[发明专利]一种燃料电池发动机系统及其供气系统和一种控制方法

说明书

本发明公开了一种燃料电池发动机系统及其供气系统和一种控制方法，供气系统包括氢气供给系统和空气供给系统，氢气出口管路连接有两位两通阀，两位两通阀并联有第一氢气循环管路和第二氢气循环管路，第一氢气循环管路连接于膨胀压气一体机的压气机的入口，压气机的出口再连接于氢气循环总管路，氢气循环总管路连接于氢气入口管路，第二氢气循环管路通过氢气引射器连接于氢气循环总管路，氢气入口管路上设置有入口氢气压力检测装置，空气出口管路连接于膨胀压气一体机的膨胀机。本发明有效利用空气供给系统排出的高压尾气驱动膨胀压气一体机来实现氢气循环利用，降低了辅助系统的寄生负载，提升电堆的净输出功率。

技术领域

本发明涉及燃料电池发动机技术领域，尤其涉及一种燃料电池发动机系统及其供气系统和一种控制方法。

背景技术

燃料电池发电系统是由燃料电池模块和必要的辅助部件组成的一个完整的可稳定运行的发电系统，通常简称为燃料电池发动机系统。电堆是由两个或多个单电池和其他必要的结构件组成的、具有统一电输出的综合体。燃料电池供气系统是为燃料电池系统提供燃料贮存、供给和调节功能的系统。

寄生负载是为维持燃料电池发电系统运行，辅助系统(空气压缩机、氢气循环泵、水泵、散热风扇等)所消耗的功率。

目前在氢气供给系统中多采用阳极入、出口处的氢气浓度导出氢气过量系数，依据过量系数与氢气循环泵转速的关系进而控制氢气的循环利用。在空气供给系统中采用车辆气刹制动系统中自带的储气罐作为燃料电池的气源，不需要再单独配置空气压缩机，并且在燃料电池启动时，可将储气罐中的压缩气体传输给燃料电池，为燃料电池提供空气。

专利“一种燃料电池氢气循环控制系统和方法”(公开号CN109524690A)方案中还需要在氢气入、出口加入浓度传感器，增加了燃料电池系统的成本，氢气循环泵采用电驱动，增加了功耗，从而增加了寄生负载，此外该专利的控制逻辑较复杂，不易实用。专利“燃料电池与使用该燃料电池的车辆”(CN205621802U)方案中仅配置一台空气压缩机，车辆在行驶中频繁加速、制动会导致气瓶中的气体不能满足燃料电池电堆需求的压缩空气，严重影响到燃料电池的工作。还会导致空气压缩机频繁启动，加速了空气压缩机寿命的衰减。

因此，如何提高氢气的循环利用率，降低辅助系统的寄生负载，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种燃料电池发动机系统的供气系统，该供气系统能够提升氢气的循环利用率，降低辅助系统的寄生负载，提升电堆的净输出功率。本发明的另一个目的是提供一种燃料电池发动机系统和一种控制方法。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种燃料电池发动机系统的供气系统，包括：

氢气供给系统，所述氢气供给系统包括与电堆连接的氢气入口管路和氢气出口管路，所述氢气出口管路连接有两位两通阀，所述两位两通阀并联有第一氢气循环管路和第二氢气循环管路，所述第一氢气循环管路连接于膨胀压气一体机的压气机的入口，所述压气机的出口通过所述第一氢气循环管路连接于氢气循环总管路，所述氢气循环总管路的出口连接于所述氢气入口管路，所述第二氢气循环管路连接于氢气引射器的入口，所述氢气引射器的出口连接于所述氢气循环总管路，所述氢气入口管路上设置有入口氢气压力检测装置；

空气供给系统，所述空气供给系统包括与所述电堆连接的空气入口管路和空气出口管路，所述空气出口管路连接于所述膨胀压气一体机的膨胀机。

本发明提供的供气系统的工作原理如下：