技术专题｜氢气循环泵和引射器的完美结合

“混动”供氢技术简介

氢循环可以将电化学反应生成水(包括水蒸气)和未反应完全的氢气供应到电堆阳极入口，其中水和水蒸气可以改善电堆湿润水平和提高水管理能力，提高电堆运行寿命。此外氢循环中利用未反应的氢气可以实现系统的高效率运行，为此氢循环系统在燃料电池系统中至关重要。

氢循环泵的主要优势在于主动可调节、快速响应和较宽的工作区间，但是有结构复杂、噪音大、有寄生功耗和成本高等问题。

引射器是一种基于文丘里效应，利用高速喷射的工作流体造成的压差，将引射流体吸入再排出的纯机械部件，引射器结构简单、噪声低、可靠性高并且无寄生功率，但其引射范围有限，特别是在电堆低电密下工作困难。

超越神州系统采用“混动”供氢设计，即为HHM（Hybrid Hydrogen Module）系统，实现了氢气循环泵和引射器的完美结合，充分利用二者优势，覆盖功率范围达到1%-100%。

亮点技术简介

①   系统效率高。与氢气循环泵方案对比，峰值点可减少60%功耗；

②   高度集成化。通过高度一体化结构设计，使“混动”供氢结构与电堆汇流板合为一体，提高了系统集成度；

③   控制精准化。“混动”供氢系统采用精细化排水方案，减小排氢频率，减小氢耗，提高系统氢气利用率；

④   防结冰设计。“混动”供氢系统采用多重防结冰结构设计，提高系统冷启动成功率；

⑤   平台化设计。实现了供氢系统平台化和模块化设计，可拓展120KW-250KW系统应用，可有效减小系统供氢开发的成本；

“混动”供氢系统采用引射器和氢气循环泵相结合的方式，相互配合满足氢循环需求，二者可以通过多种工作方式组合满足氢循环的不同状态需求。在不同的系统工况下，“混动”供氢系统会进行自适应控制，进而使整个系统处于最优状态。在峰值功率时，可利用引射器的高速喷射流实现大流量的氢气循环，使得氢气循环泵处于最高效运行区间，减少功耗损失。与单氢气循环泵方案对比，可实现60%的功率回收，极大地提高了系统峰值效率。

“混动”供氢系统运用与系统汇流板结构高度集成化设计的理念，实现了最小化结构设计和流阻设计，最优化强度设计和密封设计，从布置、性能、强度和密封等多角度实现最优化的供氢设计。

各参数如下：

“混动”供氢系统通过利用流量控制阀、氢气循环泵和排氮排水阀的组合控制，实现了电堆阳极压力、氢循环氢气浓度和分离液态水的高精度控制。

在氢循环控制过程中需要维持氢循环中氢气浓度处于一定范围，如果排放时间过长，会导致氢气排放过多，降低系统效率，如果排放时间过短，会导致氢循环中氢气浓度较低，电堆则会处于非最优反应区间，进而影响系统效率。为此，“混动”供氢系统可根据运行状态实时进行最优化状态调整，保证最佳氢氮比。

“混动”供氢系统运用多重防结冰设计，根据产品设计、流道分布、储水设计、散热设计以及姿态布置等，从多角度、多维度实现氢循环的防结冰功能。

• 产品设计，在结构设计和布置等方面进行防结冰设计，同时具备特定状态下的冷启动控制策略，可实现破冰运行。

• 流道分布，氢循环流道可以实现液态水最大化排出，可保证系统在流通状态下流体的分布均匀性和稳定性。

• 储水设计，通过组合结构设计，系统可以收集氢循环中未排出或低温冷凝的液态水，使其处于特定位置，保证系统启动时流通性。

• 散热设计，“混动”供氢方案采用特殊散热结构设计，在系统冷凝时，水蒸气将会在温差影响下产生内部转移，使得水蒸气集中于储水区域。

• 姿态布置，为适应车辆运行全工况需求，氢循环储水、排水流道设计满足车辆上下坡和倾斜路面行驶和停放需求。

“混动”供氢系统采用平台化设计理论，可通过氢气循环泵和引射器关键参数的修正实现120KW-250KW燃料电池系统的功率需求，使供氢系统具备可拓展性和延展性，实现了供氢系统的平台化开发，提高了系统可靠性、系统开发敏捷性并促使成本下降。

差异化优势

“混动”供氢系统具备独特的功能设计、结构设计和策略设计，具有宽功率覆盖范围、高效率、高控制精度等优势。其搭载于未势超越神州系统产品中，可为系统提供最全面和最优化的应用方案，发挥出系统的最大性能。

除了“混动”供氢方案，目前市场上主流的氢循环形式还有单引射器方案、氢气循环泵方案、双引射器方案和流量旁通路与引射器结合方案等，各方案之间优劣势对比如下：

其中“混动”供氢方案在功率覆盖范围和效率方面具有突出优势，我司通过氢循环与汇流板的集成化设计，使得氢循环具备较大空间优势；同时我司实现了零部件的国产化、自主化，建立了成本化优势。综上所述，我司“混动”供氢方案具有综合竞争优势。

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