[发明专利]一种燃料电池空气压力调节装置及系统

说明书

本发明公开了一种燃料电池空气压力调节装置，包括阀体、阀片、连杆机构和机械执行机构，所述阀体的空气入口与电堆的空气出口连通，阀体的出口通过阀片与尾气排放管道连通；所述连杆机构设于阀片外侧，连杆机构的输入端与机械执行机构相连，机械执行机构带动连杆机构的输入端沿阀体轴向移动；所述连杆机构的输出端套在轴套上，且与阀片的外侧固连。本发明还提供了一种燃料电池空气压力调节系统。本发明的有益效果为：本发明采用纯机械式压力调节，从空压机出口引气，通过膜片驱动滑杆移动，通过连杆机构调节阀片的开启与关闭，实现燃料电池的空气压力调节空压机转速调节解耦，省去了大量的控制模型和算法，降低了燃料电池控制复杂程度。

技术领域

本发明涉及车用燃料电池，具体涉及一种燃料电池空气压力调节装置及系统。

背景技术

燃料电池系统包括电堆、空气系统、氢气系统、冷却系统以及相应的控制系统，其中空气系统由空滤、空气流量计、空压机、增湿器、背压阀、泄压阀等组件构成，用于为电堆提供运行时所需的空气流量及空气压力。由于电堆在不同工况下的工作边界不同，对空气系统所供应空气的流量、温度、压力和湿度等参数需求也会相应发生变化。空压机一般为离心式，作用是为电堆提供空气流量，背压阀联合空压机转速调节可以控制进入电堆的空气压力。泄压阀可旁通多余的空气，避免空压机出现喘振。现有燃料电池空气压力调节装置的技术方案中，背压阀包括阀门、阀杆、齿轮组、电机、角度传感器及密封装置等。阀门一般采用了蝶片式、提升式或划盘式结构。阀门的开度由电机控制，电机角度由燃料电池控制器控制，因此控制器内部需要一套适应背压阀压力调节的复杂算法，如压降模型，阀门位置模型，前馈模型等，这增加了燃料电池系统的控制复杂程度，增加了系统成本，且电动背压阀调节空气压力还会增加离心式空压机的喘振风险。

中国专利CN103779590B公开了一种用于车辆燃料电池动力系统的阴极分流控制和压力控制方法，其中涉及用来控制车辆燃料电池系统中的阴极背压阀和旁路阀的装置和方法，基于前馈的控制策略用来控制阴极背压阀，对旁路阀的控制被整合进对阴极背压阀的控制中，这样的控制策略以预测方式改善对系统中的瞬时阴极压力和旁路分流设定点的阀门响应。然而，这一控制方法的缺陷在于：该技术采用了电动背压阀装置，属于空气系统进堆压力调节装置，但需要燃料电池控制器对该背压阀进行实时控制，且控制器内部需要一套适应背压阀压力调节的复杂算法，如压降模型，阀门位置模型，前馈模型等，这增加了燃料电池系统的控制复杂程度，增加了系统成本，电动背压阀调节空气压力还会增加离心式空压机的喘振风险。

中国专利CN210034431U公开了一种燃料电池背压阀，包括步进电机和电机控制器，所述步进电机带动位于步进电机中螺套进行旋转运动，所述螺套与螺杆相配合，所述螺杆的下端依次穿过第一导向套和第二导向套，所述第一导向套设置于连接板的内腔中，所述第二导向套设置于阀体的内腔中，所述阀体的下端固定连接有底板，底板上开设有通气阀孔，螺杆的下端连接有用于封闭通气阀孔的阀片，所述阀片的上方设置有用于对阀片向上运动的位移进行限制的限位底座，第一导向套上设置有方形孔，所述螺杆上位于第一导向套上中的部分设置有阻止螺杆在方形孔中旋转的限位槽口；该技术方案解决了传统节气门用在燃料电池系统中所存在的密封性差、磨损、卡滞等问题，但存下以下缺陷：该技术采用了电动控制提升式背压阀装置，属于空气系统进堆压力调节装置，但需要燃料电池控制器对该背压阀进行实时控制，且控制器内部需要一套适应背压阀压力调节的复杂算法，这增加了燃料电池系统的控制复杂程度，增加了系统成本。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种成本低、控制调节过程简单的燃料电池空气压力调节装置及系统。