[發明專利]一種燃料電池發動機系統及其供氣系統和一種控制方法

有效

• 申請號: 201910945231.2
• 申請日: 2019-09-30
• 公開（公告）號: CN110649287B
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 任德軒;陳文淼;王欽普;郗富強;槐佳;張椿;陳鵬
• 申請（專利權）人: 濰柴動力股份有限公司
• 主分類號: H01M8/04082
• 分類號: H01M8/04082;H01M8/04089;H01M8/0438;H01M8/0444
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 張子寬

本發明公開了一種燃料電池發動機系統及其供氣系統和一種控制方法，供氣系統包括氫氣供給系統和空氣供給系統，氫氣出口管路連接有兩位兩通閥，兩位兩通閥并聯有第一氫氣循環管路和第二氫氣循環管路，第一氫氣循環管路連接于膨脹壓氣一體機的壓氣機的入口，壓氣機的出口再連接于氫氣循環總管路，氫氣循環總管路連接于氫氣入口管路，第二氫氣循環管路通過氫氣引射器連接于氫氣循環總管路，氫氣入口管路上設置有入口氫氣壓力檢測裝置，空氣出口管路連接于膨脹壓氣一體機的膨脹機。本發明有效利用空氣供給系統排出的高壓尾氣驅動膨脹壓氣一體機來實現氫氣循環利用，降低了輔助系統的寄生負載，提升電堆的凈輸出功率。

技術領域

本發明涉及燃料電池發動機技術領域，尤其涉及一種燃料電池發動機系統及其供氣系統和一種控制方法。

背景技術

燃料電池發電系統是由燃料電池模塊和必要的輔助部件組成的一個完整的可穩定運行的發電系統，通常簡稱為燃料電池發動機系統。電堆是由兩個或多個單電池和其他必要的結構件組成的、具有統一電輸出的綜合體。燃料電池供氣系統是為燃料電池系統提供燃料貯存、供給和調節功能的系統。

寄生負載是為維持燃料電池發電系統運行，輔助系統(空氣壓縮機、氫氣循環泵、水泵、散熱風扇等)所消耗的功率。

目前在氫氣供給系統中多采用陽極入、出口處的氫氣濃度導出氫氣過量系數，依據過量系數與氫氣循環泵轉速的關系進而控制氫氣的循環利用。在空氣供給系統中采用車輛氣剎制動系統中自帶的儲氣罐作為燃料電池的氣源，不需要再單獨配置空氣壓縮機，并且在燃料電池啟動時，可將儲氣罐中的壓縮氣體傳輸給燃料電池，為燃料電池提供空氣。

專利“一種燃料電池氫氣循環控制系統和方法”(公開號CN109524690A)方案中還需要在氫氣入、出口加入濃度傳感器，增加了燃料電池系統的成本，氫氣循環泵采用電驅動，增加了功耗，從而增加了寄生負載，此外該專利的控制邏輯較復雜，不易實用。專利“燃料電池與使用該燃料電池的車輛”(CN205621802U)方案中僅配置一臺空氣壓縮機，車輛在行駛中頻繁加速、制動會導致氣瓶中的氣體不能滿足燃料電池電堆需求的壓縮空氣，嚴重影響到燃料電池的工作。還會導致空氣壓縮機頻繁啟動，加速了空氣壓縮機壽命的衰減。

因此，如何提高氫氣的循環利用率，降低輔助系統的寄生負載，是本領域技術人員目前需要解決的技術問題。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種燃料電池發動機系統的供氣系統，該供氣系統能夠提升氫氣的循環利用率，降低輔助系統的寄生負載，提升電堆的凈輸出功率。本發明的另一個目的是提供一種燃料電池發動機系統和一種控制方法。

為了實現上述目的，本發明提供了如下技術方案：

一種燃料電池發動機系統的供氣系統，包括：

氫氣供給系統，所述氫氣供給系統包括與電堆連接的氫氣入口管路和氫氣出口管路，所述氫氣出口管路連接有兩位兩通閥，所述兩位兩通閥并聯有第一氫氣循環管路和第二氫氣循環管路，所述第一氫氣循環管路連接于膨脹壓氣一體機的壓氣機的入口，所述壓氣機的出口通過所述第一氫氣循環管路連接于氫氣循環總管路，所述氫氣循環總管路的出口連接于所述氫氣入口管路，所述第二氫氣循環管路連接于氫氣引射器的入口，所述氫氣引射器的出口連接于所述氫氣循環總管路，所述氫氣入口管路上設置有入口氫氣壓力檢測裝置；

空氣供給系統，所述空氣供給系統包括與所述電堆連接的空氣入口管路和空氣出口管路，所述空氣出口管路連接于所述膨脹壓氣一體機的膨脹機。

本發明提供的供氣系統的工作原理如下：