[發明專利]一種用于低壓燃料電池的空氣供應系統

無效

• 申請號: 200610134026.0
• 申請日: 2006-10-25
• 公開（公告）號: CN101170184A
• 公開（公告）日: 2008-04-30
• 發明（設計）人: 胡軍;韓亞明;萇國強;陳沛;明平文;衣寶廉
• 申請（專利權）人: 新源動力股份有限公司
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04;H01M8/02;H01M8/06
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司
• 代理人: 許宗富;周秀梅

技術領域

本發明屬于燃料電池系統集成技術，具體說是一種可快速改變低壓燃料電池堆空氣供應量的空氣供應系統。

背景技術

燃料電池是一種通過電化學反應將化學能轉變為電能的發電裝置。電池運行時，供入的氧化劑和燃料在電催化劑作用下發生電化學反應，直接產生直流電。燃料電池發動機由燃料電池堆、空氣供應系統、燃料供應系統、水熱管理系統和控制系統等組成。燃料電池發動機在運行時，通過向燃料電池堆源源不斷供入燃料和空氣產出電能，驅動電機運轉，使電動車行駛。向燃料電池堆供應的空氣量應當與電池堆的運行電流相匹配。供入的空氣量過多將增大內耗，同時造成燃料電池的電解質失水，導致電池堆性能降低；供入的空氣量過小會造成電池堆無法達到要求的輸出功率。

電動車行駛時，對燃料電池發動機的功率需求不斷變化，因此燃料電池堆的運行電流也頻繁改變，通常采用調節鼓風機的轉速來改變空氣供入量，使其與燃料電池堆的運行電流相匹配。例如，當燃料電池堆在低電流運行時，鼓風機采用低轉速運轉；當燃料電池堆在高電流運行時，鼓風機采用高轉速運轉。電動車行駛時，電池堆的運行電流往往在1秒內就會大幅度增加，但通過增大鼓風機的轉速使風量增加到需求值往往需要數倍的時間，因此電池堆在加載后的一段時間內空氣供應不足，這對電池堆的整體壽命和個別單池的性能非常不利。

發明內容

本發明的目的在于提供一種可快速改變低壓燃料電池堆空氣供應量的空氣供應系統，以解決燃料電池堆加載時空氣供應不足的問題。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種用于低壓燃料電池的空氣供應系統，包括依次串聯的與環境空氣相通的鼓風機、增濕器及燃料電池堆，由燃料電池堆陰極出來的氣體通過增濕器后排空，在鼓風機與增濕器之間或增濕器與燃料電池堆陰極入口之間設置有旁路管道，旁路管道上設有旁路調節閥門，旁路調節閥門與空氣相通。

所述旁路調節閥門上的閥桿通過連軸器與一電機的傳動軸相連；電機通過線路連接電機控制器；電機控制器通過線路與燃料電池控制系統相連；在鼓風機與環境空氣相通的管道上設有空氣過濾器。

本發明的優點與積極效果為：

(1)鼓風機產出的空氣一方面與增濕器相連接而供入電堆，另一方面與旁路閥門相連。通過控制系統改變旁路閥門的流通截面積改變空氣旁路流量，由此快速改變燃料電池堆的空氣供入量。

(2)與改變鼓風機轉速所需的時間相比，改變旁路裝置的流通截面所需的時間非常短，遠小于1秒，因此供入燃料電池堆的空氣量可以在很短時間內迅速改變。

(3)鼓風機的控制方式靈活，整個發動機運行期間，鼓風機可以采用恒速運轉，也可以采用分檔轉速。

(4)本發明空氣供應系統為低壓燃料電池堆提供空氣；即可用于燃料電池發動機，也可用于其它燃料電池系統，如燃料電池堆的評價裝置。

附圖說明

圖1為低壓型燃料電池發動機中常用的空氣供應系統的連接框圖；

圖2為本發明提出的空氣供應系統的連接框圖。

具體實施方式

燃料電池發動機空氣供應系統可以采用如圖2所示的方式構建。

本發明的空氣供應系統由空氣過濾器、鼓風機、增濕器、流通截面可快速改變的旁路裝置組成。所述的空氣過濾器的入口與大氣相通；所述的空氣過濾器的出口與鼓風機的吸風口相連接；所述的鼓風機的出風口同時與旁路裝置和增濕器的干氣入口相連接；所述的增濕器的增濕氣出口與燃料電池堆的陰極入口相連接。通過控制系統，可快速改變旁路裝置的流通截面，從而快速改變空氣旁路流量，因此供入燃料電池堆的空氣量也可迅速改變并與燃料電池堆的運行電流相匹配，有利于穩定燃料電池堆的性能，提高燃料電池堆的壽命。

所述的空氣供應系統的一種使用方式是：燃料電池發動機運行過程中，鼓風機恒定于高轉速。當燃料電池發動機怠速運行時，通過控制系統調節旁路裝置的流通截面，使之最大，此時大量的空氣通過旁路流出，可確保供入電池堆的空氣量不會過多而造成電池堆失水，另外由于旁路流通截面最大時鼓風機的出口壓力較低，因此燃料電池發動機的內耗功率較小；當發動機輸出功率提高時，調節旁路裝置的流通截面使之減小，從而增大供入電池堆的空氣量；當發動機滿載運行時，調節旁路裝置使之關閉，此時鼓風機產出的空氣全部流入電池堆。

所述的空氣供應系統的一種使用方式是：燃料電池發動機運行過程中，鼓風機的轉速設定為幾個檔位，如分為中速檔和高速檔兩個檔位，也可分為更多檔位。當燃料電池發動機在中低載運行時，鼓風機恒速運轉在中速檔，通過改變旁路裝置的流通截面來調節空氣旁路量，從而使燃料電池堆的空氣供應量與電池堆的輸出電流相匹配；當燃料電池發動機在中高載運行時，鼓風機恒速運轉在高速檔，通過改變旁路裝置的流通截面來調節空氣旁路量，使燃料電池堆的空氣供應量與其運行電流相匹配。這種方式有利于降低燃料電池發動機低載運行時的內耗功率。