[发明专利]一种燃料电池发动机的空气供气系统及控制方法

说明书

本发明公开了一种燃料电池发动机的空气供气系统及控制方法，包括燃料电池堆、供气管路、外排管路和重组气体循环管路，其中：所述供气管路包括与所述燃料电池堆连接的进气管路和出气管路，所述进气管路设有空压机和增湿器，所述增湿器通过所述进气管路和所述出气管路与所述燃料电池堆连接，所述增湿器还连接所述外排管路；所述外排管路上设有第二电子节气门；所述重组气体循环管路一端连接空压机的进气端，所述重组气体循环管路另一端连接于增湿器与第二电子节气门之间的外排管路上，所述重组气体循环管路依次设有第二水分离器和第一电子节气阀。本发明满足大功率燃料电池发动机的各项进气需求参数条件，实现电堆入口空气控制的稳定性。

技术领域

本发明涉及燃料电池发动机领域，具体涉及一种燃料电池发动机的空气供气系统及控制方法。

背景技术

对于大多数地面系统，利用空气中的氧比直接利用纯氧作为燃料电池系统的一部分更切合实际，在现有的燃料电池发动机的空气供气系统中，空气主要是由鼓风机(低压系统)或空压机(加压系统)提供的，且能够实现进入电堆的空气压力和进气流量的调节。在加压系统中，通过提高空压机的转速，加大空气进气量，使得空气附带一定压力而进入电堆。空压机需要根据燃料电池发动机的功率需求，从而调节自身的转速和空气压缩量，满足燃料电池电化学反应所需要的空气量。空气供给对燃料电池电堆反应起到了至关重要的作用，精确并快速的空气流量控制能够有效延长燃料电池使用寿命。

现有的空气供气系统主要有以下不足：空压机根据需求功率的变化不断变化工作模式，使得控制趋于复杂，不利于电化学反应过程的稳定进行；燃料电池发动机系统在高压大功率下，对空气供应流量的压力和湿度精度要求很高，否则电堆的输出功率难以达到最优状态，长此以往会造成电堆性能和寿命的衰减，而现有的供气系统无法满足同时调节。以上问题制约了燃料电池发动机的进一步的优化发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种燃料电池发动机的空气供气系统及控制方法，满足大功率燃料电池发动机的各项进气需求参数条件，实现电堆入口空气控制的稳定性。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种燃料电池发动机的空气供气系统，包括燃料电池堆、供气管路、外排管路和重组气体循环管路，其中：

所述供气管路包括与所述燃料电池堆连接的进气管路和出气管路，所述进气管路按照气体流动方向依次设有空压机和增湿器，所述增湿器通过所述进气管路和所述出气管路与所述燃料电池堆连接，所述增湿器还连接所述外排管路，所述空压机连接有空压机控制器；

所述外排管路上设有第二电子节气门；

所述重组气体循环管路一端连接所述空压机的进气端，所述重组气体循环管路另一端连接于所述增湿器与所述第二电子节气门之间的所述外排管路上，所述重组气体循环管路按照气体流动方向依次设有第二水分离器和第一电子节气阀。

作为本发明的进一步改进，所述进气管路按照气体流动方向还依次设有第一电磁阀、第一水分离器、空气过滤网、空气流量计和化学过滤器，所述化学过滤器的出气端连接所述空压机的进气端，所述空压机与所述增湿器之间的所述进气管路上还设有中冷器，所述增湿器与所述燃料电池堆之间的所述进气管路和所述出气管路上还分别设有供气参数传感器。

作为本发明的进一步改进，所述第一电子节气门与所述第二水分离器之间的所述重组气体循环管路上还设有储气罐。

作为本发明的进一步改进，所述空压机的出气端与所述第二电子节气门的排气端之间还连接有保护管路，所述保护管路上设有第二电磁阀。

作为本发明的进一步改进，所述燃料电池堆、供气管路、外排管路和重组气体循环管路均设置于同一保护外壳内。

作为本发明的进一步改进，所述中冷器与所述增湿器之间的所述进气管路与所述保护外壳之间设有外壳吹扫管路，所述外壳吹扫管路上设有第三电磁阀，所述保护外壳出气端连接所述外排管路。