃料电池系统，常用的促进氢气循环利用的零部件为循环泵和引射器。

3、循环泵可进行主动控制，按工况要求精确控制氢气循环比，但噪音较大，使用寿命有限，且寄生功耗较大，严重影响系统的输出功率和功率密度。引射器无寄生功耗，由于没有复杂的运动件，结构上更加简单可靠，且不存在漏油风险，并且它的体积比较小，成本也比较低，但引射能力往往存在一个最佳区间段，常在燃料电池处于高负载时工作，当燃料电池在低负载运行时需求氢气流量较小，引射器引射性能较差，甚至不能发挥出引射能力，因而单用引射器难以满足全工况范围的使用需求，由于引射器无法进行主动控制，单用引射器难以主动调节氢气循环比，易出现循环比过大或过小，从而造成气体浪费或无法保证系统正常反应耗氢需求。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种燃料电池氢气循环控制方法、系统及电子设备，解决燃料电池单用循环泵对氢气循环利用而寄生功耗大、单用引射器对氢气循环利用难以主动调节氢气循环比的问题。

2、本申请解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、第一方面，提供一种燃料电池氢气循环控制方法，包括：采用并联设置的循环泵支路与引射器支路将氢气在电堆的出氢口与进氢口之间循环，采用供氢支路向进氢口补充氢气；获取进氢口处的湿度，当进氢口处的湿度大于设定值时，采用供氢支路向进氢口补充氢气，当进氢口处的湿度小于设定值时，增大循环泵的转速。

4、进一步的，电堆内未反应的过量氢气先从出氢口输送至水气分离器内进行气液分离，分离后的气体再从并联设置的循环泵支路与引射器支路输送至进氢口；当进氢口处的湿度小于设定值时，减小设置在水气分离器底部的排放阀的排放频次。

5、进一步的，还包括：获取循环泵进口与水气分离器出气腔的湿度，当循环泵进口处的湿度小于水气分离器出气腔内的湿度时，增大循环泵的转速。

6、进一步的，在引射器支路上设置单向阀以使气体从水气分离器向引射器流动；获取单向阀进口和出口的压力，当单向阀进口压力大于出口压力时，表明引射器发挥引射氢气作用，当单向阀进口压力小于或等于出口压力时，表明引射器未发挥引射氢气作用。

7、进一步的，还包括：计算管路系统中的氢气循环比，当氢气循环比满足设定值时，维持循环泵当前转速，当氢气循环比不满足设定值时，调整循环泵的转速。

8、第二方面，提供一种燃料电池氢气循环系统，包括电堆、循环泵、引射器和供氢支管；所述电堆的出氢口分别通过并列设置的所述循环泵和所述引射器与进氢总管连通，所述进氢总管与所述电堆的进氢口连通；所述供氢支管通过所述进氢总管与所述电堆的进氢口连通；所述出氢口与所述循环泵或所述引射器之间的管路上设置有第一压力传感器、第一温度传感器和第一湿度传感器；所述进氢总管上设置有第二压力传感器、第二温度传感器和第二湿度传感器。

9、进一步的，还包括水气分离器，所述出氢口通过出氢总管与所述水气分离器的进气口连通，所述水气分离器的出气腔分别与所述循环泵和所述引射器连通。

10、进一步的，所述第一湿度传感器包括两个，其中一个所述第一湿度传感器设置在所述水气分离器的出气腔，另一个所述第一湿度传感器设置在所述循环泵的进口处。

11、进一步的，所述水气分离器的出气腔与所述引射器的进口之间的管路上设置有使气体从所述水气分离器向所述引射器流动的单向阀。

12、第三方面，提供一种电子设备，包括存储器和处理器；所述存储器存储有所述处理器可执行的指令；所述处理器被配置为执行所述指令时，使得所述电子设备实现第一方面提供的燃料电池氢气循环控制方法。

13、本申请的有益效果：

14、1、本申请采用并联设置的循环泵和引射器对氢气进行循环利用，可兼顾循环泵和引射器的优点，利用引射器弥补单用循环泵对氢气循环利用而寄生功耗大的缺点，利用循环泵弥补单用引射器对氢气循环利用难以主动调节氢气循环比和低载荷工况下引射能力不足的缺点。

15、2、本申请采用供氢支路可向电堆补充氢气，可弥补大功率系统中引射器供氢流量可能不足的缺陷；通过获取进氢口处的湿度，当进氢口处的湿度大于设定值时，利用供氢支路向进氢口补充干氢气以降低氢气入堆湿度，当进氢口处的湿度小于设定值时，增大循环泵的转速或减小排放阀的排放频次以增大氢气入堆湿度，由此可使氢气入堆湿度保持在设定范围内，实现对氢气入堆湿度的精准控制。

16、3、本申请通过获取循环泵进口与水气分离器出气腔的湿度，当循环泵进口处的湿度小于水气分离器出气腔内的湿度时，增大循环泵的转速，这样可防止气体在循环泵支路中出现倒流的现象；通过在引射器支路上设置单向阀，可防止气体在引射器支路出现倒流的现象；通过获取单向阀进口和出口的压力，可判断单向阀是否处于打开状态，进而判断引射器是否发挥引射氢气的作用。

17、4、本申请通过计算燃料电池系统的氢气循环比，当氢气循环比不满足设定值时，调整循环泵转速直至氢气循环比满足设定值，由此可实现氢气循环比始终保持在设定范围内，保证系统平稳运行。

技术特征：

1.一种燃料电池氢气循环控制方法，其特征在于，包括：采用并联设置的循环泵支路与引射器支路将氢气在电堆的出氢口与进氢口之间循环，采用供氢支路向进氢口补充氢气；获取进氢口处的湿度，当进氢口处的湿度大于设定值时，采用供氢支路向进氢口补充氢气，当进氢口处的湿度小于设定值时，增大循环泵的转速。

2.根据权利要求1所述的燃料电池氢气循环控制方法，其特征在于，电堆内未反应的过量氢气先从出氢口输送至水气分离器内进行气液分离，分离后的气体再从并联设置的循环泵支路与引射器支路输送至进氢口；当进氢口处的湿度小于设定值时，减小设置在水气分离器底部的排放阀的排放频次。

3.根据权利要求2所述的燃料电池氢气循环控制方法，其特征在于，还包括：获取循环泵进口与水气分离器出气腔的湿度，当循环泵进口处的湿度小于水气分离器出气腔内的湿度时，增大循环泵的转速。

4.根据权利要求2所述的燃料电池氢气循环控制方法，其特征在于，在引射器支路上设置单向阀以使气体从水气分离器向引射器流动；获取单向阀进口和出口的压力，当单向阀进口压力大于出口压力时，表明引射器发挥引射氢气作用，当单向阀进口压力小于或等于出口压力时，表明引射器未发挥引射氢气作用。

5.根据权利要求1所述的燃料电池氢气循环控制方法，其特征在于，还包括：计算管路系统中的氢气循环比，当氢气循环比满足设定值时，维持循环泵当前转速，当氢气循环比不满足设定值时，调整循环泵的转速。

6.一种燃料电池氢气循环系统，其特征在于，包括电堆(10)、循环泵(12)、引射器(13)和供氢支管(22)；所述电堆(10)的出氢口(101)分别通过并列设置的所述循环泵(12)和所述引射器(13)与进氢总管(25)连通，所述进氢总管(25)与所述电堆(10)的进氢口(102)连通；所述供氢支管(22)通过所述进氢总管(25)与所述电堆(10)的进氢口(102)连通；

7.根据权利要求6所述的燃料电池氢气循环系统，其特征在于，还包括水气分离器(11)，所述出氢口(101)通过出氢总管(24)与所述水气分离器(11)的进气口连通，所述水气分离器(11)的出气腔分别与所述循环泵(12)和所述引射器(13)连通。

8.根据权利要求7所述的燃料电池氢气循环系统，其特征在于，所述第一湿度传感器(16)包括两个，其中一个所述第一湿度传感器(16)设置在所述水气分离器(11)的出气腔，另一个所述第一湿度传感器(16)设置在所述循环泵(12)的进口处。

9.根据权利要求7所述的燃料电池氢气循环系统，其特征在于，所述水气分离器(11)的出气腔与所述引射器(13)的进口之间的管路上设置有使气体从所述水气分离器(11)向所述引射器(13)流动的单向阀(20)。

10.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器；

技术总结本申请公开了一种燃料电池氢气循环控制方法、系统及电子设备，涉及燃料电池技术领域。该燃料电池氢气循环控制方法，包括：采用并联设置的循环泵支路与引射器支路将氢气在电堆的出氢口与进氢口之间循环，采用供氢支路向进氢口补充氢气；获取进氢口处的湿度，当进氢口处的湿度大于设定值时，采用供氢支路向进氢口补充氢气，当进氢口处的湿度小于设定值时，增大循环泵的转速。本申请采用并联设置的循环泵和引射器对氢气进行循环利用，可兼顾循环泵和引射器的优点，利用引射器弥补单用循环泵对氢气循环利用而寄生功耗大的缺点，利用循环泵弥补单用引射器对氢气循环利用难以主动调节氢气循环比和低载荷工况下引射能力不足的缺点。技术研发人员：魏小童,孔红兵,朱鼎,刘煜,胡军受保护的技术使用者：东方电气（成都）氢能科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/27