[发明专利]一种用于低压燃料电池的空气供应系统

说明书

技术领域

本发明属于燃料电池系统集成技术，具体说是一种可快速改变低压燃料电池堆空气供应量的空气供应系统。

背景技术

燃料电池是一种通过电化学反应将化学能转变为电能的发电装置。电池运行时，供入的氧化剂和燃料在电催化剂作用下发生电化学反应，直接产生直流电。燃料电池发动机由燃料电池堆、空气供应系统、燃料供应系统、水热管理系统和控制系统等组成。燃料电池发动机在运行时，通过向燃料电池堆源源不断供入燃料和空气产出电能，驱动电机运转，使电动车行驶。向燃料电池堆供应的空气量应当与电池堆的运行电流相匹配。供入的空气量过多将增大内耗，同时造成燃料电池的电解质失水，导致电池堆性能降低；供入的空气量过小会造成电池堆无法达到要求的输出功率。

电动车行驶时，对燃料电池发动机的功率需求不断变化，因此燃料电池堆的运行电流也频繁改变，通常采用调节鼓风机的转速来改变空气供入量，使其与燃料电池堆的运行电流相匹配。例如，当燃料电池堆在低电流运行时，鼓风机采用低转速运转；当燃料电池堆在高电流运行时，鼓风机采用高转速运转。电动车行驶时，电池堆的运行电流往往在1秒内就会大幅度增加，但通过增大鼓风机的转速使风量增加到需求值往往需要数倍的时间，因此电池堆在加载后的一段时间内空气供应不足，这对电池堆的整体寿命和个别单池的性能非常不利。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可快速改变低压燃料电池堆空气供应量的空气供应系统，以解决燃料电池堆加载时空气供应不足的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种用于低压燃料电池的空气供应系统，包括依次串联的与环境空气相通的鼓风机、增湿器及燃料电池堆，由燃料电池堆阴极出来的气体通过增湿器后排空，在鼓风机与增湿器之间或增湿器与燃料电池堆阴极入口之间设置有旁路管道，旁路管道上设有旁路调节阀门，旁路调节阀门与空气相通。

所述旁路调节阀门上的阀杆通过连轴器与一电机的传动轴相连；电机通过线路连接电机控制器；电机控制器通过线路与燃料电池控制系统相连；在鼓风机与环境空气相通的管道上设有空气过滤器。

本发明的优点与积极效果为：

(1)鼓风机产出的空气一方面与增湿器相连接而供入电堆，另一方面与旁路阀门相连。通过控制系统改变旁路阀门的流通截面积改变空气旁路流量，由此快速改变燃料电池堆的空气供入量。

(2)与改变鼓风机转速所需的时间相比，改变旁路装置的流通截面所需的时间非常短，远小于1秒，因此供入燃料电池堆的空气量可以在很短时间内迅速改变。

(3)鼓风机的控制方式灵活，整个发动机运行期间，鼓风机可以采用恒速运转，也可以采用分档转速。

(4)本发明空气供应系统为低压燃料电池堆提供空气；即可用于燃料电池发动机，也可用于其它燃料电池系统，如燃料电池堆的评价装置。

附图说明

图1为低压型燃料电池发动机中常用的空气供应系统的连接框图；

图2为本发明提出的空气供应系统的连接框图。

具体实施方式

燃料电池发动机空气供应系统可以采用如图2所示的方式构建。

本发明的空气供应系统由空气过滤器、鼓风机、增湿器、流通截面可快速改变的旁路装置组成。所述的空气过滤器的入口与大气相通；所述的空气过滤器的出口与鼓风机的吸风口相连接；所述的鼓风机的出风口同时与旁路装置和增湿器的干气入口相连接；所述的增湿器的增湿气出口与燃料电池堆的阴极入口相连接。通过控制系统，可快速改变旁路装置的流通截面，从而快速改变空气旁路流量，因此供入燃料电池堆的空气量也可迅速改变并与燃料电池堆的运行电流相匹配，有利于稳定燃料电池堆的性能，提高燃料电池堆的寿命。

所述的空气供应系统的一种使用方式是：燃料电池发动机运行过程中，鼓风机恒定于高转速。当燃料电池发动机怠速运行时，通过控制系统调节旁路装置的流通截面，使之最大，此时大量的空气通过旁路流出，可确保供入电池堆的空气量不会过多而造成电池堆失水，另外由于旁路流通截面最大时鼓风机的出口压力较低，因此燃料电池发动机的内耗功率较小；当发动机输出功率提高时，调节旁路装置的流通截面使之减小，从而增大供入电池堆的空气量；当发动机满载运行时，调节旁路装置使之关闭，此时鼓风机产出的空气全部流入电池堆。

所述的空气供应系统的一种使用方式是：燃料电池发动机运行过程中，鼓风机的转速设定为几个档位，如分为中速档和高速档两个档位，也可分为更多档位。当燃料电池发动机在中低载运行时，鼓风机恒速运转在中速档，通过改变旁路装置的流通截面来调节空气旁路量，从而使燃料电池堆的空气供应量与电池堆的输出电流相匹配；当燃料电池发动机在中高载运行时，鼓风机恒速运转在高速档，通过改变旁路装置的流通截面来调节空气旁路量，使燃料电池堆的空气供应量与其运行电流相匹配。这种方式有利于降低燃料电池发动机低载运行时的内耗功率。