一種過電位控制結(jié)構(gòu)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種過電位控制結(jié)構(gòu)及方法，屬于氫氣電解設(shè)備及方法領(lǐng)域，具體涉及一種過電位控制結(jié)構(gòu)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于石化燃料燃燒不充分而造成的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)嚴(yán)重污染排放物HC，CO，特別是其中大量PM2.5已經(jīng)成為城市的最主要污染源之一。世界上幾乎所有汽車制造公司和空氣環(huán)保研究機(jī)構(gòu)都在研發(fā)提高發(fā)動機(jī)燃燒效率，減低排放污染，降低油耗的技術(shù)和產(chǎn)品。
[0003]由于氫氣的熱值高于汽油和柴油等石化燃料，沒有污染及其他諸多有益的特性，近年來被越來越多的應(yīng)用于以石化為燃料的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的節(jié)能減排應(yīng)用中。
[0004]無存儲按需生產(chǎn)(HOD:Hydrogen On Demand)方式的電解水氫氣發(fā)生器(簡稱HGHydrogen Generator)的技術(shù)成熟，安全性高，設(shè)備簡單，成本低，多年來在世界上得到廣泛應(yīng)用。
[0005]向以石化為燃料的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)加入適量的由水電解產(chǎn)生的氫氧氣ΗΗ0，(可參閱美國氫技術(shù)應(yīng)用公司的PCT/US2004/012498專利)與空氣和燃油混合燃燒，催化燃油燃燒，提高燃油的燃燒效率，減少污染排放，增加動力，節(jié)約能源的作用早已從理論上和實踐中得到證實，這方面，國際國內(nèi)已有大量論文，實驗報告，實例，專著和專利。
[0006]如果不對HG的HHO流量和能耗進(jìn)行有效控制，雖然可以實現(xiàn)減排的環(huán)保作用，由于能量守恒，在增加動力，減少油耗的同時，HG也在同時消耗電能，又反過來增加了油耗，很難實現(xiàn)明顯減少油耗的效果，甚至可能比不添加HHO更耗能。如果加入過量ΗΗ0，不但增加無用能耗，還會造成發(fā)動機(jī)溫度過高，損害發(fā)動機(jī)，增加氮氧化物排放。所以必須對HHO的流量和耗能進(jìn)行有效控制。
[0007]世界上絕大部分用于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的旨在節(jié)能減排用的HG，對HHO流量和耗能控制方法上，是在HG外部與電源之間以串聯(lián)方式采用不同形式的PffM和CCPffM調(diào)制器，簡稱PffM ;作為控制器件，調(diào)整流經(jīng)HG的電流，控制氫氣流量，如圖1所示。
[0008]由于車輛的供電電源電壓和HG的溫度是在隨時變化的，當(dāng)電源電壓或溫度降低，例如預(yù)熱，起步，低速時，需要較多HHO流量時，要提高過電位；反之當(dāng)電源電壓或溫度升高，例如發(fā)動機(jī)在正常連續(xù)或高速運(yùn)行狀態(tài)，需要減小HHO流量時，要減低過電位。由于PffM是安裝在HG之外，在發(fā)動機(jī)正常連續(xù)或高速運(yùn)行狀態(tài)時，PffM不但不能高效控制流量和能耗，其本身也成為一個消耗無功電能的器件。氫氣發(fā)生器所需產(chǎn)氫功耗越低時，外部控制器件自身無用功耗與氫氣發(fā)生器所需的有用功耗的比例越大。
[0009]HOD方式的氫氣發(fā)生器的電解單元數(shù)量的設(shè)計，目前世界上普遍以車載電源電池的標(biāo)稱電壓為基準(zhǔn)，按每個電解單元電壓2V甚至2.4V計算，以不同類型的PffM在HG外部與電源以串聯(lián)方式連接進(jìn)行控制。
[0010]因為電解單元過電位的高低是影響HHO流量和功耗的最主要因素之一，因此按以上計算結(jié)果設(shè)計制造的HG在低溫或者電源電壓低的情況下，由于過電位低，HG不能產(chǎn)生足夠的HHO流量；而當(dāng)溫度升高或電源電壓升高后，由于過電位太高，電流過大，而在HG外部與電源之間串聯(lián)的PWM在控制過程中產(chǎn)生很大的無功損耗，造成大量電能以熱量的方式形成無功消耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的氫氣發(fā)生器氫氣流量難以控制并且能耗高的技術(shù)問題，提供了一種過電位控制結(jié)構(gòu)及方法。該電位控制結(jié)構(gòu)及方法通過增加或減少氫氣發(fā)生器內(nèi)參與電解的單元數(shù)量，控制電解單元的過電位，達(dá)到對氫氣的流量按需進(jìn)行實時、高效、低能耗控制。
[0012]為了解決上述技術(shù)問題，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種過電位控制結(jié)構(gòu)，包括:
[0013]電解極板，數(shù)量為兩個以上，并且相鄰的兩個電解極板間構(gòu)成電解單元；
[0014]控制開關(guān)，用于在控制器的控制下增加或減少連接于回路中的電解單元的數(shù)量。
[0015]優(yōu)化的，上述的一種過電位控制結(jié)構(gòu)，所述控制器在檢測到通過所述電解極板的電流低于預(yù)設(shè)值時將減少回路中的電解單元的數(shù)量從而提高過電位；并且，當(dāng)所述控制器在檢測到通過所述電解極板的電流高于預(yù)設(shè)值時將增加回路中的電解單元的數(shù)量從而減低過電位。
[0016]優(yōu)化的，上述的一種過電位控制結(jié)構(gòu)，所述電解單元包括:
[0017]第一電解單元，由第一電解極板相互間連接后構(gòu)成電解單元組；
[0018]第二電解單元，由第二電解極板相互間連接后構(gòu)成過電位控制單元組；
[0019]其中:所述控制開關(guān)與第二電解單元相連，所述電解單元組與所述過電位控制單元組之間串聯(lián)，并且由同一個電源供電。
[0020]優(yōu)化的，上述的一種過電位控制結(jié)構(gòu)，所述第一電解單元間相互串聯(lián)和/或并聯(lián)。
[0021]優(yōu)化的，上述的一種過電位控制結(jié)構(gòu)，所述第二電解單元間相互串聯(lián)。
[0022]優(yōu)化的，上述的一種過電位控制結(jié)構(gòu)，所述控制開關(guān)和過電位控制單元組內(nèi)的第二電解極板相連，當(dāng)所述控制開關(guān)閉合時，和所述控制開關(guān)相接的第二電解極板與可以使參與電解的電解單元過電位升高的其它電極短接。
[0023]優(yōu)化的，上述的一種過電位控制結(jié)構(gòu)，所述控制開關(guān)設(shè)置于過電位控制單元組內(nèi)的第二電解極板之間；當(dāng)所述控制開關(guān)閉合時，與所述控制開關(guān)相接的第二電解極板和該第二電解極板所屬的電解單元內(nèi)的另一塊第二電解極板間短接。
[0024]優(yōu)化的，上述的一種過電位控制結(jié)構(gòu)，所述電解單元組內(nèi)的第一電解極板的數(shù)量NI基于公式⑴獲得:
[0025]NI = R(V1/(P1+0P1))公式(I)
[0026]式中，R(X)為四舍五入函數(shù)，Vl為供電電源正常最低工作電壓；P1為第一電解極板所采用電極材料在所采用的電解液中的標(biāo)準(zhǔn)電位，OPl為第一電解極板所采用電極材料在采用的電解液中，并且在最低工作溫度時，所需的正常工作電流的最大過電位；
[0027]并且所述過電位控制單元組內(nèi)的第二電解極板的數(shù)量N2基于公式(2)獲得:
[0028]N2 = R(V2/(P2+0P2))-N1+1 公式(2)
[0029]式中，V2為供電電源正常最高供電電壓；P2為第二電解極板所采用電極材料在使用的電解液中的標(biāo)準(zhǔn)電位；0P2為第二電解極板所采用電極材料在使用的電解液中，在最高工作溫度時所需的正常工作電流的最小過電位。
[0030]為了解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種過電位控制方法，包括:通過增加或減少連接于回路中的電解單元的數(shù)量來調(diào)整電解單元的過電位。
[0031]優(yōu)化的，上述的一種過電位控制方法，包括:通過增加或減少連接于回路中的電解單元的數(shù)量來調(diào)整電解單元的過電位。
[0032]優(yōu)化的，上述的一種過電位控制方法，在檢測到通過所述電解極板的電流低于預(yù)設(shè)值時減少回路中的電解單元的數(shù)量從而提高過電位；
[0033]并且，當(dāng)檢測到通過所述電解極板的電流高于預(yù)設(shè)值時增加回路中的電解單元的數(shù)量從而減低過電位。
[0034]因此，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):通過在氫氣發(fā)生器電流回路內(nèi)串聯(lián)過電位控制單元組，通過對過電位控制單元組內(nèi)電極的切換，增加或減少氫氣發(fā)生器內(nèi)參與電解單元的數(shù)量，控制電解單元的過電位，達(dá)到對氫氣的流量按需進(jìn)行實時、高效、低能耗控制。
【附圖說明】
[0035]附圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的氫氣流量調(diào)節(jié)原理圖；
[0036]附圖2是本發(fā)明的一種工作原理圖；
[0037]附圖3是本發(fā)明的另一種工作原理圖。
【具體實施方式】
[0038]下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。
[0039]圖1中，電源1，電流表2，電解單元組3，過電位控制單元組4，控制器5。
[0040]實施例1:
[0041 ] 如圖2所示，本實施例的可控式氫氣發(fā)生器由電解單元組3和過電位控制單元組4及控制器5構(gòu)成，電解極板之間構(gòu)成電解單元。通過增加或減少參與電解的電解單元數(shù)量，調(diào)節(jié)電解單元過電位，控制HHO流