CN101170186A - 一种燃料电池系统空气供应量的调节系统 - Google Patents

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胡军
苌国强
回晓康
李�杰
明平文
衣宝廉
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Abstract

本发明涉及燃料电池系统，具体说是一种调节燃料电池系统空气供应量的调节系统，应用于燃料电池空气供应系统中。所述的空气供应系统包括依次串联的与环境空气相通的空气供应机械、增湿器及燃料电池堆，由燃料电池堆阴极出来的气体通过增湿器后排空，调节系统为设置于空气供应机械与增湿器之间或增湿器与燃料电池堆阴极入口之间的旁路管道、以及设置于旁路管道上的电动旁路调节阀门，旁路调节阀门与空气相通。本发明通过改变电动旁路调节阀的流通截面，可快速改变空气的旁路流量，由此快速调节供入燃料电池堆的空气量；其可用于燃料电池发动机或其它燃料电池系统；使供入电池堆的空气量迅速与运行电流相匹配，有利于稳定燃料电池堆的性能，提高其寿命。

Description

一种燃料电池系统空气供应量的调节系统
技术领域
本发明涉及燃料电池系统，具体说是一种燃料电池系统空气供应量的调节系统，其为一种快速改变燃料电池堆空气供应量的旁路调节系统。
背景技术
燃料电池是一种通过电化学反应将化学能转变为电能的发电装置。电池运行时，供入的氧化剂和燃料在电催化剂作用下发生电化学反应，直接产生直流电。燃料电池发动机由燃料电池堆、氧化剂供应系统、燃料供应系统、水热管理系统和控制系统等组成。燃料电池发动机在工作时通过向燃料电池堆源源不断供入燃料和氧化剂输出电能，驱动电机运转而使电动车行驶。发动机的氧化剂供应系统通常向燃料电池堆供入空气，可采用鼓风机供入低压空气，也可采用空压机供入加压空气。发动机运行时，供入燃料电池堆的空气量应当与电池堆的输出电流相匹配。供入的空气量过大将增大内耗，同时造成燃料电池的电解质失水，导致电池堆性能降低；供入的空气量过小会造成供应不足，电池堆无法达到要求的输出功率。
电动车行驶时，对燃料电池发动机的功率需求不断变化，因此电池堆的运行电流也频繁改变，这就要求随时调整空气的供入量。通常采用调整鼓风机或空压机的转速来改变供入量，例如，当燃料电池堆在低电流运行时，鼓风机或空压机采用低转速运转；当燃料电池堆在高电流运行时，鼓风机或空压机采用高转速运转。为了满足车的行驶要求，电池堆的输出电流往往在1秒内就会大幅度增加，但使鼓风机或空压机的转速提高到要求值则需要数倍的时间，因此电池堆在加载后的一段时间内空气供应不足，这对电池堆的整体寿命和个别单池的性能非常不利。
发明内容
本发明的目的在于提供一种调节燃料电池系统空气供应量的调节系统，其可快速改变空气供应量，以缓解燃料电池堆加载时空气供应不足的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种调节燃料电池系统空气供应量的调节系统，应用于燃料电池空气供应系统中，所述的空气供应系统包括依次串联的与环境空气相通的空气供应机械、增湿器及燃料电池堆，由燃料电池堆阴极出来的气体通过增湿器后排空，所述调节系统为设置于空气供应机械与增湿器之间或增湿器与燃料电池堆阴极入口之间的旁路管道、以及设置于旁路管道上的旁路调节阀门，旁路调节阀门与空气相通。
所述旁路调节阀门上的阀杆通过连轴器与一电机的传动轴相连；电机通过线路连接有电机控制器；电机控制器通过线路与燃料电池控制系统相连；在燃料电池堆阴极出口与增湿器之间可设置有膨胀机。空气供应机械可以为鼓风机或空压机。
本发明的优点与积极效果为：
1.旁路调节系统结构简单。本发明在常用的燃料电池发动机空气供应系统中加设一旁路调节体系，其包括旁路管道、流通截面可调的电动旁路调节阀、旁路调节装置控制器；所述的旁路调节系统可放置在空气增湿器前，也可放置在燃料电池堆阴极入口之前；结构简单，所需成本低。其中的旁路调节装置即可采用现有的产品，也可自行加工。
2.可快速调节燃料电池堆的空气供入量。本发明通过旁路调节装置控制器，可以快速改变电动旁路调节阀的流通截面积，从而快速改变空气的旁路流量，燃料电池堆的空气供入量也由此而快速调节。
3.使用方便。鼓风机或空压机的控制方式更为灵活，整个发动机运行期间，鼓风机或空压机可以采用恒速运转，也可以分档设定鼓风机或空压机的转速。
4.应用范围广。本发明即可用于低压燃料电池发动机系统，又可用于加压燃料电池发动机系统，也可用于其它燃料电池系统，如燃料电池单池或堆的评价装置。
5.应用效果好。本发明可使供入燃料电池堆的空气量迅速与其运行电流相匹配，有利于稳定燃料电池堆的性能，提高其寿命。
附图说明
图1为常用的低压型燃料电池发动机空气供应系统的连接框图；
图2为常用的加压型燃料电池发动机空气供应系统的连接框图；
图3为本发明在低压型燃料电池发动机空气供应系统中的使用框图1；
图4为本发明在低压型燃料电池发动机空气供应系统中的使用框图2；
图5为本发明在加压型燃料电池发动机空气供应系统中的使用框图1；
图6为本发明在加压型燃料电池发动机空气供应系统中的使用框图2；
具体实施方式
燃料电池发动机空气供应系统可以采用如图3～图6所示的方式构建。
所述的空气供应量调节系统的一种使用方式是：发动机运行过程中，供应空气的空压机或鼓风机恒定于高转速。当发动机怠速运行时，调整电动旁路调节装置的流通截面，使之最大，此时大量的空气通过旁路流出，可确保供入电池堆的空气量不会过多而造成电池堆失水，另外由于旁路截面最大时鼓风机或空压机的出口压力较低，因此内耗值较小；当发动机输出功率提高时，调整电动旁路调节装置的流通截面使之减小，从而增大电池堆的供入空气量；当发动机满载运行时，调整电动旁路调节装置的流通截面使之关闭，此时鼓风机或空压机供应的空气全部流入电池堆。
所述的空气供应量调节系统一种使用方式是：发动机运行过程中，供应空气的空压机或鼓风机的转速设定为几个档位，如分为中速档和高速档两个档位，也可分为更多档位。当发动机在中低载运行时，空压机或鼓风机恒速运转在中速档，通过改变电动旁路调节装置的流通截面来调节空气旁路量，从而使燃料电池堆的空气供应量与电池堆的输出电流相匹配；当发动机在中高载运行时，空压机或鼓风机恒速运转在高速档，通过改变电动旁路调节装置的流通截面来调节空气旁路量，使燃料电池堆的空气供应量与其运行电流相匹配。这种方式有利于降低发动机低载运行时的内耗。

Claims (6)

1.一种调节燃料电池系统空气供应量的调节系统，应用于燃料电池空气供应系统中，所述的空气供应系统包括依次串联的与环境空气相通的空气供应机械、增湿器及燃料电池堆，由燃料电池堆阴极出来的气体通过增湿器后排空，其特征在于：所述调节系统为设置于空气供应机械与增湿器之间或增湿器与燃料电池堆阴极入口之间的旁路管道、以及设置于旁路管道上的旁路调节阀门，旁路调节阀门与空气相通。
2.按照权利要求1所述的调节系统，其特征在于：所述旁路调节阀门上的阀杆通过连轴器与一电机的传动轴相连。
3.按照权利要求1所述的调节系统，其特征在于：所述电机通过线路连接有电机控制器。
4.按照权利要求1所述的调节系统，其特征在于：所述电机控制器通过线路与燃料电池控制系统相连。
5.按照权利要求1所述的调节系统，其特征在于：在燃料电池堆阴极出口与增湿器之间可设置有膨胀机。
6.按照权利要求1所述的调节系统，其特征在于：所述空气供应机械可以为鼓风机或空压机。
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