[發明專利]一種基于有機朗肯循環的燃料電池汽車空氣供給系統及其控制方法

有效

• 申請號: 201910357989.4
• 申請日: 2019-04-30
• 公開（公告）號: CN109980251B
• 公開（公告）日: 2023-09-08
• 發明（設計）人: 閔海濤;王博石;于遠彬;孫維毅;黃世佩;曹起銘;李卓昂;張明智
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: H01M8/04298
• 分類號: H01M8/04298;H01M8/04089;H01M8/04007;H01M8/0438;H01M8/0432
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理有限公司 11369
• 代理人: 許小東

1.一種基于有機朗肯循環的燃料電池汽車空氣供給系統，其特征在于，包括：

增壓回路，其包括依次連接的燃料電池電堆、渦輪機、第一壓縮機、第二壓縮機、第一中冷器、空氣壓縮機、換熱器和第二中冷器；

余熱利用回路，其包括依次連接的有機工質泵、換熱器和膨脹機；

第一旁通電磁閥，其設置在所述增壓回路上，且連接所述第二壓縮機兩端，用于旁通所述第二壓縮機；

第二旁通電磁閥，其設置在所述增壓回路上，且連接所述換熱器兩端，用于旁通所述換熱器；

第三旁通電磁閥，其設置在所述余熱利用回路上，且連接所述膨脹機兩端，用于部分或者全部旁通所述膨脹機；

壓力流量傳感器，其設置在所述增壓回路上，且連接在所述第一中冷器和所述空氣壓縮機之間，用于檢測空氣壓縮機入口處的壓力和流量；

壓力溫度傳感器，其設置在所述增壓回路上，且連接在所述空氣壓縮機和所述換熱器之間，用于檢測空氣壓縮機出口處的壓力和溫度；

控制器，其同時連接所述空氣壓縮機、有機工質泵、壓力流量傳感器、壓力溫度傳感器、第一旁通電磁閥、第二旁通電磁閥和第三旁通電磁閥，用于接收所述壓力流量傳感器和壓力溫度傳感器傳感器的檢測數據并控制所述空氣壓縮機、有機工質泵、第一旁通電磁閥、第二旁通電磁閥和第三旁通電磁閥工作；

其中，所述第一壓縮機連接外部空氣，所述膨脹機與所述第二壓縮機連接，用于驅動所述第二壓縮機工作；

當所述余熱利用回路開啟時，所述空氣壓縮機的余熱流入所述換熱器，并對有機工質進行加熱，通過所述膨脹機驅動所述第二壓縮機，所述增壓回路為中高壓增壓回路；

當所述余熱利用回路關閉時，所述第二壓縮機不工作，所述增壓回路為低壓增壓回路；

當所述余熱利用回路關閉時，所述第一旁通電磁閥和第二旁通電磁閥開啟；

當所述余熱利用回路開啟時，所述第一旁通電磁閥和第二旁通電磁閥關閉。

2.如權利要求1所述的基于有機朗肯循環的燃料電池汽車空氣供給系統，其特征在于，還包括：

空氣濾清器，其設置在所述第一壓縮機連接外部空氣一側；

加濕器，其設置在所述增壓回路上，且連接在所述第二中冷器和所述燃料電池電堆之間；

冷凝器，其設置在所述余熱利用回路上，且連接在所述膨脹機和所述有機工質泵之間。

3.一種基于有機朗肯循環的燃料電池汽車空氣供給系統的控制方法，使用如權利要求1-2任意一項所述的基于有機朗肯循環的燃料電池汽車空氣供給系統，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：按照采樣周期采集空氣壓縮機入口處的流量和壓力，出口處的溫度和壓力以及汽車需求功率，并根據汽車需求功率獲得空氣壓縮機的輸出目標流量和目標壓力；

步驟2：當空氣壓縮機出口處的溫度T滿足T≤T₁時，第一旁通電磁閥和第二旁通電磁閥開啟，余熱利用回路關閉，根據目標流量與空氣壓縮機入口處的流量的差值和目標壓力與空氣壓縮機入口處的壓力的差值，并通過所述空氣壓縮機的特性標定圖確定空氣壓縮機的轉速；

當空氣壓縮機出口處的溫度T滿足T＞T₁時，第一旁通電磁閥和第二旁通電磁閥關閉，余熱利用回路開啟，第二壓縮機工作，根據目標流量與空氣壓縮機入口處的流量的差值和目標壓力與空氣壓縮機入口處的壓力的差值，并通過所述空氣壓縮機的特性標定圖確定空氣壓縮機的轉速；

其中，T₁為設定的第一溫度閾值。

4.如權利要求3所述的基于有機朗肯循環的燃料電池汽車空氣供給系統的控制方法，其特征在于，當余熱利用回路開啟后，還包括：

當空氣壓縮機出口處的溫度T滿足T≥T₂時，第一旁通電磁閥和第二旁通電磁閥保持關閉，余熱利用回路保持開啟狀態；

當空氣壓縮機出口處的溫度T滿足T＜T₂時，第一旁通電磁閥和第二旁通電磁閥開啟，余熱利用回路關閉；

其中，T₂為第二溫度閾值，且T₂＜T₁。