[发明专利]一种燃料电池空气供给系统及其泄压控制方法

说明书

本发明涉及燃料电池控制技术领域，具体地指一种燃料电池空气供给系统及其泄压控制方法。包括燃料电池阴极、同燃料电池阴极入口连通的空压机、同燃料电池阴极出口连通的尾部排放阀门，其特征在于：所述空压机与尾部排放阀门之间设置有用于调节燃料电池阴极入口压力的泄压阀；所述燃料电池阴极的出口与尾部排放阀门之间设置有用于调节燃料电池阴极出口压力的背压阀；还包括与泄压阀和背压阀电连接的用于控制泄压阀启闭和背压阀开度的泄压控制装置。本发明不仅提高了泄压效率还能够从根源上解决燃料电池阴极内部水堵塞的问题。

技术领域

本发明涉及燃料电池控制技术领域，具体地指一种燃料电池空气供给系统及其泄压控制方法。

背景技术

燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此效率高；另外，燃料电池用燃料和氧气作为反应原料，同时没有机械传动部件，故没有噪声，排放出的有害气体污染极少。由此可见，从节约能源和保护生态环境的角度来看，燃料电池是一种很有发展前途的发电技术。

在众多种类的燃料电池当中，质子交换膜燃料电池采用能传导质子的固态高分子薄膜材料作为电解质。这种电解质具有高功率-质量比和低工作温度。是适用于固定和移动装置的理想材料。质子交换膜燃料电池因其能量转化效率高、工作温度低、相应迅速，以及零排放等优点，被视作具备良好发展前景的汽车动力源。在本说明书的后续内容中，如无特别说明，所提及的燃料电池均为质子交换膜燃料电池。

空气供给系统是燃料电池系统中的重要子系统，泄压是其功能之一。根据电化学原理可知，水在燃料电池的阴极产生，如果阴极内部生成的水堵塞流道，会造成空气扩散受阻，影响燃料电池的性能。水堵塞的宏观表现为燃料电池入口处的压力过大。如果阴极气体压力超过限值时，会对燃料电池造成伤害，从而导致其耐久性降低。

在燃料电池空气供给系统中，其调压功能是通过调节进入空压机的空气流量达到调节空压机出口压力来实现的。但是当需要泄压时，一般不直接通过控制空压机达到泄压目的。原因是假如采用了透平式空压机，当空气流量过小时，空压机会发生喘振，会对空压机的寿命造成伤害。因此，通常做法是在燃料电池空气供给系统中增加泄压阀，来实现泄压功能。

考虑到空气压力超限的主要原因是燃料电池阴极内部水堵塞造成的，在泄压的同时还应更进一步排出阴极内多余的水。现有技术通常并没有考虑到如何排除阴极多余的水，如专利号为“CN201910914732.4”的名为“燃料电池空气回路、抽气装置控制方法及控制器”的中国发明专利中，该专利介绍的控制方法考虑到了这种需要泄压的情况，但是该方法就是直接通过抽气装置进行泄压，但没有充分考虑如何在泄压的同时排出多余的水。而如果不及时排放掉阴极多余的水，后续使用时会再次出现这种压力超限的问题。

发明内容

本发明的目的就是要解决上述背景技术提到的技术问题，提供一种燃料电池空气供给系统及其泄压控制方法。

本发明的技术方案为：一种燃料电池空气供给系统，包括燃料电池阴极、同燃料电池阴极入口连通的空压机、同燃料电池阴极出口连通的尾部排放阀门，其特征在于：所述空压机与尾部排放阀门之间设置有用于调节燃料电池阴极入口压力的泄压阀；所述燃料电池阴极的出口与尾部排放阀门之间设置有用于调节燃料电池阴极出口压力的背压阀；还包括与泄压阀和背压阀电连接的用于控制泄压阀启闭和背压阀开度的泄压控制装置。

进一步的所述泄压阀的入口与空压机的出口连通，泄压阀的出口与尾部排放阀门的入口连通。

进一步的所述背压阀的入口与燃料电池阴极的出口连通，背压阀的出口与尾部排放阀门的入口连通。

进一步的还包括增湿器；所述增湿器的入口与空压机的出口连通、出口与燃料电池阴极的入口连通；所述燃料电池阴极的出口与增湿器连通；所述背压阀的入口与增湿器连通。