CN116435546A - 基于压缩膨胀一体机的燃料电池空气供气系统及控制方法 - Google Patents

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刘释杰
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许灏洋
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Abstract

本申请公开了基于压缩膨胀一体机的燃料电池空气供气系统及控制方法，系统包括压缩机，压缩机的进气口用于接入空气；风冷器，风冷器的进气口连接压缩机的排气口，风冷器的排气口连接燃料电池堆的进气口；涡轮膨胀机，涡轮膨胀机的进气口连接燃料电池堆的排气口；其中，压缩机与涡轮膨胀机的叶轮同轴对向布置，二者通过电机相连；排放阀，排放阀设置于燃料电池堆的排气口和涡轮膨胀机的进气口之间的连接管路上，排放阀能够排放经过燃料电池堆的排气口排出的废气。本申请能够保障供气系统在低工况下的稳定性，提高基于压缩膨胀一体机的燃料电池空气供气系统的变工况适应能力。

Description

基于压缩膨胀一体机的燃料电池空气供气系统及控制方法
技术领域
本申请属于燃料电池技术领域，特别涉及一种基于压缩膨胀一体机的燃料电池空气供气系统及控制方法。
背景技术
目前燃料电池系统在重型载运、分布式发电等领域进一步深入应用。将燃料电池单体组合成的燃料电池堆，并配置燃料电池辅助系统和燃料电池控制单元，共同构成燃料电池系统，实现燃料电池的正常运行。
在燃料电池中，通入氢气和氧气，利用氢和氧发生电化学反应产生电流，其中的氧可以使用纯氧或从空气中直接获得，为了更方便、经济，一般采用空气。为实现更高的功率密度和更好的性能，需要在较高的压力下工作，燃料电池中阴极的反应物(氧气)压力与燃料电池系统得性能有直接关系，提高空气的供气压力(即氧气的分压力)，可以增大燃料电池系统的能量密度，提高燃料电池的供气压力还可以减小系统尺寸，提高电池堆功率效率和改善水平衡。因此，燃料电池中需要专门的供气子系统来向燃料电池提供高压空气。
供气系统中压缩机的供气状况对燃料电池堆的电化学反应产生直接的影响,同时燃料电池堆的反应也影响着系统的供水、膨胀机的工作状况等,这些因素都与燃料电池系统的输出功率有关。对于基于压缩膨胀一体机的燃料电池系统，当燃料电池的输出功率不足时，可能造成涡轮膨胀机气体阻塞。因此基于压缩膨胀一体机的燃料电池空气供气系统需要有较好的变工况适应能力。
发明内容
针对目前如何提高基于压缩膨胀一体机的燃料电池空气供气系统的变工况适应能力的问题，本申请提出一种基于压缩膨胀一体机的燃料电池空气供气系统及控制方法，使空气供气系统效率更高。
为实现上述技术目的，本申请采用以下技术方案。
一种基于压缩膨胀一体机的燃料电池空气供气系统，包括：
压缩机，所述压缩机的进气口用于接入空气；
风冷器，所述风冷器的进气口连接所述压缩机的排气口，所述风冷器的排气口连接所述燃料电池堆的进气口；
涡轮膨胀机，所述涡轮膨胀机的进气口连接所述燃料电池堆的排气口；其中，所述压缩机与所述涡轮膨胀机的叶轮同轴对向布置，二者通过电机相连；
排放阀，所述排放阀设置于燃料电池堆的排气口和所述涡轮膨胀机的进气口之间的连接管路上，所述排放阀能够排放经过所述燃料电池堆的排气口排出的废气。
作为本申请的进一步改进，所述系统还包括：
干燥器；
所述干燥器的入口连接燃料电池堆的排气口，所述干燥器的出口连接所述涡轮膨胀机的进气口。
进一步地，对于大功率的燃料电池系统，燃料电池辅助系统功耗大，其中空压机的功耗占比超过20％以上。如何减少燃料电池辅助系统的能耗是减少辅助功耗的重中之重。
在一些的实施例中，作为本申请的进一步改进，所述系统还包括：
电机壳体；
所述电机壳体包括外壳本体，所述外壳本体内设置容纳空间，所述电机置于所述容纳空间内，所述外壳本体上设置电机壳体进气口和电机壳体排气口；
所述电机壳体进气口连接所述涡轮膨胀机的排气口，用于将所述涡轮膨胀机排出的废气引入所述容纳空间；
所述电机壳体排气口，用于排出所述涡轮膨胀机排出的废气。
作为本申请的再进一步改进，所述外壳本体上设置壳体进气接头和壳体排气接头，所述电机壳体进气口贯穿壳体进气接头，电机壳体排气口贯穿壳体排气接头；
所述壳体进气接头包括法兰和接头本体，所述法兰设置于所述壳体进气接头上远离外壳本体的一侧。
作为本申请的再进一步改进，所述压缩机的电机轴承设置于所述容纳空间。
作为本申请的再进一步改进，所述压缩机的电机轴承采用滚动轴承、滑动轴承或者磁浮轴承。
作为本申请的进一步改进，所述系统还包括：
液冷管道；
所述液冷管道与所述外壳本体连接；
所述燃料电池堆的排液口与所述液冷管道连接。
作为本申请的再进一步改进，所述液冷管路为环形管路。
作为本申请的再进一步改进，所述液冷管道设置于所述外壳本体的内壁，且呈环形螺旋线形状。
作为本申请的进一步改进，所述压缩机前还设置空气过滤器；
所述空气过滤器的入口接入空气，所述空气过滤器的出口连接所述压缩机，用于对输入的空气进行过滤，过滤后的空气输入所述压缩机。
另一方面，本申请提供了一种基于压缩膨胀一体机的燃料电池空气供气系统的控制方法，应用于燃料电池堆的空气供气控制系统，所述空气供气控制系统包括所述燃料电池堆包括：
压缩机，所述压缩机的进气口用于接入空气；
风冷器，所述风冷器的进气口连接所述压缩机的排气口，所述风冷器的排气口连接所述燃料电池堆的进气口；
涡轮膨胀机，所述涡轮膨胀机的进气口连接所述燃料电池堆的排气口；其中，所述压缩机与所述涡轮膨胀机的叶轮同轴对向布置，二者通过电机相连；
排放阀，所述排放阀设置于燃料电池堆的排气口和所述涡轮膨胀机的进气口之间的连接管路上，所述排放阀能够排放经过所述燃料电池堆的排气口排出的废气；
所述方法包括：
监测所述燃料电池堆的输出功率；
当所述输出功率不大于装机功率的设定比例时，打开所述排放阀，排放经过所述燃料电池堆的排气口排出的废气；
当所述输出功率大于装机功率的设定比例时，关闭所述排放阀，以使所述燃料电池堆的排气口排出的废气进入所述涡轮膨胀机。
作为本申请的进一步改进，所述设定比例为10％。
本申请所取得的由于有益技术效果：
本申请通过在排气管道中设置排放阀，可将燃料电池堆产生的废气直接排出，可以防止涡轮膨胀机气体阻塞，保障了供气系统在低工况下的稳定性，保障了供气系统的变工况适应能力。
本申请将废气排入涡轮膨胀机，利用涡轮膨胀机降温降压后，通过电机壳体的进气口进入电机壳体，再通过电机壳体的排气口排出，能够降低系统温度，提高空压机的效率。通过在电机壳体上设置壳体进气接头和壳体排气接头，利用法兰连接进气管道和排气管道，增加了电机壳体的气密性和安全性。本申请利用燃料电池对产生的废水，用于冷却电机壳体，进一步使系统温度降低，使机械设备更加可靠。
本申请提供的基于压缩膨胀一体机的燃料电池空气供气系统，通过将燃料电池产生的液体(水)引入电机壳体上的环形液冷通道，进而获得了为电机降温的有益效果。
本申请提供的一种燃料电池的空气供气控制方法，通过监控燃料电池的输出功率，根据输出功率控制排放阀的开关，使涡轮膨胀机的投用由燃料电池的输出功率控制，防止在低功率下气流阻塞。
附图说明
在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本申请公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本申请的理解，并不是具体限定本申请各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本申请的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本申请。在附图中：
图1为本申请一个实施例提供的基于压缩膨胀一体机的燃料电池空气供气系统的结构示意图；
图2为本申请一个实施例提供的基于压缩膨胀一体机的燃料电池空气供气系统电机外壳的结构示意图；
图3为本申请一个实施例提供的基于压缩膨胀一体机的燃料电池空气供气系统液冷管道的结构示意图；
图4为本申请一个实施例提供的燃料电池的空气供气方法流程示意图；
附图标记说明:
1-空气过滤器、2-压缩机、3-风冷器、4-燃料电池堆、5-干燥器、6-排放阀、7-涡轮膨胀机、8-电机、9-磁浮轴承、10-电机壳体、101-压缩机进气口、102-压缩机排气口、103-燃料电池堆进气口、104-燃料电池堆排气口、105-燃料电池堆排液口、106-涡轮膨胀机进气口、107-涡轮膨胀机排气口、108-电机壳体进液口、109-电机壳体进气口、110-电机壳体排液口、111-电机壳体排气口、112-外壳本体、113-液冷管道、114-壳体进气接头、115-壳体排气接头、1141-法兰、1142-接头本体。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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，因此不能理解为对本申请的限制。
请参阅图1所示，一种基于压缩膨胀一体机的燃料电池空气供气系统，应用于燃料电池堆4，包括：
压缩机2，包括压缩机进气口101，用于接入空气；
风冷器3，风冷器3的进气口连接压缩机排气口102，风冷器3的排气口连接燃料电池堆进气口103；
涡轮膨胀机7，包括涡轮膨胀机进气口106，涡轮膨胀机进气口106连接燃料电池堆排气口104；
其中，压缩机2与涡轮膨胀机7的叶轮同轴对向布置，二者通过电机8相连。如图1所示，涡轮膨胀机7、电机8以及压缩机2采用同轴一体化设计。电机8与压缩机2同轴设置，电机8被配置为能够驱动压缩机2；涡轮膨胀机7与电机8同轴设置，且涡轮膨胀机7和压缩机2分别位于电机8的两侧。
燃料电池堆4由多个燃料电池单体以串联方式层叠组合构成。燃料电池堆4包括燃料电池堆进气口103、燃料电池堆排气口104和燃料电池堆排液口105；燃料电池堆进气口103用于输入空气，燃料电池堆排气口104用于排出废气，燃料电池堆排液口105用于排出水。
燃料电池堆排气口104和涡轮膨胀机进气口106之间的连接管路上设置排放阀6，排放阀6能够排放经过燃料电池堆的排气口104排出的废气。
空气通过压缩机2、风冷器3形成的进气管道进入燃料电池堆进气口103。电池料堆排气口104排出的废气通过排放阀6、涡轮膨胀机7形成的排气管道排出。
压缩机2采用离心式空压机。在具体实施例中，离心压缩机配备磁浮轴承9来提高压缩机2转速上限，为燃料电池堆4提供大流量高压比高品质的空气。电机8(如高速电机)通过共用的轴为离心压缩机工作输入能量，对压缩机2和涡轮膨胀机7进行相互匹配。
离心式空压机具有高效、紧凑、动态响应快、噪声低等特点，综合性能优异，现已发展为主流技术路线，也是最具应用前景的燃料电池用空压机类型。压缩机2的电机轴承可采用滚动轴承、滑动轴承或者磁浮轴承。为满足燃料电池对压缩空气的高品质要求，同时为达到提高压缩机2的可靠性和寿命，也保证了气体的无油的目的，压缩机2的电机轴承采用磁浮轴承9。
离心式空气压缩机(即离心式空压机)传统型式包括单级离心式、双级离心式和带涡轮膨胀机的离心空压机，其中带涡轮膨胀机的离心空压机相较于其余两种空压机添加了涡轮膨胀机7部分，涡轮膨胀机7利用燃料电池堆4排放的废气余能进行做功，输出机械能供给压缩机2的耗功，减少电机8的功耗，相比传统的设计，压缩机2的能耗降低了30％以上，具有优异的经济性。
涡轮膨胀机7使用径流式向心叶轮，对高温高压废气进行余能回收。
压缩机2将压缩空气增加后进入燃料电池堆4，加速质子交换膜的反应，反应后的空气是含湿带压的废气，经过气液分离后，液相可进入蓄水器，气相可再进入膨胀涡轮，使废气降温降压，并输出机械功，减少电机8的耗电量，从而达到节能的效果。
在图1示出的实施例中，排气管道中设置排放阀6，可将燃料电池堆4产生的废气直接排出，也可以将废气排入涡轮膨胀机进气口106降温降压后，通过涡轮膨胀机排气口107排出。利用排放阀6，可以防止涡轮膨胀机7气体阻塞，保障了供气系统在低工况下的稳定性，保障了供气系统的变工况适应能力。
在一些实施例中，可利用涡轮膨胀机排气口107排出的低温气体为系统散热，可以防止涡轮膨胀机7气体阻塞的同时，还能够降低系统温度，提高空压机的效率。
在一些实施例中，排气管道上在燃料电池堆排气口104和涡轮膨胀机7之间设有干燥器5，干燥器5用于对燃料电池堆排气口104排出的废气进行干燥处理。
空气中可能带有很多水分，燃料电池堆4反应后也会产生水，这些水分若进入涡轮膨胀机7后，可能会流入到电机壳体10内，从而腐蚀电机8部件。利用干燥器5将燃料电池堆4排出的废气进行干燥处理，避免废气中含水而对与涡轮膨胀机7连接的电机8部件的腐蚀，并能将气体中含有的杂质进行过滤，不会进入涡轮膨胀机7。涡轮膨胀机7使气体速度很快下降，由于压力与速度下降使气体内能降低,气体温度进一步大幅度降低,达到降温与制冷的目的。
在一些实施例中，为了减少燃料电池辅助系统的能耗，系统还包括电机壳体10，电机壳体10包括外壳本体112，外壳本体112内设置容纳空间，电机8置于容纳空间内，外壳本体112上设置电机壳体进气口109和电机壳体排气口111。可选地，如图1所示，电机壳体进气口109和电机壳体排气口111分别设置于外壳本体112的两侧，便于气体在电机壳体10内部空间流动，提高降温效果。
电机壳体进气口109可通过法兰连接涡轮膨胀机排气口107，用于将涡轮膨胀机7排出的废气引入容纳空间，通过将涡轮膨胀机排气口107的冷气引入电机内部，进而获得了对电机转子和轴承进行降温的有益效果；最后冷气从电机壳体排气口111排出。
在一些实施例中，压缩机2的电机轴承设置于外壳本体112内部的容纳空间内。
涡轮膨胀机7排出的废气进入电机壳体10内部，并穿过电机壳体10内部，带走电机8和磁浮轴承9上的热量，废气通过电机壳体排气口111排出。利用涡轮膨胀机排气口107排出的低温气体，能够有效地带走电机和轴承产生的热量，使机械设备更加可靠。
在一些实施例中，带涡轮膨胀机的空压机采用磁浮轴承9的结构，提高压缩机2的可靠性、稳定性和寿命，也保证了气体的无油。磁浮轴承9相比气浮轴承，承载力大，寿命长，变工况能力强，更适合重型载运的场合需求。
在一些实施例中，系统还包括：液冷管道113；液冷管道113与电机壳体的外壳本体112连接；可选地，液冷管道113可与外壳本体112一体成型，或者通过焊接等方式与外壳本体112连接。
可选地，液冷管道113为环形通道。
如图3所示的实施例中，液冷管道113设置于外壳本体112的内壁，且呈环形螺旋线形状。该方式设置液冷管道113，能够增加液冷管道113的散热面积，提高散热效果。
可选地，液冷管道113包括进液口和排液口，进液口和排液口设置于外壳本体上，如图2所示，在外壳本体112的下部侧面开设电机壳体进液口108和电机壳体排液口110。
在其他实施例中，如图1所示，电机壳体进液口108和电机壳体排液口110也可以分别设置于外壳本体112的两侧，便于增加液冷换热面积，提高降温效果。
在一些实施例中，电机壳体进液口108和电机壳体排液口110的大小可根据实际需要设置，如可以根据燃料电池堆4产生的废水流量大小来设置。
如图2所示，在外壳本体112的上部侧面开设电机壳体进气口109和电机壳体排气口111。为了增加电机壳体10的气密性和安全性，外壳本体112上设置壳体进气接头114和壳体排气接头115，电机壳体进气口109贯穿壳体进气接头114，电机壳体排气口111贯穿壳体排气接头115。
壳体进气接头114和壳体排气接头115的结构相同。
壳体进气接头114包括法兰1141和接头本体1142，法兰1141设置于接头上远离外壳本体112的一侧。法兰1141用于管端或两个设备之间的连接。
燃料电池堆排液口105与液冷管道113连接，液冷管道113通过电机壳体进液口108接入燃料电池堆排液口105排出的水，通过液冷管道通113，从电机壳体排液口110排出。
在一些实施例中，液冷管道可以采用焊接、胶粘、卡合等方式与电机壳体连接，连接方式可以根据实际情况做具体的选择。例如，可以直接将液冷管道焊接于电机壳体的表面，或者在电机壳体上设置装配槽，将液冷管道卡合在装配槽内。
利用燃料电池堆4产生的废水，经过与电机壳体10连接的液冷管道113，可冷却电机8和磁浮轴承9，能够有效降低系统的温度。
通过本申请提供的燃料电池空气供气系统，可使燃料电池辅助系统功耗减少原来的30％以上，实现了高效的节能。
示例性地，进气管道上按照气体流动方向在压缩机2前还设置空气过滤器1，空气过滤器1用于对输入的空气进行过滤，过滤后的空气输入压缩机2。空气过滤器1对空气进行过滤，保证进入压缩机2的空气无杂质。
空气过滤器1对空气进行过滤，使进入压缩机2的空气质量得到保证。
压缩机进气口101将经过空气过滤器1过滤后的干净压缩空气吸入后，由压缩机排气口102排出，先通过风冷器3降温后进入燃料电池堆进气口103，进入燃料电池堆4的空气，其中的氧分子在燃料电池堆4中与氢分子通过质子交换膜，化学反应后，会产生电、水和废气。
本申请提供的基于压缩膨胀一体机的燃料电池空气供气系统，电机8的冷却方式采用燃料电池堆4的排水和膨胀的低温排气，使空气供气系统效率更高，结构更紧凑，压缩机2工作更稳定。
本申请还提供了一种基于压缩膨胀一体机的燃料电池空气供气系统的控制方法，应用于燃料电池堆的空气供气控制系统，空气供气控制系统包括：
压缩机2，压缩机2的进气口用于接入空气；
风冷器3，风冷器的进气口连接压缩机的排气口，风冷器的排气口连接燃料电池堆的进气口；
涡轮膨胀机7，涡轮膨胀机进气口106连接燃料电池堆排气口104；其中，压缩机2与涡轮膨胀机7的叶轮同轴对向布置，二者通过电机8相连；
排放阀6，排放阀6设置于燃料电池堆排气口104和涡轮膨胀机进气口106连接管路上，排放阀6够排放经过燃料电池堆排气口104废气；
如图4所示，方法包括如下步骤：
监测燃料电池堆4的输出功率；
当输出功率不大于装机功率的设定比例时，打开排放阀6，排放经过燃料电池堆排气口104排出的废气；
当输出功率大于装机功率的设定比例时，关闭排放阀6，以使燃料电池堆排气口104排出的废气进入涡轮膨胀机7。
本申请还提供的一种基于压缩膨胀一体机的燃料电池空气供气系统的工作过程如下：
空气经过空气过滤器1后进入压缩机2，压缩后的高压空气从压缩机2出来后经过风冷器3后进入燃料电池堆4,与燃料电池堆4中氢分子通过质子交换膜，化学反应后，会产生电、水和废气。
燃料电池堆4产生的电将输送到蓄电设备过着直接用于转化为动力使用，产生的水从燃料电池堆的排液口105排出，这部分水可以用来冷却电机8的壳体。燃料电池堆4排出的水进入电机壳体的进液口108，由电机壳体排液口110排出。
燃料电池堆4产生的废气还有一定的压力和温度，从燃料电池堆的排气口104排出，当燃料电池堆4输出功率不足装机功率的设定比例(如10％)时，打开排放阀6，气体经过干燥器5后直接排放；当燃料电池堆4输出功率大于装机功率的10％时，关闭排放阀6，经过干燥器5的废气进入涡轮膨胀机的进气口106，废气中的余压余温作用到涡轮膨胀机7后，可以转化为机械功输出，传递给同轴的压缩机2，废气经过涡轮膨胀机7降温降压后，通过电机壳体的进气口109进入电机壳体，对电机壳体内的电机8和/或磁浮轴承进行降温，最后通过电机壳体排气口111排出。
当燃料电池堆4输出功率低于10％，此时为低功率工况，压缩机2进入燃料电池堆4的气量减少，从燃料电池堆4排出的废气也减少，如果再进入涡轮膨胀机7做功，涡轮膨胀机7的流道具有阻力，会引起燃料电池堆4排气不畅，甚至导致燃料电池堆4供气不足，燃料电池堆4无法工作，因此，为保证燃料电池堆4在低工况下正常运行，所以设置了阈值10％，在低于10％的额定输出功率下，为减少排气阻力，燃料电池堆4排气不进入涡轮膨胀机7做功，直接由排放阀6排出。
应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述的描述，在所提供的示例之外的许多实施例和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的申请主题的一部分。

Claims (13)

1.一种基于压缩膨胀一体机的燃料电池空气供气系统，其特征在于，包括：
压缩机(2)，所述压缩机(2)的进气口用于接入空气；
风冷器(3)，所述风冷器(3)的进气口连接所述压缩机(2)的排气口，所述风冷器(3)的排气口连接燃料电池堆(4)的进气口；
涡轮膨胀机(7)，所述涡轮膨胀机(7)的进气口连接所述燃料电池堆(4)的排气口；其中，所述压缩机(2)与所述涡轮膨胀机(7)的叶轮同轴对向布置，二者通过电机(8)相连；
排放阀(6)，所述排放阀(6)设置于燃料电池堆(4)的排气口和所述涡轮膨胀机(7)的进气口之间的连接管路上，所述排放阀(6)能够排放经过所述燃料电池堆(4)的排气口排出的废气。
2.根据权利要求1所述的基于压缩膨胀一体机的燃料电池空气供气系统，其特征在于，所述系统还包括：
干燥器(5)；
所述干燥器(5)的入口连接燃料电池堆(4)的排气口，所述干燥器(5)的出口连接所述涡轮膨胀机(7)的进气口。
3.根据权利要求1所述的基于压缩膨胀一体机的燃料电池空气供气系统，其特征在于，所述系统还包括：
电机壳体(10)；
所述电机壳体(10)包括外壳本体(112)，所述外壳本体(112)内设置容纳空间，所述电机(8)置于所述容纳空间内，所述外壳本体(112)上设置电机壳体进气口(109)和电机壳体排气口(111)；
所述电机壳体进气口(109)连接所述涡轮膨胀机(7)的排气口，用于将所述涡轮膨胀机(7)排出的废气引入所述容纳空间；
所述电机壳体排气口(111)，用于排出所述涡轮膨胀机(7)排出的废气。
4.根据权利要求3所述的基于压缩膨胀一体机的燃料电池空气供气系统，其特征在于，所述外壳本体(112)上设置壳体进气接头(114)和壳体排气接头(115)，所述电机壳体进气口(109)贯穿壳体进气接头(114)，所述电机壳体排气口(111)贯穿所述壳体排气接头(115)；
所述壳体进气接头(114)包括法兰(1141)和接头本体(1142)，所述法兰(1141)设置于所述壳体进气接头(114)上远离所述外壳本体(112)的一侧。
5.根据权利要求3所述的基于压缩膨胀一体机的燃料电池空气供气系统，其特征在于，所述压缩机(2)的电机轴承设置于所述容纳空间内。
6.根据权利要求1所述的基于压缩膨胀一体机的燃料电池空气供气系统，其特征在于，所述压缩机(2)的电机轴承采用滚动轴承、滑动轴承或者磁浮轴承。
7.根据权利要求3所述的基于压缩膨胀一体机的燃料电池空气供气系统，其特征在于，所述系统还包括：
液冷管道(113)；
所述液冷管道(113)与所述外壳本体(112)连接；
所述燃料电池堆(4)的排液口与所述液冷管道(113)连接。
8.根据权利要求7所述的基于压缩膨胀一体机的燃料电池空气供气系统，其特征在于，所述液冷管道(113)为环形管路。
9.根据权利要求7所述的基于压缩膨胀一体机的燃料电池空气供气系统，其特征在于，所述液冷管道(113)设置于所述外壳本体(112)的内壁，且呈环形螺旋线形状。
10.根据权利要求9所述的基于压缩膨胀一体机的燃料电池空气供气系统，其特征在于，所述液冷管道(113)包括进液口和排液口，所述进液口和所述排液口设置于所述外壳本体(112)上。
11.根据权利要求1所述的基于压缩膨胀一体机的燃料电池空气供气系统，其特征在于，所述压缩机(2)前还设置空气过滤器(1)；
所述空气过滤器(1)的入口接入空气，所述空气过滤器(1)的出口连接所述压缩机(2)，用于对输入的空气进行过滤，过滤后的空气输入所述压缩机(2)。
12.一种基于压缩膨胀一体机的燃料电池空气供气系统的空气供气控制方法，应用于燃料电池堆(4)的空气供气控制系统，其特征在于，所述空气供气控制系统包括：
压缩机(2)，所述压缩机(2)的进气口用于接入空气；
风冷器(3)，所述风冷器(3)的进气口连接所述压缩机(2)的排气口，所述风冷器(3)的排气口连接所述燃料电池堆(4)的进气口；
涡轮膨胀机(7)，所述涡轮膨胀机(7)的进气口连接所述燃料电池堆(4)的排气口；其中，所述压缩机(2)与所述涡轮膨胀机(7)的叶轮同轴对向布置，二者通过电机(8)相连；
排放阀(6)，所述排放阀(6)设置于燃料电池堆(4)的排气口和所述涡轮膨胀机(7)的进气口之间的连接管路上，所述排放阀(6)能够排放经过所述燃料电池堆(4)的排气口排出的废气；
所述方法包括：
监测所述燃料电池堆(4)的输出功率；
当所述输出功率不大于装机功率的设定比例时，打开所述排放阀(6)，排放经过所述燃料电池堆(4)的排气口排出的废气；
当所述输出功率大于装机功率的设定比例时，关闭所述排放阀(6)，以使所述燃料电池堆(4)的排气口排出的废气进入所述涡轮膨胀机(7)。
13.根据权利要求12所述的空气供气控制方法，其特征在于：
所述设定比例为10％。
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