CN102751519A - 半被动背压控制阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半被动背压控制阀。具体地，背压控制阀、控制背压的方法和燃料电池系统。在一个形式中，该背压控制阀可安装在主体中，该主体限定出非对称流体通道。该背压控制阀可以包括与该主体协作的轴、与该轴协作的非对称阀片和操作性地连接到所述非对称阀片的偏压装置，其中，该非对称阀片在关闭位置与打开位置之间可旋转。在另一个形式中，一种控制背压的方法可以包括设置包括非对称阀片的背压控制阀和使该非对称阀片在关闭位置与打开位置之间旋转。在又一另外形式中，一种燃料电池系统可以包括燃料电池、限定出非对称氧化剂通道的主体和可安装在该主体中的背压控制阀。

Description

半被动背压控制阀

技术领域

本发明主要涉及背压控制阀，并且尤其涉及燃料电池系统中的背压控制阀、控制背压的方法以及燃料电池系统。

背景技术

固相聚合物电解质燃料电池的典型例子具有膜电极组件，其中，在固相聚合物电解质膜的相对侧上设置阳极和阴极。每个电极组件放置在一对隔板之间以便支撑该电极组件并且形成平板单元电池，并且通常堆叠特定数量的单元电池以获得燃料电池组。

在每个单元电池中，在阳极面对的隔板的表面上形成燃料气体流过的燃料气体通道；同样地，在阴极隔板的表面上形成氧化气体流过的氧化气体通道。另外，在一个单元电池的隔板与接近前一单元电池的另一单元电池的隔板之间形成冷却剂流过的冷却剂通道。

通过打开背压控制阀向氧化气体通道供应氧化气体，该背压控制阀连在氧化气体通道相对于燃料电池的下游端上。如果具有较小截面面积的氧化气体通道接收供应的大量氧化气体，就能够获得高流速，并且能够有效地排出燃料电池产生的水。然而，在背压控制阀附近，气体通道的截面面积较大。因此，通常不能获得足够的流速并且燃料电池释放的产出水的一部分可能留下。

一方面，通过背压控制阀的打开程度来控制供应给燃料电池的氧化气体的流速和压力。背压控制阀，例如蝶形阀，连在氧化气体通道上。通用蝶形阀基本上是对称的以便阀两侧的压差不会在枢轴附近形成显著的转矩。而且，当应用到背压控制时，传统的蝶形阀必须频繁地依靠致动器来控制阀片位置和引起的压差。万一致动器失效，用于电子节气门应用的大多数通用蝶形阀关闭在固定的稍开位置以实现最低发动机运转。在背压应用中，例如在燃料电池系统中，期望阀在停机时关闭，即使失效也部分打开以实现持续的最小流量。因此，期望用于背压控制阀的另外的实施例。

发明内容

在一个实施例中，公开了一种背压控制阀。该背压控制阀可安装在主体中，该主体在其中限定出非对称流体通道。该阀包括轴、非对称阀片和偏压装置。该轴与该主体协作以便该轴延伸穿过该非对称流体通道。该非对称阀片与该非对称流体通道内的该轴协作，并且，该非对称阀片包括被该轴划分的第一阀片节段和第二阀片节段。该第一阀片节段的表面面积基本上小于该第二阀片节段的表面面积，以便该非对称流体通道中的流体压力通过该非对称阀片向该轴施加转矩。该偏压装置操作性地连接到该非对称阀片，其中，该非对称阀片在关闭位置与打开位置之间可旋转。

当处于该关闭位置时，该偏压装置提供关闭转矩，该关闭转矩大于从非对称流体通道中的加压流体向该轴施加的转矩以把该非对称阀片推到该关闭位置上。当处于打开位置时，该加压流体提供打开转矩，该打开转矩基本上大于该关闭转矩以便把该非对称阀片推到该打开位置上。

选择性地，该阀的该非对称流体通道可以是车辆的燃料电池系统中的氧化剂通道。替代地，该阀的该非对称流体通道可以是车辆的燃料电池系统排气流中的排气通道。该非对称流体通道可以包括基本上卵形的形状，并且，该非对称阀片可以包括在大小和形状方面基本上类似于该非对称流体通道的基本上卵形的形状以在它们之间限定出基本上流体密封的连接。

在另一选择中，该非对称阀片可以在该非对称阀片的基本上最大宽度处与该轴协作。该第一阀片节段的表面面积可以比第二阀片节段的表面面积大了约60%至约110%。该非对称阀片可以设置在该非对称流体通道内以便该非对称阀片形成约0°至约60°的座角。该非对称阀片可以进一步地包括设置在该非对称阀片的外缘上的粘接弹力密封。在还有另一个选择中，该偏压装置可以包括弹簧。在仍然另一选择中，该阀可以进一步地包括操作性地连接到该轴的致动器。该阀可以包括被动和半被动中的至少一个。

在另一实施例中，公开了一种控制车辆燃料电池系统中的主体中的背压的方法，该主体限定出非对称氧化剂通道。该方法包括在该非对称氧化剂通道中设置背压控制阀并且使非对称阀片在关闭位置与打开位置之间旋转。

选择性地，该方法可以进一步地包括调整该非对称阀片在关闭位置与打开位置之间的旋转以最优化该非对称氧化剂通道中的流体的流动。调整该非对称阀片的旋转可以包括调整第一阀片节段的表面面积与第二阀片节段的表面面积的比值。替代地，调整该非对称阀片的旋转可以包括调整关闭转矩。

选择性地，该非对称阀片可以设置在该非对称氧化剂通道内以便该非对称阀片形成约0°至约60°的座角，从而，调整该非对称阀片的旋转包括调整该非对称阀片在该非对称氧化剂通道内的座角。在另一选择中，该背压控制阀可以进一步地包括操作性地连接到该轴的致动器，从而，调整该非对称阀片的旋转包括操作该致动器。在仍然另一选择中，对称阀片可以被动地或半被动地在关闭位置与打开位置之间旋转。

在还有另一个实施例中，公开了一种燃料电池系统。该燃料电池系统包括燃料电池、主体和背压控制阀。该燃料电池包括与电解质膜电解相通的阳极和阴极，其中，在该电解质膜的相对侧上设置该阳极和该阴极。该主体限定出与该阴极流体连通的非对称氧化剂通道。该背压控制阀可安装在该主体内。在另一选择中，该系统可以进一步地包括操作性地连接到该轴的致动器。

考虑在此后提供的附图、详细描述和权利要求，根据本发明的这些及其它各种实施例的这些及其它特征和优点将变得更显而易见。

本发明还提供了以下方案：

1. 一种可安装在主体中的背压控制阀，所述主体在其中限定出非对称流体通道，所述阀包括：

轴，其与所述主体协作以便所述轴延伸穿过所述非对称流体通道；

非对称阀片，其在所述非对称流体通道内与所述轴协作，其中，所述非对称阀片包括被所述轴划分的第一阀片节段和第二阀片节段，并且其中，所述第一阀片节段的表面面积基本上小于所述第二阀片节段的表面面积，以便所述非对称流体通道中的流体压力通过所述非对称阀片向所述轴施加转矩；和

偏压装置，其操作性地连接到所述非对称阀片，其中，所述非对称阀片在关闭位置与打开位置之间可旋转，使得：

      当处于所述关闭位置时，所述偏压装置提供关闭转矩，所述关闭转矩大于从所述非对称流体通道中的加压流体向所述轴施加的转矩以把所述非对称阀片推到所述关闭位置上，和

      当处于所述打开位置时，所述加压流体提供打开转矩，所述打开转矩基本上大于所述关闭转矩以便把所述非对称阀片推到所述打开位置上。

2. 如方案1所述的阀，其中，所述非对称流体通道是车辆燃料电池系统中的的氧化剂通道。

3. 如方案1所述的阀，其中，所述非对称流体通道是车辆燃料电池系统排气流中的排气通道。

4. 如方案1所述的阀，其中，所述非对称流体通道包括基本上卵形的形状，并且，所述非对称阀片包括在大小和形状方面基本上类似于所述非对称流体通道的基本上卵形的形状以在它们之间限定出基本上流体密封的连接。

5. 如方案1所述的阀，其中，所述非对称阀片在所述非对称阀片的基本上最大宽度处与所述轴协作。

6. 如方案1所述的阀，其中，所述第一阀片节段的表面面积比所述第二阀片节段的表面面积大了约60%至约110%。

7. 如方案1所述的阀，其中，所述非对称阀片设置在所述非对称流体通道内以便所述非对称阀片形成约0°至约60°的座角。

8. 如方案1所述的阀，其中，所述非对称阀片进一步地包括设置在其外缘上的粘接弹力密封。

9. 如方案1所述的阀，其中，所述偏压装置包括弹簧。

10. 如方案1所述的阀，进一步地包括操作性地连接到所述轴的致动器。

11. 如方案1所述的阀，其中，所述阀是被动和半被动中的至少一个。

12. 一种燃料电池系统，包括：

燃料电池，其包括与电解质膜电解相通的阳极和阴极，其中，在所述电解质膜的相对侧上设置所述阳极和所述阴极；

主体，其限定出与所述阴极流体连通的非对称氧化剂通道；和

背压控制阀，其与所述主体协作，其中，所述阀包括：

      轴，其与所述主体协作以便所述轴延伸穿过所述非对称氧化剂通道；

      非对称阀片，其在所述非对称氧化剂通道内与所述轴协作，其中，所述非对称阀片包括被所述轴划分的第一阀片节段和第二阀片节段，并且其中，所述第一阀片节段的表面面积基本上小于所述第二阀片节段的表面面积，以便所述非对称氧化剂通道中的流体压力通过所述非对称阀片向所述轴施加转矩；和

      偏压装置，其操作性地连接到所述非对称阀片，其中，所述非对称阀片在关闭位置与打开位置之间可旋转，使得：

            当处于所述关闭位置时，所述偏压装置提供关闭转矩，所述关闭转矩大于从所述非对称氧化剂通道中的加压流体向所述轴施加的转矩以把所述非对称阀片推到所述关闭位置上，和

            当处于所述打开位置时，所述加压流体提供打开转矩，所述打开转矩基本上大于所述关闭转矩以便把所述非对称阀片推到所述打开位置上。

13. 如方案12所述的系统，进一步地包括操作性地连接到所述轴的致动器。

14. 一种控制车辆燃料电池系统中的主体中的背压的方法，其中，所述主体在其中限定出非对称氧化剂通道，所述方法包括：

在所述车辆燃料电池系统的所述非对称氧化剂通道中设置背压控制阀，其中，所述背压控制阀包括：

      轴，其与所述主体协作以便所述轴延伸穿过所述非对称氧化剂通道；

      非对称阀片，其在所述非对称氧化剂通道内与所述轴协作，其中，所述非对称阀片包括被所述轴划分的第一阀片节段和第二阀片节段，并且其中，所述第一阀片节段的表面面积基本上小于所述第二阀片节段的表面面积，以便所述非对称氧化剂通道中的流体压力通过所述非对称阀片向所述轴施加转矩；和

      偏压装置，其操作性地连接到所述非对称阀片，其中，所述非对称阀片在关闭位置与打开位置之间可旋转；和

在所述关闭位置与所述打开位置之间旋转所述非对称阀片，使得：

      当处于所述关闭位置时，所述偏压装置提供关闭转矩，所述关闭转矩大于从所述非对称氧化剂通道中的加压流体向所述轴施加的转矩以把所述非对称阀片推到所述关闭位置上，和

      当处于所述打开位置时，所述加压流体提供打开转矩，所述打开转矩基本上大于所述关闭转矩以便把所述非对称阀片推到所述打开位置上。

15. 如方案14所述的方法，进一步地包括调整所述非对称阀片在所述关闭位置与所述打开位置之间的旋转以最优化所述非对称流体通道中的流体的流动。

16. 如方案15所述的方法，其中，调整所述非对称阀片的旋转包括调整所述第一阀片节段的所述表面面积与所述第二阀片节段的所述表面面积的比值。

17. 如方案15所述的方法，其中，调整所述非对称阀片的旋转包括调整所述关闭转矩。

18. 如方案15所述的方法，其中，所述非对称阀片设置在所述非对称氧化剂通道内以便所述非对称阀片形成约0°至约60°的座角，从而，调整所述非对称阀片的旋转包括调整所述非对称阀片在所述非对称氧化剂通道内的所述座角。

19. 如方案15所述的方法，其中，所述背压控制阀进一步地包括操作性地连接到所述轴的致动器，从而，调整所述非对称阀片的旋转包括操作所述致动器。

20. 如方案14所述的方法，其中，所述非对称阀片在所述关闭位置与所述打开位置之间被动地或半被动地旋转。

附图说明

当结合下列附图阅读时，本发明实施例的下列详细描述能够得到最好地理解，附图中相同的结构用相同的附图标记表示，其中：

图1是根据本发明的一个实施例的背压控制阀的正视图；

图2是根据本发明的一个实施例的处于关闭位置的背压控制阀的侧面剖视图，该背压控制阀安装在主体内以形成座角；

图3是根据本发明的一个实施例的处于打开位置的背压控制阀的侧面剖视图，该背压控制阀安装在主体内，该主体限定出非对称流体通道；

图4是根据本发明的一个实施例的燃料电池系统的框图，该燃料电池系统带有安装在非对称氧化剂通道中的背压控制阀；和

图5是根据本发明的一个实施例的车辆，该车辆采用了安装在燃料电池系统排气流中的排气通道中的背压控制阀。

本领域技术人员意识到，为了解释的简单和清楚，图中示出的元件没有必要精确或按比例画出。例如，图中一些元件的尺寸可以相对于其它元件增大，并且移除了常规部件以助于增强对本发明各种实施例的理解。

具体实施方式

下列术语用于本申请中：

在背压控制阀的背景下，本文使用的术语"被动的"和/或"被动地"指的是没有活动部件的基本上固定的阀，其用作控制背压，主要归因于其几何构型。在一个特殊实施例中，背压控制阀是被动的，因为，它用作独立于任何致动机构（例如致动器）打开和/或关闭背压控制阀而控制背压。

在背压控制阀的背景下，本文使用的术语"半被动的"和/或"半被动地"指的是基本上固定的阀，其用作控制背压，主要归因于其几何构型，但是，其在某些情况下可以依靠致动机构打开和/或关闭背压控制阀。例如，半被动背压控制阀如果卡在和/或冻在关闭和/或打开位置就可以操作性地连接到致动器以打开和/或关闭背压控制阀。在另一例子中，半被动背压控制阀可以操作性地连接到致动器以打开和/或关闭背压控制阀从而在操作期间增强和/或稳定背压控制。

背压控制阀。

本发明的实施例涉及背压控制阀和控制背压的方法和燃料电池系统。在一个实施例中，本发明涉及一种背压控制阀。参照图1和2，背压控制阀10可安装在主体12中，该主体在其中限定出非对称流体通道14。阀10包括与主体12协作的轴30、与轴30协作的非对称阀片50和操作性地连接到非对称阀片50的偏压装置70。

参照图4和5，本发明的背压控制阀10可以用在车辆燃料电池系统110中。在一个实施例中，非对称流体通道14可以包括车辆310的燃料电池系统110中的氧化剂通道14。下面描述车辆燃料电池系统110。替代地，在另一实施例中，非对称流体通道14可以包括车辆310的燃料电池系统排气流210中的排气通道。在一个特殊实施例中，燃料电池系统排气流210中的背压控制阀10可以紧密耦合到燃料电池系统110。这样，背压控制阀10可以是热集成的以避免在零下环境温度的情况下的结冰。本领域普通技术人员理解的是，排气流210可以包括但不限于多个管子212、催化转化器（未示出）和/或消声器（未示出）。在一个特殊实施例中，多个管子212限定出排气通道。典型的排气系统210从车辆310的前部附近的发动机室（未示出）延伸到车辆310的后部或后部附近的位置处。然而，背压控制阀10的应用不应当限于本文公开的那些系统，而是可以用在阀10操作控制背压的任何系统中。

在一个实施例中，非对称流体通道14的截面形状可以包括基本上卵形的形状。然而，非对称流体通道14的截面形状不应当限于基本上卵形的，而是可以包括阀10可安装在主体12内以在它们之间限定出基本上流体密封连接的任何形状。

再次参照图1和2，轴30可以与主体12协作以便轴30延伸穿过非对称流体通道14。在一个实施例中，轴30可以可旋转地安装到主体12上以便轴30可以随非对称阀片50旋转，其中，非对称流体通道14中的流体压力通过该非对称阀片向轴30施加转矩。在一个特殊实施例中，轴30可安装成基本上对应于主体12的位置以便阀10设置在主体12内控制背压。

轴30可以用任何适当的安装装置16安装到主体12上，包括但不限于轴承、螺栓、花键、螺钉、螺母、支架、夹子和/或焊接。在一个特殊实施例中，轴30用密封轴承可安装到主体12上。密封轴承可以阻止加压流体从非对称流体通道14泄露。另外，把密封轴承接近于非对称流体通道14放置可以最小化能够截留在轴30与其与主体12的安装座之间的流体量，这能够在流体冻结时引起轴30卡在主体12内。在另一实施例中，轴30可以包括基本上圆柱形的形状。然而，轴30的形状不应当限于基本上圆柱形，而是可以包括轴30可安装在主体12内的任何形状。在一个实施例中，轴30可以包括金属、塑料、聚合物和/或复合材料。在更多实施例中，轴30可以包括玻璃填充的塑料。

非对称阀片50可以在非对称流体通道14内与轴30协作。在一个实施例中，非对称阀片50可以与轴30协作以便非对称阀片50可以随轴30旋转，其中，非对称流体通道14中的流体压力通过非对称阀片50向轴30施加转矩。在一个特殊实施例中，非对称阀片50可以与轴30协作，其中，非对称阀片50集成到、固定到和/或牢固地连接到轴30上。非对称阀片50可以用任何适当的连接装置集成到、固定到和/或牢固地连接到轴30，包括但不限于螺栓、花键、螺钉、铆钉、螺母、支架、夹子和/或焊接。在一个特殊实施例中，非对称阀片50可以用螺钉和/或铆钉固定到和/或牢固地连接到轴30。替代地，非对称阀片50可以集成到轴30上。

非对称阀片50可以包括金属和/或复合材料。在一个特殊实施例中，非对称阀片50可以包括铝。非对称阀片50可以包括基本上卵形的形状。非对称阀片50的基本上卵形的形状允许非对称流体通道中的流体压力通过非对称阀片50向轴30施加转矩。然而，非对称阀片50的形状不应当限于基本上卵形的，而是可以包括允许加压流体通过非对称阀片50向轴施加转矩的任何非对称形状。非对称阀片50的形状在大小和形状方面也应当基本上类似于非对称流体通道14的的形状的大小和形状以在它们之间限定出基本上流体密封的连接。

非对称阀片50可以包括被轴30划分的第一阀片节段52和第二阀片节段54。在一个特殊实施例中，第一阀片节段52的表面面积可以基本上小于第二阀片节段54的表面面积以在非对称阀片50两侧提供压差。这样，加压流体通过非对称阀片50向轴30施加转矩。在一个实施例中，非对称阀片50可以在非对称阀片50的基本上最大宽度处（用双向箭头w示出）与轴30协作。然而，非对称阀片50与轴30的连接不应当限于非对称阀片50的基本上最大宽度，而是可以在任何位置与轴30协作，其中，第一阀片节段52的表面面积可以基本上小于第二阀片节段54的表面面积以便非对称流体通道中的流体压力通过非对称阀片50向轴30施加转矩。

在一个实施例中，第一阀片节段52的表面面积可以比第二阀片节段54的表面面积大了约60%至约110%、或约60%至约100%、或约70%至约90%、或约80%至约90%。在一个特殊实施例中，第一阀片节段52的表面面积可以比第二阀片节段54的表面面积大了约90%。在另一实施例中，第一阀片节段的表面面积可以是非对称阀片50的总表面的约60%至约95%。然而应当注意，此处，为了背压控制阀10安装在限定出类似尺寸的非对称流体通道14的主体12中，提供非对称阀片50的尺寸。因此，为了更大尺寸的非对称流体通道14，非对称阀片50的尺寸可以更大；同样地，为了更小尺寸的非对称流体通道14，非对称阀片50的尺寸可以更小。

在这个特殊实施例中，可以选择第一阀片节段52的表面面积和第二阀片节段54的表面面积以便相对于背压调整加压流体通过非对称流体通道14的流动。因此，可以选择第一阀片节段52的表面面积和第二阀片节段54的表面面积以便控制背压。

参照图2，在另一实施例中，非对称阀片50可以设置在非对称流体通道14内以便非对称阀片50形成约0°至约15°、或约15°至约30°、或约30°至约60°的座角θ。在一个特殊实施例中，非对称阀片50可以设置在非对称流体通道14内以便非对称阀片50形成约45°的座角θ。可以调整非对称阀片50形成的座角θ以增大和/或减小非对称阀片50的非对称性。例如，更大的座角θ可以增大非对称阀片50的非对称性，而更小的座角θ可以减小非对称阀片50的非对称性。下面在表1中提供非对称阀片50的尺寸和座角θ的示范性例子。

表1

参照图3，非对称阀片50可以包括外缘56。在一个特殊实施例中，非对称阀片50的外缘56可以是刚性的。在另一实施例中，非对称阀片50的外缘56可以进一步地包括粘接键弹力密封58。在更多的实施例中，粘接弹力密封58可以包括乙烯丙烯二烯系单体（以下"EPDM"）。然而，粘接弹力密封58不应当限于EPDM，而是可以包括任何材料以便粘接弹力密封可以在非对称阀片50与非对称流体通道14之间形成基本上流体密封的连接。

偏压装置70可以操作性地连接到非对称阀片50，其中，非对称阀片50在关闭位置与打开位置之间可旋转。偏压装置70可以包括任何偏压装置，其中，非对称阀片50在关闭位置与打开位置之间可旋转。更具体地，偏压装置70可以包括任何偏压装置，其中，偏压装置提供关闭转矩，该关闭转矩大于从非对称流体通道14中的加压流体向轴30施加的转矩以把非对称阀片50推到该关闭位置上。在一个特殊实施例中，偏压装置70可以包括弹簧。在更多的实施例中，偏压装置70可以包括扭力弹簧。在这个特殊实施例中，可以选择第弹簧刚度以便相对于背压调整加压流体通过非对称流体通道14的流动。因此，可以选择弹簧刚度以便控制背压。

如图2所示，在一个实施例中，偏压装置70把非对称阀片50推到关闭位置上。当处于关闭位置时，非对称阀片50基本上阻止加压流体通过非对称流体通道14的流动（用单向箭头f示出）。在一个特殊实施例中，关闭转矩可以是约0.03纳米至约0.22纳米、或约0.04纳米至约0.18纳米、或约0.05纳米至约0.1纳米、或约0.06纳米至约0.1纳米。在一个特殊实施例中，关闭转矩可以是约0.1纳米。

如图3所示，当处于打开位置时，该加压流体提供打开转矩，该打开转矩基本上大于该关闭转矩以便把该非对称阀片推到该打开位置上。当处于打开位置时，非对称阀片50允许止加压流体通过非对称流体通道14的流动（用单向箭头f示出）。在一个特殊实施例中，打开转矩可以是约0.04纳米至约0.40纳米、或约0.06纳米至约0.30纳米、或约0.08纳米至约0.20纳米。在一个特殊实施例中，关闭转矩可以是约0.20纳米。如上面描述和例举的，背压控制阀10可以是被动的。下面在表2中提供非对称阀片50的第一阀片节段52和第二阀片节段54上的力矩的示范性例子。

表2

背压控制阀10可以进一步地包括操作性地连接到轴50的致动器90。致动器90可以操作性地连接到轴以便它向轴30施加转矩。致动器90可以向轴30施加关闭转矩和/或打开转矩。这样，致动器90可以用于相对于背压调整加压流体通过非对称流体通道14的流动。因此，还可以利用致动器90进一步地控制背压。致动器90还可以在背压控制阀卡在或冻在关闭和/或打开位置时用于打开和/或关闭背压控制阀10。这样，致动器90可以包括假致动器，其中，致动器90可以接合以打开和/或关闭背压控制阀10或不接合。在这个特殊实施例中，背压控制阀10可以是半被动的。可以操作性地连接到该轴的致动器90的例子包括但是不限于电动机、气动致动器、液压致动器、线性致动器、梳形驱动器、压电致动器、放大压电致动器、热双压电晶片、微镜装置和/或电活化聚合物。在一个特殊实施例中，致动器90可以包括通过一组减速齿轮驱动的直流电动机。

如上面描述和例举的，背压控制阀10可以提供下列优点，包括但不限于：（1）被动背压控制；（2）半被动背压控制；（3）自动关闭机构，其在停机时把非对称阀片50推到关闭位置；（4）增强对致动器90失效的耐用性；（5）减小致动器90转矩；（5）实现假致动器90的使用；和（6）合算。

控制背压的方法。

在另一实施例中，本发明涉及一种控制车辆燃料电池系统中的主体12中的背压的方法，其中，主体12在其中限定出非对称氧化剂通道14。该方法包括在非对称氧化剂通道14中设置背压控制阀10并且使非对称阀片30在关闭位置与打开位置之间旋转。背压控制阀10如上面描述和例举的。

在一个实施例中，该方法可以进一步地包括调整非对称阀片50在关闭位置与打开位置之间的旋转以最优化非对称氧化剂通道14中的流体的流动。在一个实施例中，调整非对称阀片50的旋转可以包括调整第一阀片节段52的表面面积与第二阀片节段54的表面面积的比值。在另一实施例中，调整非对称阀片50的旋转可以包括调整关闭转矩。在一个特殊实施例中，可以通过选择各种弹簧刚度如上文描述和例举的那样调整该关闭转矩。

在另一实施例中，非对称阀片50可以设置在非对称氧化剂通道14内以便非对称阀片50形成约0°至约60°的座角θ。在这个特殊实施例中，调整非对称阀片50的旋转可以包括调整非对称阀片50在非对称氧化剂通道14内的座角θ。在另一实施例中，非对称阀片50可以被动地和/或半被动地在关闭位置与打开位置之间旋转。

燃料电池系统。

在仍然另一实施例中，本发明涉及一种燃料电池系统110。参照图4，燃料电池系统110可以包括至少一个燃料电池136、主体12和可安装在主体内12的背压控制阀10。本领域普通技术人员理解的是，该至少一个燃料电池136可以包括燃料电池组130。本领域普通技术人员还理解的是，燃料电池组130可以包括配置到电池组中的多个燃料电池136，其中，该多个燃料电池136通过端板132、134紧固在电池组内。本领域普通技术人员进一步理解的是，燃料电池系统110可以进一步地包括但不应当限于氧化剂供给150、散热片152、阴极增湿器154、空气排出156、燃料供给170、压力控制器172、喷射器174、阳极增湿器176和氢排出178。氧化剂供给150、散热片152、阴极增湿器154和空气排出156可以与阴极流体连通。特别地，空气排出156可以在阴极下游与阴极流体连通。燃料供给170、压力控制器172、喷射器174、阳极增湿器176和氢排出178可以与阳极流体连通。燃料电池系统110可以并入车辆310中。

该至少一个燃料电池136可以包括与电解质膜电解相通的阳极和阴极。在一个特殊实施例中，该阳极和该阴极可以设置在电解质膜的相对侧上。主体12可以限定出与该阴极流体连通的氧化剂通道14。在一个特殊实施例中，氧化剂通道14在阴极下游与该阴极流体连通。氧化剂通道14可以在空气排出156的上游或下游。背压控制阀10如上面描述和例举的那样可安装在主体10内。

为了描述和限定本发明，注意到，术语"约"和"基本上"在此处用来代表固有的不确定度，这可以归因于任何定量比较结果、数值、测量结果或其它表示法。术语"约"和"基本上"在此处同时用于代表定量表达可能不同于规定基准的程度，该程度不会引起争论中的主题的基本功能的变化。

上面的描述和附图只是看成说明示范性实施例，其获得本发明的特征和优点。在不脱离本发明目的和范围的情况下，能够修改和置换所描述的特征和步骤。因此，本发明不看成受到前述描述和附图的限制，而仅仅由所附权利要求的范围限制。

Claims (10)

1.一种可安装在主体中的背压控制阀，所述主体在其中限定出非对称流体通道，所述阀包括：

轴，其与所述主体协作以便所述轴延伸穿过所述非对称流体通道；

非对称阀片，其在所述非对称流体通道内与所述轴协作，其中，所述非对称阀片包括被所述轴划分的第一阀片节段和第二阀片节段，并且其中，所述第一阀片节段的表面面积基本上小于所述第二阀片节段的表面面积，以便所述非对称流体通道中的流体压力通过所述非对称阀片向所述轴施加转矩；和

偏压装置，其操作性地连接到所述非对称阀片，其中，所述非对称阀片在关闭位置与打开位置之间可旋转，使得：

      当处于所述关闭位置时，所述偏压装置提供关闭转矩，所述关闭转矩大于从所述非对称流体通道中的加压流体向所述轴施加的转矩以把所述非对称阀片推到所述关闭位置上，和

      当处于所述打开位置时，所述加压流体提供打开转矩，所述打开转矩基本上大于所述关闭转矩以便把所述非对称阀片推到所述打开位置上。

2.如权利要求1所述的阀，其中，所述非对称流体通道是车辆燃料电池系统中的的氧化剂通道。

3.如权利要求1所述的阀，其中，所述非对称流体通道是车辆燃料电池系统排气流中的排气通道。

4.如权利要求1所述的阀，其中，所述非对称流体通道包括基本上卵形的形状，并且，所述非对称阀片包括在大小和形状方面基本上类似于所述非对称流体通道的基本上卵形的形状以在它们之间限定出基本上流体密封的连接。

5.如权利要求1所述的阀，其中，所述非对称阀片在所述非对称阀片的基本上最大宽度处与所述轴协作。

6.如权利要求1所述的阀，其中，所述第一阀片节段的表面面积比所述第二阀片节段的表面面积大了约60%至约110%。

7.如权利要求1所述的阀，其中，所述非对称阀片设置在所述非对称流体通道内以便所述非对称阀片形成约0°至约60°的座角。

8.如权利要求1所述的阀，其中，所述非对称阀片进一步地包括设置在其外缘上的粘接弹力密封。

9.一种燃料电池系统，包括：

燃料电池，其包括与电解质膜电解相通的阳极和阴极，其中，在所述电解质膜的相对侧上设置所述阳极和所述阴极；

主体，其限定出与所述阴极流体连通的非对称氧化剂通道；和

背压控制阀，其与所述主体协作，其中，所述阀包括：

      轴，其与所述主体协作以便所述轴延伸穿过所述非对称氧化剂通道；

      非对称阀片，其在所述非对称氧化剂通道内与所述轴协作，其中，所述非对称阀片包括被所述轴划分的第一阀片节段和第二阀片节段，并且其中，所述第一阀片节段的表面面积基本上小于所述第二阀片节段的表面面积，以便所述非对称氧化剂通道中的流体压力通过所述非对称阀片向所述轴施加转矩；和

      偏压装置，其操作性地连接到所述非对称阀片，其中，所述非对称阀片在关闭位置与打开位置之间可旋转，使得：

            当处于所述关闭位置时，所述偏压装置提供关闭转矩，所述关闭转矩大于从所述非对称氧化剂通道中的加压流体向所述轴施加的转矩以把所述非对称阀片推到所述关闭位置上，和

            当处于所述打开位置时，所述加压流体提供打开转矩，所述打开转矩基本上大于所述关闭转矩以便把所述非对称阀片推到所述打开位置上。

10.一种控制车辆燃料电池系统中的主体中的背压的方法，其中，所述主体在其中限定出非对称氧化剂通道，所述方法包括：

在所述车辆燃料电池系统的所述非对称氧化剂通道中设置背压控制阀，其中，所述背压控制阀包括：

      轴，其与所述主体协作以便所述轴延伸穿过所述非对称氧化剂通道；

      非对称阀片，其在所述非对称氧化剂通道内与所述轴协作，其中，所述非对称阀片包括被所述轴划分的第一阀片节段和第二阀片节段，并且其中，所述第一阀片节段的表面面积基本上小于所述第二阀片节段的表面面积，以便所述非对称氧化剂通道中的流体压力通过所述非对称阀片向所述轴施加转矩；和

      偏压装置，其操作性地连接到所述非对称阀片，其中，所述非对称阀片在关闭位置与打开位置之间可旋转；和

在所述关闭位置与所述打开位置之间旋转所述非对称阀片，使得：

      当处于所述关闭位置时，所述偏压装置提供关闭转矩，所述关闭转矩大于从所述非对称氧化剂通道中的加压流体向所述轴施加的转矩以把所述非对称阀片推到所述关闭位置上，和

当处于所述打开位置时，所述加压流体提供打开转矩，所述打开转矩基本上大于所述关闭转矩以便把所述非对称阀片推到所述打开位置上。

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