[发明专利]一种商用车燃料电池发动机供气系统

说明书

本发明公开了一种商用车燃料电池发动机供气系统，包括内阻检测器、控制器、燃料电池电堆、氢气供给系统和空气供给系统。本发明的商用车燃料电池发动机供气系统实现了氢气的循环利用，可对氢气和空气的供给流量和压力进行精确控制，保证燃料电池能够持续、稳定的发电。同时本发明可以对燃料电池电堆的内阻进行检测并判断质子交换膜湿度，通过调节尾排阀和增湿阀的开度，有效的对燃料电池内部进行水管理，提高了燃料电池效率和输出性能。

技术领域

本发明属于燃料电池发动机技术领域，具体涉及一种商用车燃料电池发动机供气系统。

背景技术

燃料电池发动机是燃料电池汽车的主要动力源，它是一种不燃烧燃料而直接以电化学反应方式将燃料的化学能转变为电能的高效发电装置。它的核心部件是由多个单电池串联组成的燃料电池堆，还装有氢气供给系统、空气供给系统、水热管理系统和控制系统等。只有这些辅助系统匹配恰当和正常运转，才能保证燃料电池发动机的正常运转。氢气供给系统和空气供给系统为电堆发电提供足够的氧化剂和还原剂，氢氧之间发生的电化学反应受到气体流量和气体压力的影响，这两个系统需要在电堆工作时能够提供足够的反应气体流量和压力以满足其运行要求。

此外，燃料电池发电是水伴生的电化学反应，燃料电池内部反应生成的水以气态和液态存在于燃料电池中，其状态和含量与电池的性能直接相关。电堆运行时，质子交换膜需要保持一定的湿度，水含量太少会导致膜干化，燃料电池内阻增大；若反应生成的过量的水没有及时排除，又会导致阴极水淹，降低反应效率，因此需要对燃料电池内部进行有效的水管理。燃料电池的内阻与质子交换膜的湿度之间存在着很大的关系，通过对电堆内阻的检测可以对膜的湿度进行估计。

发明内容

为满足燃料电池对持续稳定供气的需求，解决电堆内部湿度过低或水淹的问题，本发明提供一种商用车燃料电池发动机供气系统。

本发明的商用车燃料电池发动机供气系统，包括内阻检测器、控制器、燃料电池电堆、氢气供给系统和空气供给系统。

所述燃料电池电堆内部具有氢气和空气的流通通道以及氢气和空气的进口、出口。

所述氢气供给系统包括储氢设备、减压阀、进气电磁阀、比例电磁阀、氢气压力传感器、气水分离器、排水阀、氢循环泵和止回阀，所述储氢设备管路连接减压阀、减压阀管路连接进气电磁阀、进气电磁阀管路连接比例电磁阀、比例电磁阀管路连接氢气压力传感器、氢气压力传感器管路连接到燃料电池电堆氢气进口；所述气水分离器具有进气口、出气口及出水口；所述燃料电池电堆氢气出口管路连接气水分离器进气口、气水分离器出气口管路连接氢循环泵、氢循环泵管路连接止回阀；所述止回阀管路连接到比例电磁阀与氢气压力传感器之间的管路上；所述气水分离器出水口连接有排水阀；所述储氢设备包括高压储氢瓶和一级减压装置。

所述空气供给系统包括空气过滤器、空气流量计、空压机、中冷器、加湿器、空气温度传感器、空气压力传感器、增湿阀、尾排阀和背压阀；所述空气过滤器依次管路连接空气流量计、空压机、中冷器、加湿器、空气温度传感器、空气压力传感器，所述空气压力传感器另一端管路连接到燃料电池电堆空气进口；所述加湿器具有湿空气入口、尾气出口；所述空气排放管路一端与燃料电池电堆的空气出口相连，另一端管路并联有增湿阀和尾排阀，增湿阀的另一端与加湿器的湿空气入口相连；所述加湿器的尾气出口管路连接有背压阀，所述尾排阀的另一端管路的连接于加湿器与背压阀之间的管路上。

所述内阻检测器与燃料电池电堆通过电气连接。

所述控制器与内阻检测器、氢气供给系统中的进气电磁阀、比例电磁阀、氢气压力传感器、排水阀、氢循环泵、空气供给系统中的空气流量计、空压机、空气温度传感器、空气压力传感器、增湿阀、尾排阀和背压阀通过电气连接。