[发明专利]集成式燃料电池空气供给系统及燃料电池系统

说明书

本发明公开集成式燃料电池空气供给系统，包括控制器单元、空气过滤器、空气压缩机、中冷器、集成式阀组、增湿器、水分离器和消音器；空气压缩机包括有空气供给进口、空气供给出口、空气回收进口和空气回收出口，空气供给进口与空气过滤器连接，空气供给出口与中冷器连接；增湿器包括干侧入口、干侧出口、湿侧入口和湿侧出口，集成式阀组包括进气三通阀和排气三通阀，进气三通阀包括进气入口和第一进气出口，进气入口与中冷器连接，进气出口与干侧入口连接，排气三通阀包括第一排气入口和排气出口，第一排气入口与湿侧出口连接；水分离器包括湿空气入口、分离水出口和干空气出口，湿空气入口与排气出口连接，干空气出口与空气回收进口连接。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，具体涉及一种集成式燃料电池空气供给系统及燃料电池系统。

背景技术

燃料电池是一种将燃料化学能直接转化为电能的装置，其原理是通过质子交换膜传导燃料质子，在外部通路输出电流的方式进行发电，产物仅仅由水组成。这是一种高效、环保的能源转换方式，其能量转换效率非常高，且转换方式不受卡诺循环限制。燃料电池广泛应用于新能源汽车、轮船、无人机及热电联供发电等领域。

在燃料电池系统中，空气系统提供的是所需的氧化剂。燃料电池系统工作过程中，来自空气系统的影响主要包括空气压力、流量、温度、湿度、电堆内部阴极产水量与输水能力以及空气供应的响应速度和稳定性等方面的因素。当满足所述条件时就要为系统考虑其可靠性，包括空压机启停次数、空压机耐久性、空滤更换周期和增湿器使用寿命等。

专利公开号为CN110957507的专利文献公开一种燃料电池供气装置及其控制方法，该方法所给出的空气系统空压机防喘振旁通流量方案为无能量回收，方案中还给出电堆入口端通过多个比例阀调节空气湿度，此无法在调节空气湿度时无法保证进入电堆的空气流量，在电堆空气进出口端没有截止功能。

发明内容

本发明的主要目的在于提出一种集成式燃料电池空气供给系统，旨在解决上述背景技术中所提出的技术问题。

为实现上述目的，本发明提出一种集成式燃料电池空气供给系统，该集成式燃料电池空气供给系统包括控制器单元、空气过滤器、空气压缩机、中冷器、集成式阀组、增湿器、水分离器和消音器，所述集成式阀组和所述空气压缩机分别与所述控制器单元连接；其中：所述空气压缩机包括有空气供给进口、空气供给出口、空气回收进口和空气回收出口，所述空气供给进口与所述空气过滤器连接，所述空气供给出口与所述中冷器连接；所述增湿器包括有干侧入口、干侧出口、湿侧入口和湿侧出口，所述干侧出口可与燃料电池堆的入口连接，所述湿侧入口可与燃料电池堆的出口连接，所述集成式阀组包括进气三通阀和排气三通阀，所述进气三通阀包括有进气入口和第一进气出口，所述进气入口与所述中冷器连接，所述进气出口与所述干侧入口连接，所述排气三通阀包括有第一排气入口和排气出口，所述第一排气入口与所述湿侧出口连接；所述水分离器包括有湿空气入口、分离水出口和干空气出口，所述湿空气入口与所述排气出口连接，所述干空气出口与所述空气回收进口连接，所述空气回收出口与所述消音器连接。

优选地，所述集成式阀组还包括用于调节所述燃料电池堆入口处空气湿度的湿度比例阀，所述湿度比例阀的一端可与所述燃料电池堆的出口连接，所述湿度比例阀的另一端与所述排气三通阀的第二排气入口连接。

优选地，所述增湿器的干侧出口端设有用于监测空气湿度的露点传感器，所述露点传感器与所述控制器单元连接。

优选地，所述集成式阀组还包括用于调节进入所述燃料电池堆的空气流量和压力的背压阀，所述背压阀的进口端与所述排气出口连接，所述背压阀的出口端与所述消音器连接。

优选地，所述集成式阀组还包括用于防止空气压缩机喘振的旁通比例阀，所述旁通比例阀的一端与所述进气三通阀的第二进气出口连接，所述旁通比例阀的另一端与所述空气压缩机的空气供给进口连接。