[发明专利]用于燃料电池系统的空气截止阀装置及其控制方法

说明书

本发明提供了一种用于燃料电池系统的空气截止阀装置及其控制方法。具体地，在启动燃料电池系统时，注入燃料电池堆中的氢气通过外部空气稀释而被排出。该装置包括：阀体，该阀体具有入口空气路径和出口空气路径，入口空气路径连接至燃料电池堆的负极且注入燃料电池堆中的空气流动通过入口空气路径，从燃料电池堆排出的空气流动通过出口空气路径。设置旁路管体并且旁路管体包括连接入口空气路径与出口空气路径的旁路空气路径；并且阀瓣布置在阀体处并且打开和封闭阀瓣的第一侧处的入口空气路径和出口空气路径以及阀瓣的第二侧处的旁路空气路径。

技术领域

本发明总体涉及一种用于燃料电池系统的空气截止阀装置及其控制方法，并且更具体地，涉及以撒用于燃料电池系统的空气截止阀装置及其控制方法，其中，在启动燃料电池系统时，通过外部空气稀释而排出注入燃料电池堆中的氢气。

背景技术

通常，燃料电池系统是通过作为燃料气体的氢气与空气中的氧气的化学反应而生成电和水的装置。氢气燃料电池车辆是使用由燃料电池系统生成的电力作为驱动源的车辆。燃料电池系统包括生成电能的燃料电池堆，并且燃料电池堆包括负极(也被称为空气电极或氧气电极或还原电极)、正极(也被称为燃料电极或氢气电极或氧化电极)以及负极与正极之间的电解质膜。

当燃料电池系统处于操作时，外部空气在穿过过滤器、鼓风机以及膜增湿器时变为潮湿空气，随后潮湿空气被提供至燃料电池堆的负极。随后，提供至燃料电池堆的正极的氢气被催化剂分解为氢离子(H⁺)和电子(e^-)。在电子(e^-)通过扩散层和隔板转移至负极的同时，只有氢离子(H⁺)穿过电解质膜并转移至负极。

在负极处，通过电解质膜转移的氢离子(H⁺)以及通过隔板转移的电子(e^-)与空气中的氧气反应，由此形成水。具体地，由于氢离子(H⁺)、的移动，电子(e^-)通过外部电路从正极向负极流动，由此产生电力。因此，当燃料电池系统处于操作时，穿过膜增湿器的潮湿空气必须被提供至燃料电池堆的负极。当燃料电池系统的操作终止时，必须阻断潮湿空气被提供至负极。因此，用于调节空气流动的空气截止阀装置安装在燃料电池堆的负极上。

空气截止阀装置安装在连接至负极的入口空气路径和出口空气路径处。当燃料电池系统的操作终止时，必须完全阻断潮湿空气被提供至负极以确保燃料电池堆的耐用性。另一方面，当氢气燃料电池车辆启动时，氢气被注入至正极，并且随后空气压缩机被驱动以便将空气注入负极中。具体地，燃料电池堆内部的吹扫氢气(purged hydrogen)可能不能利用空气充分稀释，并且随后通过注入压力流动至出口空气路径。因此，通过出口空气路径排出的废气中的氢气的浓度临时增加，由此导致不符合规定。

上述内容仅旨在帮助对本发明的背景技术的理解，而并非旨在意味着本发明落入已为本领域技术人员所熟知的相关技术的范围内。

发明内容

因此，本发明提供一种用于燃料电池系统的空气截止阀装置及其控制方法，其中，在启动燃料电池系统时，注入燃料电池堆中的氢气可通过由外部空气稀释而排出。

根据本发明的一个方面，用于燃料电池系统的空气截止阀装置可包括：阀体，具有连接至燃料电池堆的负极且注入燃料电池堆中的空气通过其流动的入口空气路径以及从燃料电池堆排出的空气通过其流动的出口空气路径；旁路管体，具有连接入口空气路径与出口空气路径的旁路空气路径；以及阀瓣，以铰链方式布置在阀体处并且被构造为打开和封闭阀瓣的第一侧处的入口空气路径和出口空气路径并打开和封闭阀瓣的第二侧处的旁路空气路径。

旁路管体可基于阀瓣在注入燃料电池堆中的空气被引入的方向上与入口空气路径和出口空气路径连通。装置可进一步包括：阀马达，布置在阀体处；以及阀轴，可旋转地布置在阀体处以根据阀马达的操作而操作，其中，阀瓣与阀轴固定地耦接。