[发明专利]一种燃料电池空气流量供给的环境自适应系统及其控制方法

权利要求书

1.一种燃料电池空气流量供给的环境自适应系统，其特征在于：包括第一化学过滤器(1)、空压机(3)、储气瓶(5)、空气引射器(8)、电堆(11)、第二化学过滤器(14)、汽轮机(15)以及负载(18)；

所述第一化学过滤器(1)与空压机(3)之间安装有大气压力传感器(2)，所述空压机(3)与储气瓶(5)之间安装有第一单向阀(4)；

所述储气瓶(5)与空气引射器(8)之间安装有第二单向阀(6)和比例阀(7)，所述空气引射器(8)的回流口与汽轮机(15)的排气口连接，所述空气引射器(8)与汽轮机(15)之间安装有第三单向阀(16)和第二空气流量计(17)；

所述空气引射器(8)的一端与电堆(11)入口连接，且所述空气引射器(8)与电堆(11)之间安装有第一空气流量计(9)和进堆压力传感器(10)，所述电堆(11)与负载(18)之间安装有电流传感器(19)；

所述电堆(11)的出口与三通阀(13)的1位连接，且电堆(11)出口与三通阀(13)之间安装有背压阀(12)，所述三通阀(13)的2位与汽轮机(15)的转子进气口连接，所述汽轮机(15)的空气入口与第二化学过滤器(14)连接；

所述的一种燃料电池空气流量供给的环境自适应系统通过如下步骤控制：

S1.主控通过电流传感器(19)、大气压力传感器(2)采集电堆(11)输出电流和目前所处海拔高度，根据采集到的电流和海拔高度计算出理论所需的空气流量Q_H＝(λ×I×3.57×10^-7)×(x+1606)/33400，以及电堆(11)所对应的空气压力P＝-1.354×10^-8×I³+7.667×10^-6×I²+0.0022×I+0.024；

S2.通过大气压力传感器(2)采集到的信号判断目前系统是否处在低海拔位置，当系统处在低海拔时，三通阀(13)的1、3位开，2位关闭，并根据电流传感器(19)采集到的电流和进入电堆(11)空气压力的拟合函数调节空压机(3)目前所处电流等级下的转速，并始终让储气瓶(5)压力高于目前处在电流等级下入堆空气压力；

S3.通过调节比例阀(7)和背压阀(12)控制入堆空气流量和压力达到所处电流等级下的条件；

S4.当所处海拔高度在变高时，大气压力传感器(2)检测到海拔高度的变化，根据海拔高度的影响折算后所需额外空气流量为Q_H-Q，式中Q＝λ×I×3.57×10^-7为在低海拔下正常所需的空气流量；通过采集大气压力传感器(2)数值，主控判断海拔高度变化相应调节增加三通阀(13)的1、2位的开度，减小1、3位的开度，电堆(11)剩余尾排气驱动汽轮机(15)使空气引射器(8)回流口空气回流，使空气回流的流量满足当前电流功率等级下所处海拔折算后所需额外空气流量。

2.如权利要求1所述的一种燃料电池空气流量供给的环境自适应系统，其特征在于：所述第一化学过滤器(1)与空压机(3)、空压机(3)与储气瓶(5)均是通过管道连接。

3.如权利要求1所述的一种燃料电池空气流量供给的环境自适应系统，其特征在于：所述汽轮机(15)的转子出口与大气相连。

4.如权利要求1所述的一种燃料电池空气流量供给的环境自适应系统的控制方法，其特征在于，包括以下具体步骤：

S1.主控通过电流传感器(19)、大气压力传感器(2)采集电堆(11)输出电流和目前所处海拔高度，根据采集到的电流和海拔高度计算出理论所需的空气流量Q_H＝(λ×I×3.57×10^-7)×(x+1606)/33400，以及电堆(11)所对应的空气压力P＝-1.354×10^-8×I³+7.667×10^-6×I²+0.0022×I+0.024；

S2.通过大气压力传感器(2)采集到的信号判断目前系统是否处在低海拔位置，当系统处在低海拔时，三通阀(13)的1、3位开，2位关闭，并根据电流传感器(19)采集到的电流和进入电堆(11)空气压力的拟合函数调节空压机(3)目前所处电流等级下的转速，并始终让储气瓶(5)压力高于目前处在电流等级下入堆空气压力；

S3.通过调节比例阀(7)和背压阀(12)控制入堆空气流量和压力达到所处电流等级下的条件；

S4.当所处海拔高度在变高时，大气压力传感器(2)检测到海拔高度的变化，根据海拔高度的影响折算后所需额外空气流量为Q_H-Q，式中Q＝λ×I×3.57×10^-7为在低海拔下正常所需的空气流量；通过采集大气压力传感器(2)数值，主控判断海拔高度变化相应调节增加三通阀(13)的1、2位的开度，减小1、3位的开度，电堆(11)剩余尾排气驱动汽轮机(15)使空气引射器(8)回流口空气回流，使空气回流的流量满足当前电流功率等级下所处海拔折算后所需额外空气流量。