本發(fā)明涉及燃料電池電堆的，特別涉及一種燃料電池電堆的氫氣供給系統(tǒng)及控制方法。
背景技術：
1、燃料電池電堆在設定氫氣入口壓力時，需在多個目標之間取得平衡：為保障反應物充分供應并有效排出液態(tài)水，需維持較高壓力，以促進氣體擴散、均勻分配并推動液態(tài)水排出；而為了降低氫滲透、減少壓縮儲氫瓶內氫氣至工作壓力所需的能耗，并盡量控制氫氣泄漏風險，則需采用較低的入口壓力。現(xiàn)行方案通常采取折中策略，設定一個固定的目標壓力值（例如較低水平，約50kpa）。該設定雖可基本兼顧上述關鍵功能需求，但在車載儲氫瓶壓力有限的條件下，維持該壓力仍會導致顯著的壓縮能耗，且無法完全避免隨之而來的泄漏和氫氣穿膜風險。
技術實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術中存在的技術問題之一。為此，本發(fā)明提供了一種燃料電池電堆的氫氣供給系統(tǒng)及控制方法。
2、根據(jù)本發(fā)明實施例第一方面的一種燃料電池電堆的氫氣供給系統(tǒng)，包括：
3、供氣主路，包括依次連接的高壓氫氣源和供氣減壓閥，所述供氣減壓閥的出口與燃料電池電堆的氫氣進口連接，所述供氣減壓閥被配置為將來自所述高壓氫氣源的高壓氫氣減壓至第一預設氣壓，并為所述燃料電池電堆補充消耗的氫氣；
4、供氣支路，包括依次連接的儲氫單元和供氣控制閥，所述儲氫單元的進口與所述高壓氫氣源連接，所述儲氫單元被配置為接收并儲存來自所述高壓氫氣源的氫氣，所述供氣控制閥的出口與所述燃料電池電堆的氫氣進口連接，所述供氣控制閥被配置為當所述儲氫單元內的實時氫氣壓力達到第二預設氣壓后，所述供氣控制閥按照預設周期與預設開啟時間循環(huán)打開，其中，所述第二預設氣壓大于所述第一預設氣壓；
5、排氣支路，包括與所述燃料電池電堆的氫氣出口連接的排氣控制閥，所述排氣控制閥被配置為與所述供氣控制閥同步開閉。
6、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述供氣支路還包括安裝于所述儲氫單元與所述高壓氫氣源之間的質量流量控制器，所述質量流量控制器被配置為控制所述儲氫單元內的氫氣壓力。
7、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述高壓氫氣源的出口安裝有總控制閥，所述總控制閥分別與所述質量流量控制器的進口和所述供氣減壓閥的進口連接。
8、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述總控制閥的出口、所述質量流量控制器的進口和所述供氣減壓閥的進口之間連接有三通閥。
9、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述供氣控制閥為供氣電磁閥，所述供氣電磁閥被配置為根據(jù)所述質量流量控制器的開度或流量，計算出所述儲氫單元內的實時氫氣壓力，當所述實時氫氣壓力達到第二預設氣壓后，所述供氣電磁閥即按照預設周期與預設開啟時間循環(huán)打開。
10、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述供氣控制閥為供氣限壓閥，所述供氣限壓閥的開啟壓力值設定為所述第二預設氣壓，所述供氣限壓閥被配置為當所述儲氫單元內的實時氫氣壓力達到所述開啟壓力值后自動打開。
11、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述排氣控制閥為排氣電磁閥，所述排氣電磁閥與所述供氣控制閥通過開閉信號聯(lián)動，從而實現(xiàn)二者閥門動作的同步控制。
12、根據(jù)本發(fā)明實施例第二方面的一種燃料電池電堆氫氣供給的控制方法，適用于所述的氫氣供給系統(tǒng)，所述控制方法包括：
13、控制所述供氣減壓閥將來自所述高壓氫氣源的高壓氫氣減壓至第一預設氣壓，并為所述燃料電池電堆補充消耗的氫氣；
14、控制所述儲氫單元接收并儲存來自所述高壓氫氣源的氫氣；
15、當所述儲氫單元內的實時氫氣壓力達到第二預設氣壓后，控制所述供氣控制閥和所述排氣控制閥按照預設周期與預設開啟時間循環(huán)同步打開，其中，所述第二預設氣壓大于所述第一預設氣壓。
16、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述控制方法還包括：
17、根據(jù)所述質量流量控制器的開度或流量，計算出所述儲氫單元內的實時氫氣壓力。
18、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述控制方法還包括：將所述供氣限壓閥的開啟壓力值設定為所述第二預設氣壓，當所述儲氫單元內的實時氫氣壓力達到所述開啟壓力值時，所述供氣限壓閥將自動打開。
19、根據(jù)本發(fā)明至少具有如下有益效果：
20、在常態(tài)下，本發(fā)明通過供氣減壓閥將來自高壓氫氣源的氫氣減壓至第一預設氣壓，為燃料電池電堆持續(xù)補充消耗的氫氣。此時，供氣控制閥與排氣控制閥處于關閉狀態(tài)，儲氫單元則持續(xù)接收并儲存來自高壓氫氣源的氫氣。當儲氫單元內的實時氫氣壓力達到第二預設氣壓后，系統(tǒng)進入?yún)f(xié)同工作階段：供氣控制閥按預設周期與預設開啟時間循環(huán)打開，排氣控制閥與之同步開閉。該聯(lián)動機制增大了氫氣流動壓差，促使燃料電池電堆內實現(xiàn)氫氣的快速補充與液態(tài)水的快速排出。
21、本發(fā)明通過供氣支路與排氣支路的配合，系統(tǒng)有效降低了供氣主路中供氣減壓閥后的氫氣壓力。此時，主路氫氣僅需承擔電堆緩慢消耗的氫氣補給，從而大幅縮短了燃料電池電堆在高壓氫氣下的運行時間。盡管高壓氫氣通入時間較短，系統(tǒng)仍能高效完成氫氣供給與液態(tài)水排出任務。并且該工作模式顯著降低了電堆持續(xù)承受的氫氣入口工作壓力，不僅提升了系統(tǒng)安全性與耐久性，還有效減少了氫氣泄漏與向陰極滲透的風險。同時，系統(tǒng)大幅降低了將高壓儲氫瓶內氣體持續(xù)減壓至工作壓力所需的總壓縮能耗，從而提高了能量利用效率，增強了整車續(xù)航里程或固定式系統(tǒng)的運行經(jīng)濟性。
22、本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。
1.一種燃料電池電堆的氫氣供給系統(tǒng)，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權利要求1所述的氫氣供給系統(tǒng)，其特征在于：
3.根據(jù)權利要求2所述的氫氣供給系統(tǒng)，其特征在于：
4.根據(jù)權利要求3所述的氫氣供給系統(tǒng)，其特征在于：
5.根據(jù)權利要求2所述的氫氣供給系統(tǒng)，其特征在于：
6.根據(jù)權利要求1所述的氫氣供給系統(tǒng)，其特征在于：
7.根據(jù)權利要求1所述的氫氣供給系統(tǒng)，其特征在于：
8.一種燃料電池電堆氫氣供給的控制方法，其特征在于，適用于如權利要求1至7任一項所述的氫氣供給系統(tǒng)，所述控制方法包括：
9.根據(jù)權利要求8所述的控制方法，其特征在于：
10.根據(jù)權利要求8所述的控制方法，其特征在于：