CN210006829U - 一种燃料电池发动机的供气系统与一种燃料电池车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种燃料电池发动机的供气系统与一种燃料电池车辆，供气系统包括空气系统、氢气系统和控制器，空气系统包括泵气装置、压力储气罐和布置于各个电堆进气口的空气节流装置，控制器与各个电堆和各个空气节流装置连接以控制各个空气节流装置的开度。本方案通过泵气装置将空气存储到一定压力的压力储气罐中，压力储气罐中的压缩空气通入各个电堆时，控制器再根据各电堆功率需求来控制各个空气节流装置的开度以实现精确调节各个电堆的进气量和进气压力，从而保证各个电堆进气的一致性和需求量，同时，能促进各个电堆充分进行电化学反应以及提高及时响应性能，使得发动机的功率响应更快，满足大功率燃料电池发动机的进气需求条件。

Description

一种燃料电池发动机的供气系统与一种燃料电池车辆

技术领域

本实用新型涉及燃料电池发动机技术领域，尤其涉及一种燃料电池发动机的供气系统与一种燃料电池车辆。

背景技术

如图1所示，现有的燃料电池发动机的供气系统是由空压机实现进气压力和进气流量的控制的。供气系统具体依靠空压机或者鼓风机将空气吹进燃料电池发动机的各个电堆中，与供给的氢气进行电化学反应，生成电能和水。氢气来自于高压的氢气罐，经过两次减压之后依然持有一定压力从而顺利进入各个电堆，而空气需要经过空压机的鼓吹才能使得空气附带一定压力而进入各个电堆。空压机需要根据需求功率的变化来调节压缩量，保证电化学反应的均衡性。

现有技术存在以下缺陷：这种方式首先需要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，并且空压机的寿命降低，同时会产生较大的噪音，降低车辆舒适性；其次很难保证各个电堆进气压力和进气量的一致性，不利于电化学反应过程的稳定进行，进而造成各电堆的功率不一致；另外，空压机针对变功率的调节较慢，使得发动机的功率响应较慢，进而制约燃料电池发动机全功率覆盖的发展。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种燃料电池发动机的供气系统，该供气系统可以保证各个电堆进气量和进气压力的一致性，并且使得发动机的功率响应更快，满足大功率燃料电池发动机的进气需求条件。本实用新型的另一个目的在于提供一种包括上述供气系统的燃料电池车辆。

为了实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：

一种燃料电池发动机的供气系统，包括空气系统和氢气系统，还包括控制器，所述空气系统包括泵气装置、压力储气罐和至少一个空气节流装置，所述泵气装置用于将外界空气泵入所述压力储气罐中，所述压力储气罐通过进气管路和所述空气节流装置将压缩空气通入各个电堆中，每个所述电堆对应的进气口对应设置有一个所述空气节流装置，所述控制器与各个电堆和各个所述空气节流装置连接，所述控制器包括用于将电堆的功率信号转换为电信号的功率信号转换模块以及与所述功率信号转换模块相连并用于控制所述空气节流装置的开度的开度调节执行模块。

优选地，上述供气系统还包括用于检测所述压力储气罐内部压力的压力传感器，所述压力传感器连接于所述控制器，所述控制器连接所述泵气装置，所述控制器包括用于将压力信号转换成电信号的压力信号转换模块以及与所述压力信号转换模块相连并用于控制所述泵气装置启停的开关模块。

优选地，所述压力储气罐包括多个分级压力罐。

优选地，所述空气节流装置为空气喷射阀或节流阀。

优选地，所述泵气装置为空压机或鼓风机。

优选地，所述泵气装置与所述压力储气罐之间设置有空气冷却设备。

优选地，所述泵气装置与所述压力储气罐之间设置有空气过滤设备。

本方案通过泵气装置将空气存储到一定压力的压力储气罐中，压力储气罐中的压缩空气通入各个电堆时，各个电堆的功率反馈到控制器，控制器再根据各电堆功率需求来控制各个空气节流装置的开度以实现精确调节各个电堆的进气量和进气压力，从而保证各个电堆进气的一致性和需求量，同时，能促进各个电堆充分进行电化学反应以及提高及时响应性能，使得发动机的功率响应更快，满足大功率燃料电池发动机的进气需求条件。

本实用新型还提供了一种包括上述供气系统的燃料电池车辆。该燃料电池车辆产生的有益效果的推导过程与上述供气系统带来的有益效果的推导过程大体类似，故本文不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术燃料电池发动机的供气系统的结构原理图；

图2为本实用新型具体实施例中的燃料电池发动机的供气系统的结构原理图；

图3为本实用新型具体实施例中的供气系统的泵气过程控制流程图。

图2中：

100-泵气装置、200-压力储气罐、300-控制器、400-空气冷却过滤组件、500-压力传感器、600-空气节流装置。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参照图2，图2为本实用新型具体实施例中的燃料电池发动机的供气系统的结构原理图。

本实用新型主要介绍一种由多个小功率燃料电池发动机模块构成的大功率燃料电池发动机的供气系统，由于燃料电池的电化学反应特性，需要足量的空气和氢气进行化学反应才能产生需要的电能，为保证多电堆进气量和进气压力等方面的一致性以及使进气量随需求功率的变化而变化，本实用新型通过泵气装置100将空气存储到一定压力的压力储气罐200中，并通过在各个电堆的进气口增设空气节流装置600来调节各个电堆的进气情况，进而保证各电堆进气的一致性和需求量。

在一种实施例方案中，本实用新型提供了一种燃料电池发动机的供气系统，包括空气系统和氢气系统，还包括控制器300，空气系统包括泵气装置100、压力储气罐200和至少一个空气节流装置600，泵气装置100用于将外界空气泵入压力储气罐200中，压力储气罐200通过进气管路和空气节流装置600将压缩空气通入各个电堆中，每个电堆对应的进气口对应设置有一个空气节流装置600，控制器300与各个电堆和各个空气节流装置600连接，控制器包括用于将电堆的功率信号转换为电信号的功率信号转换模块以及与功率信号转换模块相连并用于控制空气节流装置600的开度的开度调节执行模块。

优选地，空气节流装置600为空气喷射阀或节流阀，当然，空气节流装置600还可以采用其他如比例阀等具有节流功能的部件等。

优选地，泵气装置100为空压机或鼓风机。当然，泵气装置100还可以选用各种空气泵，这些泵气装置均能够实现将外界空气泵入到压力储气罐200中。

优选地，泵气装置100与压力储气罐200之间设置有空气冷却设备。

优选地，泵气装置100与压力储气罐200之间设置有空气过滤设备。

进一步优选地，本方案将上述空气冷却设备与空气过滤设备集成在一起，设置空气冷却过滤组件400，如图2所示，空气冷却过滤组件400可以保证电堆的进气温度和进气的质量。

本实用新型提供的供气系统的工作原理如下：

本实用新型在燃料电池发动机的空气系统中增设有压力储气罐200，由空压机或鼓风机等泵气装置100将空气泵入到一定压力的压力储气罐200中，并在各个电堆的进气口处增设空气喷射阀或节流阀等空气节流装置600，压力储气罐200中的压缩空气通入各个电堆时，各个电堆的功率信号反馈到控制器300，控制器300中的功率信号转换模块将电堆的功率信号转换成电信号，再将电信号传递至开度调节执行模块，开度调节执行模块再根据各电堆功率需求来控制各个空气节流装置600的开度以实现精确调节各个电堆的进气量和进气压力，从而保证各个电堆进气的一致性和需求量，同时，能促进各个电堆充分进行电化学反应以及提高及时响应性能，使得发动机的功率响应更快，满足大功率燃料电池发动机的进气需求条件。

优选地，上述供气系统还包括用于检测压力储气罐200内部压力的压力传感器500，压力传感器500连接于控制器300，用于实时反馈压力储气罐200内的空气压力，控制器300连接泵气装置100，控制器300包括用于将压力传感器500的压力信号转换成电信号的压力信号转换模块以及与压力信号转换模块相连并用于控制泵气装置100启停的开关模块。

本方案供气系统的控制过程如下：

1、燃料电池车辆上电之后，控制器300先控制泵气装置100向压力储气罐200内泵气，待控制器300接收到压力传感器500反馈的压力达到设定值后，控制泵气装置100停止打气，确保燃料电池发动机工作时，压力储气罐200中的空气压力是稳定的；

2、燃料电池发动机工作时，控制器300根据各个电堆的功率需求控制空气节流装置600的进气量，进而调整电堆的输出功率；

3、控制器300根据燃料电池发动机的工作状态、压力储气罐200的压力等方面的信息来控制泵气装置100是否打气，具体泵气过程请参照图3。

如图3所示，本方案供气系统的泵气过程如下：

1、控制器300首先根据压力储气罐200的压力值和燃料电池发动机的工作状态来判定空压机是否工作，当压力储气罐200的压力值小于设定压力值时并且燃料电池发动机处于工作状态时，控制空压机进行打气；

2、在燃料电池发动机工作过程中，控制器300实时采集压力储气罐200的压力值，当压力储气罐200的压力值大于设定压力值时控制空压机停止打气，否则控制空压机继续打气。

需要说明的是，本方案中的压力储气罐200还可以分成多个分级压力罐，供气系统的其他部分与上文保持一致，这样设置使得每个分级压力罐的压力呈现不同等级，这样有利于降低空压机的背压，提高空压机的效率。

本实用新型具有以下有益效果：

1)本实用新型通过压力储气罐储备一定压力的空气以及利用控制器对各个电堆的空气节流装置的开度进行控制，实现各个电堆进气压力和进气量的独立控制，控制更为简单方便，保证各个电堆进气的一致性和需求量；

2)本实用新型中的空压机或鼓风机等泵气装置可以定工况使用，避免因功率需求不同而调节空压机的工作状态，降低控制难度，提高空压机的工作寿命，降低空压机的噪音，提高车辆舒适性；

3)及时、高效的供气系统，可以提高燃料电池发动机的功率相应和跟随性，满足整车功率需求；

4)解决大功率燃料电池发动机供气系统的设计，减少空压机等设备的使用，降低控制的复杂性；

5)本实用新型提供的供气系统不仅适用于多电堆的大功率燃料电池发动机，同样适用于单电堆燃料电池发动机。

本实用新型还提供了一种包括上述供气系统的燃料电池车辆。该燃料电池车辆产生的有益效果的推导过程与上述供气系统带来的有益效果的推导过程大体类似，故本文不再赘述。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种燃料电池发动机的供气系统，包括空气系统和氢气系统，其特征在于，还包括控制器(300)，所述空气系统包括泵气装置(100)、压力储气罐(200)和至少一个空气节流装置(600)，所述泵气装置(100)用于将外界空气泵入所述压力储气罐(200)中，所述压力储气罐(200)通过进气管路和所述空气节流装置(600)将压缩空气通入各个电堆中，每个所述电堆对应的进气口对应设置有一个所述空气节流装置(600)，所述控制器(300)与各个电堆和各个所述空气节流装置(600)连接，所述控制器(300)包括用于将电堆的功率信号转换为电信号的功率信号转换模块以及与所述功率信号转换模块相连并用于控制所述空气节流装置(600)的开度的开度调节执行模块。

2.根据权利要求1所述的供气系统，其特征在于，还包括用于检测所述压力储气罐(200)内部压力的压力传感器(500)，所述压力传感器(500)连接于所述控制器(300)，所述控制器(300)连接所述泵气装置(100)，所述控制器(300)包括用于将压力信号转换成电信号的压力信号转换模块以及与所述压力信号转换模块相连并用于控制所述泵气装置(100)启停的开关模块。

3.根据权利要求1所述的供气系统，其特征在于，所述压力储气罐(200)包括多个分级压力罐。

4.根据权利要求1所述的供气系统，其特征在于，所述空气节流装置(600)为空气喷射阀或节流阀。

5.根据权利要求1所述的供气系统，其特征在于，所述泵气装置(100)为空压机或鼓风机。

6.根据权利要求1所述的供气系统，其特征在于，所述泵气装置(100)与所述压力储气罐(200)之间设置有空气冷却设备。

7.根据权利要求6所述的供气系统，其特征在于，所述泵气装置(100)与所述压力储气罐(200)之间设置有空气过滤设备。

8.一种燃料电池车辆，其特征在于，包括如要求1至7中任一项所述的燃料电池发动机的供气系统。

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