[发明专利]燃料电池空气供给系统及控制方法

说明书

本发明公开了一种燃料电池空气供给系统，包括：燃料电池堆，用于电化学反应发电；空气压缩机，用于将空气输送到燃料电池堆；电机，用于驱动空气压缩机工作；电力转换装置，用于调节提供给电机的电力；温度调节装置和湿度调节装置，用于调节供给空气的温度和湿度，使符合目标参数；传感器组件，用于测量供给空气的压力、温度、湿度、流量、以及空气压缩机的转速；旁通支路，用于排出流量过剩的空气；旁通阀，用于控制旁通支路的开启面积；空气过滤装置，用于过滤供给空气中的杂质；控制器，用于控制各个模块的工作。本发明将阴极进气系统作为一个整体进行单独考虑和控制，在不同运行工况下，向燃料电池堆精确供给参数最适宜的空气。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池空气供给系统及控制方法。

背景技术

燃料电池是一种电化学装置，依靠阴极的氧化剂气体和阳极的燃料气体之间的电化学反应产生电力，不受卡诺循环的效率限制，在反应气体充足的情况下可以连续长时间运转，并且无污染、零排放。近年来，将燃料电池技术应用于各类电力设备上的研究已经受到了各国政府、企业和科研机构的重视。

作为反应物之一的阴极氧化剂气体，其压力、流量、温度、湿度等参数对整个燃料电池系统的性能具有直接的影响。高效率运行的燃料电池需要适宜的氧化剂气体供给。此外，当燃料电池的运行环境或运行工况发生变化时，需要适时地调整氧化剂气体的供给量来保证高效率运行。尤其是对于目前燃料电池用于汽车、飞机等载运工具上时，其输出的电功率需要随着载运工具的负荷变化而进行变化，燃料电池除了需要具有功率密度大(体积小、质量轻)等优点外，也需要良好的动态响应特性。对于燃料电池的空气供给系统来说也有同样的要求。

研究表明，高压、大流量的空气供应对提高现有燃料电池发动机的功率输出具有明显的效果。与其他类型的空气压缩机相比，高效、结构紧凑的离心式空气压缩机具有显著的优势，并且，借助于已经商业化、大批量生产的车用涡轮增压制造技术，可以大幅度降低成本、迅速规模化生产燃料电池空气供应系统。

专利201610242828.7《一种车用燃料电池发动机的单级直驱增压离心式空压机》公开了一种单级直驱离心式空压机；并在专利号为201620405944.1、201520431475.6和201620405944.1的专利中公布了实现两级离心式空压机串联工作的装置。专利201220578196.9和201210436751.9中公开了根据车辆行驶过程的相关参数，对空气供给量进行预测计算的空气供给系统及其控制方法；专利200910061225.7《带多孔板增湿器的负压增湿车载燃料电池系统》中提出了一种带多孔板增湿器的负压增湿车载燃料电池系统。专利201410841609.1和201410841814.8中公开了基于余热利用的燃料电池空气供给系统。

国外现有的专利主要针对为某一运行环境或工况下的特定结构或参数的控制方法，以整个燃料电池系统的协调控制为主，而很少有仅针对阴极进气系统的相关专利。目前，还未发现将阴极进气系统作为一个整体进行单独考虑和控制的专利。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种燃料电池空气供给系统及控制方法，将阴极进气系统作为一个整体进行单独考虑和控制，在不同运行工况和运行环境下，向燃料电池堆精确供给参数最适宜的空气。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种燃料电池空气供给系统，包括：

燃料电池堆，用于通过氧化剂气体和燃料气体之间的电化学反应发电；

空气压缩机，用于将作为氧化剂气体的空气输送到所述燃料电池堆的阴极；

电机，与所述空气压缩机相连，用于驱动所述空气压缩机工作；

电力转换装置，连接在所述燃料电池堆与所述电机之间，用于调节提供给所述电机的电力；