1.一种燃料电池氢气路装置,其特征在于:包括氢气瓶、进氢稳压腔、引射器、氢水分离器和氢气循环泵;氢气瓶通过第一输送管道与进氢稳压腔连接,进氢稳压腔通过第二输送管道与引射器的第一进口连接,引射器的出口通过第三输送管道与电堆的入口连接;
电堆的出口通过第四输送管道与氢水分离器连接,氢水分离器的气体出口通过第五输送管道与引射器的第二进口连接;第五输送管道还与氢气循环泵的进口连接,氢气循环泵的出口通过第六输送管道与第五输送管道连接,第六输送管道通过分支管道与电堆的入口连接;
氢气循环泵的出口还通过第七输送管道与电堆的出口连接;
所述第五输送管道还连接有排氢管道;
在第六输送管道上设置有第一控制阀和第五控制阀,分支管道与第六输送管道的连接点处于第一控制阀和第五控制阀之间;在第七输送管道上设置有第二控制阀;在第一输送管道上设置有第三控制阀;在排氢管道上设置有第四控制阀;
所述电堆包括三个单体电池,相应地所述引射器共设置三个,每个引射器对应与一个单体电池连接;
所述分支管道共设置三个,分别为第一分支管道、第二分支管道和第三分支管道,在第一分支管道上设置有第六控制阀,在第二分支管道上设置有第七控制阀,在第三分支管道上设置有第八控制阀;
第一分支管道、第二分支管道和第三分支管道对应与三个单体电池的入口连通。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池氢气路装置,其特征在于:所述第三控制阀为减压阀,第四控制阀为排氢电磁阀,第一控制阀、第二控制阀、第五控制阀、第六控制阀、第七控制阀和第八控制阀均为截止阀。
3.如权利要求1或2所述燃料电池氢气路装置的控制方法,其特征在于包括以下步骤:(1)氢气瓶中储存的氢气经过第一输送管道输送至进氢稳压腔,在经过第三控制阀时将进口压力减至需要的出口压力;
(2)经进氢稳压腔稳定压力后的氢气再经过第二输送管道输送至引射器,引射器再经第三输送管道输送至电堆的入口;
(3)在电堆中氢气进行化学反应,反应后的气体从电堆出口排出,并经第四输送管道输送至氢水分离器,氢水分离器分离出的氢气再经第五输送管道输送至引射器,重新与第一输送管道输送过来的氢气汇合后供给电堆;
(4)当第四控制阀关闭时进行循环供氢,当第四控制阀打开时进行排氢;
(5)循环供氢时,氢气还通过第五输送管道进入氢气循环泵,当氢气到达氢气循环泵时再通过第六输送管道、第七输送管道以及第一控制阀、第二控制阀、第五控制阀、第六控制阀、第七控制阀和第八控制阀的切换,进行电堆入口处供氢、电堆出口处供氢或电堆入口与电堆出口处同时供氢。
4.根据权利要求3所述燃料电池氢气路装置的控制方法,其特征在于:
A、当电堆在低功率运行时,采用引射器和氢气循环泵并联方式,控制步骤如下:
打开第一控制阀、第三控制阀、第六控制阀、第七控制阀和第八控制阀,关闭第二控制阀、第四控制阀和第五控制阀;
氢气瓶的氢气输送至引射器然后到达电堆入口处,向电堆输送反应所需氢气;由于氢气压强高,气体流速快,因此有大量氢气未经反应就已经从出口排出电堆外,通过氢水分离器进行处理;
经过氢水分离器分离出的氢气一部分回到引射器入口处,再通过引射器向电堆供氢,另一部分流至氢气循环泵,经氢气循环泵将氢气输送至引射器出口处,不通过引射器直接从入口处向电堆供氢;
B、当电堆在中高功率运行时,采用引射器和氢气循环泵串联方式,控制步骤如下:
打开第一控制阀、第三控制阀、第五控制阀,关闭第二控制阀、第四控制阀、第六控制阀、第七控制阀和第八控制阀;
氢气瓶的氢气输送至引射器然后到达电堆入口处,向电堆输送反应所需氢气;电堆排出的氢气通过氢水分离器进行处理;
经过氢水分离器分离出的氢气一部分回到引射器入口处,另一部分流至氢气循环泵,经氢气循环泵将氢气输送至引射器入口处,通过引射器向电堆供氢;
引射器和氢气循环泵并联方式和串联方式之间的切换采用以下步骤:
将电堆与传感器模块连接,传感器模块与燃料电池控制器连接;传感器模块收集到电堆的信号,并通过通讯传输到燃料电池控制器,由燃料电池控制器判别是低功率还是中高功率;当电堆输出功率为w1,峰值功率为w2,且当0<w1<40%w2时为低功率,当w1≥40%w2时为中高功率,低功率选择引射器与氢气循环泵并联方式、中高功率选择引射器与氢气循环泵串联方式。
5.根据权利要求4所述燃料电池氢气路装置的控制方法,其特征在于,氢气循环泵的转速调节采用以下步骤:a、分别采用引射器与氢气循环泵串联方式、引射器与氢气循环泵并联方式,在实验室进行启机、停机、加载、减载不同工况下氢气循环泵以不同转速工作,测得寄生功率以及振动噪声;
b、选取在每种工况中寄生功率和振动噪声最小的氢气循环泵转速,同时记录对应氢气循环泵转速下的瞬时比功率、体积比功率、质量比功率和运行功率,确定神经网络算法的输出层为氢气循环泵转速,输入层为对应转速下的瞬时比功率、体积比功率、质量比功率和运行功率,进而得到训练好的基于数据驱动的模型;
c、传感器模块收集到电堆的信号,并通过通讯传输至训练好的基于数据驱动的模型,训练好的基于数据驱动的模型根据电堆的信号,输出氢气循环泵转速数值;
所述电堆的信号同时包括电流、电压、瞬时比功率、体积比功率和质量比功率参数;
d、根据步骤c获得的氢气循环泵转速数值,控制氢气循环泵的电机,完成降低或升高氢气循环泵转速。
6.根据权利要求3所述燃料电池氢气路装置的控制方法,其特征在于,循环氢气至电堆出口缓解加载工况氢饥饿现象,控制步骤如下:当燃料电池汽车处于加载工况时,由于负载的迅速上升导致氢气反应不充分或者不及时引起的氢饥饿现象,因此在加载工况时,打开第二控制阀、第三控制阀,关闭第一控制阀、第四控制阀、第五控制阀、第六控制阀、第七控制阀和第八控制阀,使流至氢气循环泵的氢气全部通过第七输送管道向电堆的出口处供氢,使电堆内部流道的氢气停留更久反应更充分,以应付加载工况。
7.根据权利要求3所述燃料电池氢气路装置的控制方法,其特征在于,通过循环供氢解决膜上水分布不均匀与缓解水淹,控制步骤如下:当燃料电池内部出现由于气体吹扫引起的电堆入口处膜缺水、出口处膜积水,进而引起的局部膜干和局部水淹时,关闭第一控制阀、第三控制阀、第四控制阀、第五控制阀、第六控制阀、第七控制阀和第八控制阀,打开第二控制阀,使电堆入口处氢气流速降低,使用氢气路装置内部剩余氢气进行电堆出口处供氢,增加从出口至入口这一方向的氢气吹扫,将电堆出口处积聚的水弥补给入口处缺水的膜上部分;
当水淹是由于反应产生的大量水聚集或者是由于排水不及时引起的,则关闭第二控制阀、第三控制阀、第四控制阀和第五控制阀,打开第一控制阀、第六控制阀、第七控制阀和第八控制阀;停止主动供氢,通过氢气循环泵单独向电堆入口供氢,利用电堆入口处循环气体的吹扫作用将电堆内部多余的水排出。
8.根据权利要求3所述燃料电池氢气路装置的控制方法,其特征在于,通过氢气路装置内部剩余氢气进行缓解催化剂铂中毒以及缓解铂降解,控制步骤如下:在发生铂催化剂中毒或者铂降解时,关闭第三控制阀、第四控制阀、第五控制阀,打开第一控制阀、第二控制阀、第六控制阀、第七控制阀和第八控制阀,利用氢气路装置内部的氢气对电堆入口和出口处供氢,同时使燃料电池阴极侧停止供氧,使燃料电池只供氢气,使处于电堆内部的催化剂处于均匀足量的氢气环境中,恢复铂降解。