CN110190298A - 用于氢燃料电池的空气供应系统及供应方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于氢燃料电池的空气供应系统，其中本发明用于氢燃料电池的空气供应系统包括用于向燃料电池堆供应正压空气的空气压缩机和辅助控制空气供应通路的背压阀，其中本发明用于氢燃料电池的空气供应系统能够在控制向燃料电池堆提供适当空气供应的情况下，降低空气压缩机对能量的无效消耗。
Description
技术领域
本发明涉及氢燃料电池，尤其涉及一种用于氢燃料电池的空气供应系统。本发明进一步涉及一种用于氢燃料电池的空气供应方法。
背景技术
燃料电池是一种新型的能够将燃料的化学能转化成电能的发电装置。作为近些年来快速发展的新型能源利用方式，其在最近几年逐渐走向实际使用，例如，作为机动车的动力源。燃料电池，尤其是氢燃料电池，具有发电效率高、环境污染小等优点，也日益受人们重视。相应地，氢能也被认为是有希望替代传统能源，如化石燃料等的新型燃料。
燃料电池的反应物包括燃料和氧化剂。例如，常见的氢燃料电池，其燃料为氢气，氧化剂为氧气(或空气)。在氢燃料电池运行期间，氢燃料电池持续向其燃料电池堆提供作为燃料的氢气和作为氧化剂的氧气，氢氧发生反应生成水和电能，电能通过供电电路被提供给负载(或用电设备)。一般地，氢燃料电池向其燃料电池堆提供的氢为压缩氢气，且其压力相对恒定。而氢燃料电池向其燃料电池堆提供的氧气通常来自空气，氢燃料电池通过其空气压缩机将空气提供给相应燃料电池堆。因此，氢燃料电池在正常运行时，氢燃料电池产生的电能一部分被提供给(目标)用电设备，另一部分被用于维持空气压缩机的运转，以使其能够持续向氢燃料电池提供空气和确保氢燃料电池的正常运行。然而，现有燃料电池，尤其是大多数现有的氢燃料电池，为了确保其具有更大的功率密度和更高的输出功率，并未考虑空气压缩机的运行对氢燃料电池产生电能的消耗。这种对氢燃料电池的空气压缩机运行的优化的缺乏导致氢燃料的浪费、氢燃料电池续航里程的降低和氢燃料电池的运行成本的升高。换句话说，现有绝大多数氢燃料电池没有在确保其输出功率的前提下，对氢燃料电池的空气压缩机的电能消耗导致的氢消耗进行优化和提高氢燃料电池的整体输出性能。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种用于氢燃料电池的空气供应系统，其中本发明用于氢燃料电池的空气供应系统能够根据氢燃料电池的输出功率控制其空气压缩机的转速和其背压阀的开度，以在确保氢燃料电池在正常运行和供应电能的同时，尽可能降低氢燃料电池空气压缩机的能量消耗。
本发明的另一目的在于提供一种用于氢燃料电池的空气供应系统，其中本发明用于氢燃料电池的空气供应系统能够根据氢燃料电池的输出功率或用电设备的消耗功率调节其空气压缩机的转速和其背压阀的开度，以使被提供给氢燃料电池的燃料电池堆的空气具有一个适当的压力，从而改善氢燃料电池的性能。
本发明的另一目的在于提供一种用于氢燃料电池的空气供应系统，其中本发明用于氢燃料电池的空气供应系统被设置能够在输出功率减小时，优先通过降低氢燃料电池的空气压缩机的转速的方式，降低氢燃料电池的功率输出能力，从而在确保该氢燃料电池的输出功率的情况下，降低空气压缩机的能量消耗。
本发明的另一目的在于提供一种用于氢燃料电池的空气供应系统，其中本发明用于氢燃料电池的空气供应系统被设置能够在输出功率减小，且该氢燃料电池的燃料电池堆内的空气的气压大于一个第一预设高压时，优先通过降低氢燃料电池的空气压缩机的转速的方式，降低氢燃料电池的功率输出能力，以在确保该氢燃料电池的输出功率的情况下，降低空气压缩机的能量消耗。
本发明的另一目的在于提供一种用于氢燃料电池的空气供应系统，其中本发明用于氢燃料电池的空气供应系统被设置能够在输出功率增加，且该氢燃料电池的燃料电池堆内的空气的气压小于一个第一预设气压时，优先通过减小背压阀开度的方式，提高氢燃料电池的功率输出能力，以使该氢燃料电池能够输出更大功率。
本发明的另一目的在于提供一种用于氢燃料电池的空气供应系统，其中本发明用于氢燃料电池的空气供应系统被设置能够在输出功率增加，且实时输出功率P实<P转时，优先通过调节背压阀开度的方式，增加氢燃料电池的功率输出能力，其中P转为当本发明用于氢燃料电池的空气供应系统的空气压缩机的转速为R转时，本发明氢燃料电池的最大适当输出功率。进一步地，当本发明用于氢燃料电池的空气供应系统能够在输出功率增加，且实时输出功率P实>P转时，增加本发明用于氢燃料电池的空气供应系统的空气压缩机的转速，以增加氢燃料电池的功率输出能力。可以理解，本发明氢燃料电池的最大适当输出功率P转小于本发明用于氢燃料电池的空气供应系统的空气压缩机的转速为R转时，本发明氢燃料电池的最大输出功率。
本发明的另一目的在于提供一种用于氢燃料电池的空气供应系统，其中本发明用于氢燃料电池的空气供应系统被设置能够在该氢燃料电池启动时，控制该空气供应系统的空气压缩机处于最小转速和控制该空气供应系统的背压阀处于最大开度。
本发明的另一目的在于提供一种用于氢燃料电池的空气供应系统，其中本发明用于氢燃料电池的空气供应系统被进一步设置能够向氢燃料电池供应空气，且被提供的空气具有一个预设冗余。
本发明的另一目的在于提供一种用于氢燃料电池的空气供应方法，其中本发明用于氢燃料电池的空气供应方法能够根据氢燃料电池的输出功率控制其空气压缩机的转速和背压阀的开度，以在确保氢燃料电池在正常运行和供应电能的同时，尽可能降低氢燃料电池空气压缩机的能量消耗。
本发明的其它目的和特点通过下述的详细说明得以充分体现并可通过所附权利要求中特地指出的手段和装置的组合得以实现。
依本发明的一个方面，能够实现前述目的和其他目的的本发明用于氢燃料电池的空气供应系统包括：
至少一空气压缩机；
至少一背压阀；和
控制模块，其中该空气压缩机被设置在该氢燃料电池的空气供应通路，该背压阀被设置在该氢燃料电池的空气排气通路，其中该空气压缩机和该背压阀分别与该控制模块可通电地相连接，以使该控制模块能够控制该空气压缩机的转速和该背压阀的开度，从而使得该控制模块能够通过控制该空气压缩机的转速和该背压阀的开度，控制向该氢燃料电池的燃料电池堆供应空气。
依本发明的另一个方面，本发明进一步提供一种用于氢燃料电池的空气供应方法，其包括下述步骤：
(a)启动氢燃料电池；和
(b)控制该氢燃料电池的空气压缩机的转速处于其最小转速和控制该氢燃料电池的背压阀的开度处于其最大开度。
通过对随后的描述和附图的理解，本发明进一步的目的和目的将得以充分体现。
本发明的这些和其它目的、特点和目的，通过下述的详细说明，附图和权利要求得以充分体现。
附图说明
图1是根据本发明实施例的用于氢燃料电池的空气供应系统的结构示意图。
图2是根据本发明实施例的用于氢燃料电池的空气供应系统的另一结构示意图。
图3是根据本发明实施例的用于氢燃料电池的空气供应系统的背压控制装置的结构示意图。
图4是根据本发明实施例的用于氢燃料电池的空气供应方法的流程图。
图5是根据本发明实施例的用于氢燃料电池的空气供应方法的另一流程图。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。
参考说明书附图之图1至图5，依本发明实施例的用于氢燃料电池的空气供应系统被阐明，其中本发明用于氢燃料电池的空气供应系统包括一控制模块10、至少一空气压缩机20和至少一背压阀30，其中该空气压缩机20被设置在该氢燃料电池1的空气供应通路101，该背压阀30被设置在该氢燃料电池1的空气排气通路102，其中该空气压缩机20和该背压阀30分别与该控制模块10可通电地相连接，以使该控制模块10能够控制该空气压缩机20的转速和该背压阀30的开度，从而使得该控制模块10能够通过控制该氢燃料电池1的该空气压缩机20和该背压阀30，控制向该氢燃料电池1的燃料电池堆2供应空气。换句话说，向该氢燃料电池1的燃料电池堆2的空气供应同时受该氢燃料电池1的该空气压缩机20和该背压阀30的影响。可以理解，本发明用于氢燃料电池的空气供应系统的该空气压缩机20通过空气供应通路101向该氢燃料电池1的燃料电池堆2供应正压空气。
值得注意的是，氢燃料电池在运行和发电时，其产生的电量受氢燃料供应、空气(或氧气)供应和用电设备用电情况的影响。当氢和/或空气的供应不足时，氢燃料电池的最大发电量变小，其产生的电能将可能无法满足用电设备的用电需求。而当氢和空气的供应过量时，尽管氢燃料电池产生的电能能够满足用电设备的用电需求，但空气的过度供应，尤其是氢燃料电池的空气压缩机20的转速过高导致的空气过度供应，却可能导致氢燃料电池产生的电能的过度消耗和氢燃料的浪费。此外，常见的氢燃料电池大多通过氢气瓶等氢气容器供应压缩氢气，通过空气压缩机20和背压阀30控制压缩空气的供应。因此，对于给定的氢燃料电池而言，氢气的压力较为恒定，而空气的压力的可调节范围更大。因此，保持氢燃料电池的空气压缩机20的合理转速，以在确保空气供应能够满足氢燃料电池的发电需要的同时，尽量降低空气压缩机20的转速，是有必要的。
如附图之图1至图5所示，依本发明实施例的用于氢燃料电池的空气供应系统的该控制模块10与该空气压缩机20可通电地相连接，以使该控制模块10能够控制该空气压缩机20的转速。如附图之图1至图5所示，本发明用于氢燃料电池的空气供应系统的该背压阀30与该控制模块10可通电地相连接，以使该控制模块10能够控制该背压阀30的开度。相应地，该空气压缩机20和该背压阀30分别与该控制模块10可通电地相连接，以使该控制模块10能够控制该空气压缩机20的转速和该背压阀30的开度，从而使得该控制模块10能够控制通过该氢燃料电池1的空气供应通路101被提供给该氢燃料电池1的空气供应。
如附图之图1至图5所示，依本发明实施例的用于氢燃料电池的空气供应系统的该控制模块10被设置能够在该氢燃料电池启动时，控制该空气压缩机20的转速处于最小转速和该背压阀30的开度处于最大开度。控制该空气压缩机20的转速处于最小转速和该背压阀30的开度处于最大开度，有助于该氢燃料电池在用电设备的用电功率较大时，快速响应和迅速提高该氢燃料电池的输出功率，从而使该氢燃料电池的输出功率能够与大多数机器在开机启动时，用电功率较小，在稳定运行时，用电功率上升的情况相适应。同时，控制该空气压缩机20的转速处于最小转速和该背压阀30的开度处于最大开度，也进一步避免在提高该氢燃料电池的输出功率时，需要同时控制该氢燃料电池的该空气压缩机20和该背压阀30的开度，加快了该氢燃料电池(或该空气压缩机20)的响应速度。进一步地，控制该空气压缩机20的转速处于最小转速和该背压阀30的开度处于最大开度，也有助于该氢燃料电池在用电设备的用电功率较小时，快速响应和迅速降低该氢燃料电池的输出功率。优选地，本发明用于氢燃料电池的空气供应系统的该控制模块10被设置能够在需要增加空气供应时，优先通过调节该背压阀30的开度的方式，增加空气供应，和在需要减少空气供应时，优先通过降低氢燃料电池的空气压缩机20的转速的方式，减少空气供应。本发明用于氢燃料电池的空气供应系统的空气供应控制方式可有效降低氢燃料电池的空气压缩机20的能量消耗。
进一步地，依本发明实施例的用于氢燃料电池的空气供应系统的该控制模块10被设置能够在本发明氢燃料电池的输出功率减小时，优先通过降低氢燃料电池的空气压缩机的转速的方式，降低氢燃料电池的功率输出能力，从而在确保该氢燃料电池的输出功率的情况下，降低空气压缩机的能量消耗。
进一步地，依本发明实施例的用于氢燃料电池的空气供应系统的该控制模块10被设置能够在该氢燃料电池的输出功率减小，且该氢燃料电池的燃料电池堆内的空气的气压大于一个第一预设高压时，优先通过降低氢燃料电池的空气压缩机的转速的方式，降低氢燃料电池的功率输出能力，以在确保该氢燃料电池的输出功率的情况下，降低空气压缩机的能量消耗。
进一步地，依本发明实施例的用于氢燃料电池的空气供应系统的该控制模块10被设置能够在该氢燃料电池的输出功率增加，且该氢燃料电池的燃料电池堆内的空气的气压小于一个第一预设气压时，优先通过减小背压阀开度的方式，提高氢燃料电池的功率输出能力，以使该氢燃料电池能够输出更大功率。
进一步地，依本发明实施例的用于氢燃料电池的空气供应系统的该控制模块10被设置能够在该氢燃料电池的输出功率增加，且实时输出功率P实<P转时，优先通过调节背压阀开度的方式，增加氢燃料电池的功率输出能力，其中P转为当本发明用于氢燃料电池的空气供应系统的空气压缩机的转速为R转时，本发明氢燃料电池的最大适当输出功率。进一步地，当本发明用于氢燃料电池的空气供应系统能够在输出功率增加，且实时输出功率P实>P转时，增加本发明用于氢燃料电池的空气供应系统的空气压缩机的转速，以增加氢燃料电池的功率输出能力。可以理解，本发明氢燃料电池的最大适当输出功率P转小于本发明用于氢燃料电池的空气供应系统的空气压缩机的转速为R转时，本发明氢燃料电池的最大输出功率。
值得注意的是，为了确保氢燃料电池1向用电设备和负载的用电和应付各种突发情况，如用电设备的用电功率的突然增大，本发明用于氢燃料电池的空气供应系统的该控制模块10被设置能够控制该空气压缩机20的转速满足氢燃料电池1可能的额外的空气供应需求的冗余空气供应。换句话说，该空气压缩机20的转速被控制向该氢燃料电池1的该燃料电池堆2供应的空气超过当前该氢燃料电池1的该燃料电池堆2在当前用电设备的用电功率下，该氢燃料电池1的该燃料电池堆2需要的空气供应。这样，即使用电设备的用电功率突然增大，也可确保向该用电设备的电力供应得到满足。更优选地，该控制模块10被设置能够根据该氢燃料电池1的实时输出功率(或用电设备的用电功率)控制该空气压缩机20的转速和该背压阀30的开度。例如，该氢燃料电池1的空气压缩机20以当前转速转动，且该背压阀30的开度开至最大时，该氢燃料电池1的最大输出功率为Wmax，该氢燃料电池1的实时输出功率为W实，则当该氢燃料电池1的实时输出功率W实不大于该氢燃料电池1的最大输出功率Wmax与该氢燃料电池1的冗余输出功率W冗的差值时，该控制模块10通过调节该背压阀30的开度，调节向该燃料电池堆2的空气供应；当该氢燃料电池1的实时输出功率W实大于该氢燃料电池1的最大输出功率Wmax与该氢燃料电池1的冗余输出功率W冗的差值时，该控制模块10通过调节该空气压缩机20的转速和该背压阀30的开度，调节向该燃料电池堆2的空气供应。换句话说，当该氢燃料电池1的实时输出功率W实大于该氢燃料电池1的最大输出功率Wmax与该氢燃料电池1的冗余输出功率W冗的差值时，该控制模块10将增大该空气压缩机20的转速。可以理解，该冗余输出功率W冗为冗余空气供应能够产生的最大输出功率。一般地，该冗余输出功率W冗可为实时输出功率W实的一定比例，例如，该冗余输出功率W冗可被控制为实时输出功率W实的5％～20％。
如附图之图1至图5所示，依本发明实施例的用于氢燃料电池的空气供应系统进一步包括一个压力传感器41，其中该压力传感器41被设置在该空气压缩机20和该氢燃料电池1的燃料电池堆2之间，且该压力传感器41被设置在该氢燃料电池1的空气供应通路101，以用于检测被提供给该氢燃料电池1的燃料电池堆2的空气的压力。如附图之图1至图5所示，优选地，该压力传感器41与该控制模块10可通电地相连接，以使该控制模块10能够根据该压力传感器41检测到的被提供给该氢燃料电池1的燃料电池堆2的空气的压力，控制该空气压缩机20的转速和该背压阀30的开度。因此，该压力传感器41检测到的被提供给该氢燃料电池1的燃料电池堆2的空气的压力被传输给该控制模块10。如附图之图1至图5所示，依本发明实施例的用于氢燃料电池的空气供应系统进一步包括一个流量传感器42，其中该流量传感器42被设置在该空气压缩机20的空气进口201，以用于实时检测单位时间内流入该空气压缩机20的空气量。如附图之图1至图5所示，优选地，该流量传感器42与该控制模块10可通电地相连接，以使该控制模块10能够根据该流量传感器42检测到的被提供给该氢燃料电池1的燃料电池堆2的空气的流速，控制该空气压缩机20的转速和该背压阀30的开度。
如附图之图1至图5所示，依本发明实施例的用于氢燃料电池的空气供应系统进一步包括一个电压检测器43和一个电流检测器44，其中该电压检测器43被设置用于检测该氢燃料电池1的输出电压，该电流检测器44被设置用于检测该氢燃料电池1的输出电流，其中该电压检测器43和该电流检测器44分别与该控制模块10可通电地相连接，以将该电压检测器43检测到的该氢燃料电池1的输出电压和该电流检测器44检测到的该氢燃料电池1的输出电流传输给该控制模块10。相应地，该控制模块10能够根据该氢燃料电池1的输出电压和输出电流，计算该氢燃料电池1的输出功率。优选地，该电压检测器43检测到的该氢燃料电池1的输出电压和该电流检测器44检测到的该氢燃料电池1的输出电流通过通信总线50，如CAN通信总线被传输给该控制模块10。更优选地，该压力传感器41、该流量传感器42、该电压检测器43和该电流检测器44通过该通信总线50与该控制模块10可通信地相连接。
如附图之图1至图5所示，依本发明实施例的用于氢燃料电池的空气供应系统进一步包括一个温度传感器45，其中该温度传感器45被设置在该氢燃料电池1的该空气供应通路101，以用于检测被提供给该氢燃料电池1的空气的温度，其中该温度传感器45与该控制模块10可通电地相连接，以将该温度传感器45检测到的被提供给该氢燃料电池1的空气的温度传输给该控制模块10。相应地，该温度传感器45被设置在该空气压缩机20和该氢燃料电池1的燃料电池堆2之间。
如附图之图1至图5所示，依本发明实施例的用于氢燃料电池的空气供应系统进一步包括两个被设置在该背压阀30的位置传感器46，其中该位置传感器46被设置在该背压阀30以用于检测该氢燃料电池1的背压阀30的开度，其中该位置传感器46与该控制模块10可通电地相连接，以将该位置传感器46检测到的该氢燃料电池1的背压阀30的开度传输给该控制模块10。优选地，该位置传感器46被用于检测该背压阀30的阀门的开度。
如附图之图1至图5所示，依本发明实施例的用于氢燃料电池的空气供应系统的该通信总线50的一端被设置适于与该控制模块10可通电地相连接，另一端被设置适于与一上位机可通电地相连接，以实现两者之间的通信。
如附图之图1至图5所示，依本发明实施例的用于氢燃料电池的空气供应系统进一步包括至少一电源60和至少一滤波电路70，其中该电源60被设置向该控制模块10供电，该滤波电路70被设置在该电源60和该控制模块10之间的供电电路，以减少该供电电路的干扰，降低负载接通和断开时该供电电路的电压波动，以提高该电源60向该控制模块10的供电可靠性和该控制模块10的工作可靠性。更优选地，该电源60被设置向外部传感器提供电能，如提供12V和5V的电能，以满足不同传感器的供电需求。
如附图之图1至图5所示，依本发明实施例的用于氢燃料电池的空气供应系统进一步包括至少一防浪涌模块(或瞬变电压抑制模块)81，其中该防浪涌模块81被设置在电源60和该控制模块10之间，以将瞬变电压限制到一个预设值，以避免其损坏控制模块10。优选地，该防浪涌模块81包括至少一个TVS管，以用于防止电源60的供电电压异常升高。
如附图之图1至图5所示，依本发明实施例的用于氢燃料电池的空气供应系统进一步包括至少一电源保护模块82，其中该电源保护模块82被设置在电源60和该控制模块10之间，其中该电源保护模块82具有防反压功能，当该电源60因其正负极接反时，可避免因提供反向电压而导致控制模块10的损坏。
如附图之图1至图5所示，依本发明实施例的用于氢燃料电池的空气供应系统进一步包括一个隔离器91，其中该电源60被设置该隔离器91，以减小或消除环境噪声对相应控制电路的影响。优选地，依本发明实施例的用于氢燃料电池的空气供应系统进一步包括一个隔离器92，其中该通信总线50被设置在该隔离器92，以减小或消除环境噪声和可能的不明脉冲对该通信总线50传输信号的影响。环境噪声和可能的不明脉冲有可能导致该控制模块10接收到的氢燃料电池的输出功率与实际输出功率不符，导致氢燃料电池的控制和运行产生障碍。优选地，该隔离器91和该隔离器92为磁性隔离器。
如附图之图1至图5所示，依本发明实施例的用于氢燃料电池的空气供应系统的该控制模块10的该控制模块10可采用H桥智能功率驱动芯片TLE6209，其中TLE6209芯片具有很高的可靠性和保护功能，通过SPI接口可与该控制模块10的该控制模块10进行通信，发送故障信息和接收控制命令，并为以后该控制模块10的诊断功能的扩展提供硬件条件。TLE6209芯片仅需要一路PWM信号和一个方向信号控制电机的转动，因此节省了硬件资源，且控制更灵活、可靠。相应地，该控制模块10可进一步集成H桥、短路保护、欠压保护、过压保护、过温保护、故障诊断、SPI通信等功能，使得该控制模块10具有干扰小、驱动高效、控制可靠的优点。
如附图之图1至图5所示，依本发明实施例，本发明进一步提供一种用于氢燃料电池的空气供应组件，其中本发明用于氢燃料电池的空气供应组件包括至少一个空气压缩机20和至少一个空气供应通路101，其中该空气供应通路101的一端与该空气压缩机20的空气出口202相连通，另一端与该氢燃料电池1的燃料电池堆2的进气口相连通，从而使该空气压缩机20提供的正压空气能够通过该空气供应通路101被提供给该燃料电池堆2。进一步地，本发明用于氢燃料电池的空气供应组件还包括该空气排气通路102和该背压阀30，其中该背压阀30被设置在该空气排气通路102，以通过控制空气自该燃料电池堆2的排出来控制空气向该燃料电池堆2的供应。
如附图之图1至图5所示，依本发明实施例，本发明进一步提供一种用于氢燃料电池的背压控制装置，其包括该背压阀30和该控制模块10，其中该控制模块10被设置能够根据一个控制指令，控制该背压阀30的开度，从而控制向该氢燃料电池1的该燃料电池堆2的空气供应。进一步地，该背压控制装置进一步包括两个位置传感器46，其中该位置传感器46被设置用于检测该氢燃料电池1的背压阀30的开度，其中该位置传感器46与该控制模块10可通电地相连接，以将该位置传感器46检测到的该氢燃料电池1的背压阀30的开度传输给该控制模块10。优选地，该位置传感器46被用于检测该背压阀30的阀门的开度。
如附图之图4和图5所示，依本发明实施例，本发明进一步提供一种用于氢燃料电池的空气供应方法，其包括下述步骤：
(a)启动氢燃料电池；和
(b)控制该氢燃料电池的空气压缩机的转速处于其最小转速和控制该氢燃料电池的背压阀的开度处于其最大开度。
优选地，为了确保氢燃料电池1向用电设备和负载的用电和应付各种突发情况，如用电设备的用电功率的突然增大，应控制，如控制该空气压缩机20的转速，以向氢燃料电池1供应额外的冗余空气供应。换句话说，该空气压缩机20的转速被控制向该氢燃料电池1的该燃料电池堆2供应的空气超过当前该氢燃料电池1的该燃料电池堆2在当前用电设备的用电功率下，该氢燃料电池1的该燃料电池堆2需要的空气供应。这样，即使用电设备的用电功率突然增大，也可确保向该用电设备的电力供应得到满足，从而确保用电设备的正常运行。
进一步地，当本发明氢燃料电池正常运行和向负载或用电设备供应电力时，将根据氢燃料电池的输出功率或用电设备的用电功率控制向该氢燃料电池1供应空气。本发明用于氢燃料电池的空气供应系统的该控制模块10被设置能够根据该氢燃料电池1的实时输出功率控制该空气压缩机20的转速和该背压阀30的开度。例如，该氢燃料电池1的空气压缩机20以当前转速R转转动，该氢燃料电池1的最大输出功率为Wmax，该氢燃料电池1的实时输出功率为W实，则当该氢燃料电池1的实时输出功率W实不大于该氢燃料电池1的最大输出功率Wmax与该氢燃料电池1的冗余输出功率W冗的差值时，该控制模块10通过调节该背压阀30的开度，调节向该燃料电池堆2的空气供应；当该氢燃料电池1的实时输出功率W实大于该氢燃料电池1的最大输出功率Wmax与该氢燃料电池1的冗余输出功率W冗的差值时，该控制模块10通过调节该空气压缩机20的转速和该背压阀30的开度，调节向该燃料电池堆2的空气供应。换句话说，当该氢燃料电池1的实时输出功率W实大于该氢燃料电池1的最大输出功率Wmax与该氢燃料电池1的冗余输出功率W冗的差值时，该控制模块10将增大该空气压缩机20的转速。可以理解，该冗余输出功率W冗为冗余空气供应能够产生的最大输出功率。一般地，该冗余输出功率W冗可为实时输出功率W实的一定比例，例如，该冗余输出功率W冗可被控制为实时输出功率W实的5％～20％。
本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。
本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。
Claims (20)
1.一种用于氢燃料电池的空气供应系统，其特征在于，包括
至少一空气压缩机；
至少一背压阀；和
控制模块，其中该空气压缩机被设置在该氢燃料电池的空气供应通路，该背压阀被设置在该氢燃料电池的空气排气通路，其中该空气压缩机和该背压阀分别与该控制模块可通电地相连接，以使该控制模块能够控制该空气压缩机的转速和该背压阀的开度，从而使得该控制模块能够通过控制该空气压缩机的转速和该背压阀的开度，控制向该氢燃料电池的燃料电池堆供应空气。
2.根据权利要求1所述的空气供应系统，其特征在于，进一步包括一个压力传感器，其中该压力传感器被设置在该氢燃料电池的空气供应通路，以用于检测被提供给该氢燃料电池的该燃料电池堆的空气的压力。
3.根据权利要求1所述的空气供应系统，其特征在于，进一步包括一个流量传感器，其中该流量传感器被设置在该空气压缩机的空气进口，以用于实时检测单位时间内流入该空气压缩机的空气量。
4.根据权利要求1所述的空气供应系统，其特征在于，进一步包括一个电压检测器和一个电流检测器，其中该电压检测器被设置用于检测该氢燃料电池的输出电压，该电流检测器被设置用于检测该氢燃料电池的输出电流。
5.根据权利要求1所述的空气供应系统，其特征在于，进一步包括至少一电源和至少一滤波电路，其中该电源被设置向该控制模块供电，该滤波电路被设置在该电源和该控制模块之间的供电电路。
6.根据权利要求1所述的空气供应系统，其特征在于，进一步包括至少一隔离器，其中该电源和该通信总线均被设置在该隔离器。
7.根据权利要求1所述的空气供应系统，其特征在于，进一步包括两个位置传感器，其中该位置传感器被设置用于检测该氢燃料电池的该背压阀的阀门的开度，其中该位置传感器与该控制模块可通电地相连接，以将该位置传感器检测到的该氢燃料电池的该背压阀的阀门的开度传输给该控制模块。
8.根据权利要求1所述的空气供应系统，其特征在于，该控制模块被设置能够在该氢燃料电池启动时，控制该空气压缩机的转速处于最小转速和该背压阀的开度处于最大开度。
9.根据权利要求1所述的空气供应系统，其特征在于，该控制模块被设置能够在需要增加空气供应时，控制调节背压阀的开度，和在需要减少空气供应时，降低该空气压缩机的转速。
10.根据权利要求1所述的空气供应系统，其特征在于，该控制模块被设置能够控制该空气压缩机向该氢燃料电池的该燃料电池堆提供一个冗余空气供应。
11.根据权利要求10所述的空气供应系统，其特征在于，该控制模块被设置能够根据该氢燃料电池的实时输出功率控制该空气压缩机的转速和该背压阀的开度。
12.根据权利要求1所述的空气供应系统，其特征在于，该控制模块被设置能够在该氢燃料电池的实时输出功率W实不大于该氢燃料电池的最大输出功率Wmax与该氢燃料电池的冗余输出功率W冗的差值时，通过调节该背压阀的开度，调节向该燃料电池堆的空气供应。
13.根据权利要求1所述的空气供应系统，其特征在于，该控制模块被设置能够在该氢燃料电池的实时输出功率W实大于该氢燃料电池的最大输出功率Wmax与该氢燃料电池的冗余输出功率W冗的差值时，通过调节该空气压缩机的转速和该背压阀的开度，调节向该燃料电池堆的空气供应。
14.根据权利要求1所述的空气供应系统，其特征在于，该控制模块被设置能够在该氢燃料电池的实时输出功率W实大于该氢燃料电池的最大输出功率Wmax与该氢燃料电池的冗余输出功率W冗的差值时，增大该空气压缩机的转速。
15.根据权利要求12、13或14所述的空气供应系统，其特征在于，该冗余输出功率W冗为该实时输出功率W实的5％～20％。
16.一种用于氢燃料电池的空气供应方法，其特征在于，包括下述步骤：
(a)启动氢燃料电池；和
(b)控制该氢燃料电池的空气压缩机的转速处于其最小转速和控制该氢燃料电池的背压阀的开度处于其最大开度。
17.根据权利要求16所述的空气供应方法，其特征在于，进一步包括下述步骤：
向该氢燃料电池的该燃料电池堆提供一个冗余空气供应。
18.根据权利要求16所述的空气供应方法，其特征在于，当该氢燃料电池的实时输出功率W实不大于该氢燃料电池的最大输出功率Wmax与该氢燃料电池的冗余输出功率W冗的差值时，通过调节该背压阀的开度，调节向该燃料电池堆的空气供应。
19.根据权利要求16所述的空气供应方法，其特征在于，当该氢燃料电池的实时输出功率W实大于该氢燃料电池的最大输出功率Wmax与该氢燃料电池的冗余输出功率W冗的差值时，通过调节该空气压缩机的转速和该背压阀的开度，调节向该燃料电池堆的空气供应。
20.根据权利要求16所述的空气供应方法，其特征在于，当该氢燃料电池的实时输出功率W实大于该氢燃料电池的最大输出功率Wmax与该氢燃料电池的冗余输出功率W冗的差值时，增大该空气压缩机的转速。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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