[發明專利]集成式燃料電池空氣供給系統及燃料電池系統

在審

• 申請號: 202011020209.6
• 申請日: 2020-09-23
• 公開（公告）號: CN112201809A
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發明（設計）人: 徐叢國;匡金俊;彭旭;毛志明;郭玉平;王成林
• 申請（專利權）人: 深圳國氫新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M8/04082
• 分類號: H01M8/04082;H01M8/04089;H01M8/04119;H01M8/0662
• 代理公司: 深圳市華勤知識產權代理事務所(普通合伙) 44426
• 代理人: 隆毅

本發明公開集成式燃料電池空氣供給系統，包括控制器單元、空氣過濾器、空氣壓縮機、中冷器、集成式閥組、增濕器、水分離器和消音器；空氣壓縮機包括有空氣供給進口、空氣供給出口、空氣回收進口和空氣回收出口，空氣供給進口與空氣過濾器連接，空氣供給出口與中冷器連接；增濕器包括干側入口、干側出口、濕側入口和濕側出口，集成式閥組包括進氣三通閥和排氣三通閥，進氣三通閥包括進氣入口和第一進氣出口，進氣入口與中冷器連接，進氣出口與干側入口連接，排氣三通閥包括第一排氣入口和排氣出口，第一排氣入口與濕側出口連接；水分離器包括濕空氣入口、分離水出口和干空氣出口，濕空氣入口與排氣出口連接，干空氣出口與空氣回收進口連接。

技術領域

本發明涉及燃料電池領域，具體涉及一種集成式燃料電池空氣供給系統及燃料電池系統。

背景技術

燃料電池是一種將燃料化學能直接轉化為電能的裝置，其原理是通過質子交換膜傳導燃料質子，在外部通路輸出電流的方式進行發電，產物僅僅由水組成。這是一種高效、環保的能源轉換方式，其能量轉換效率非常高，且轉換方式不受卡諾循環限制。燃料電池廣泛應用于新能源汽車、輪船、無人機及熱電聯供發電等領域。

在燃料電池系統中，空氣系統提供的是所需的氧化劑。燃料電池系統工作過程中，來自空氣系統的影響主要包括空氣壓力、流量、溫度、濕度、電堆內部陰極產水量與輸水能力以及空氣供應的響應速度和穩定性等方面的因素。當滿足所述條件時就要為系統考慮其可靠性，包括空壓機啟停次數、空壓機耐久性、空濾更換周期和增濕器使用壽命等。

專利公開號為CN110957507的專利文獻公開一種燃料電池供氣裝置及其控制方法，該方法所給出的空氣系統空壓機防喘振旁通流量方案為無能量回收，方案中還給出電堆入口端通過多個比例閥調節空氣濕度，此無法在調節空氣濕度時無法保證進入電堆的空氣流量，在電堆空氣進出口端沒有截止功能。

發明內容

本發明的主要目的在于提出一種集成式燃料電池空氣供給系統，旨在解決上述背景技術中所提出的技術問題。

為實現上述目的，本發明提出一種集成式燃料電池空氣供給系統，該集成式燃料電池空氣供給系統包括控制器單元、空氣過濾器、空氣壓縮機、中冷器、集成式閥組、增濕器、水分離器和消音器，所述集成式閥組和所述空氣壓縮機分別與所述控制器單元連接；其中：所述空氣壓縮機包括有空氣供給進口、空氣供給出口、空氣回收進口和空氣回收出口，所述空氣供給進口與所述空氣過濾器連接，所述空氣供給出口與所述中冷器連接；所述增濕器包括有干側入口、干側出口、濕側入口和濕側出口，所述干側出口可與燃料電池堆的入口連接，所述濕側入口可與燃料電池堆的出口連接，所述集成式閥組包括進氣三通閥和排氣三通閥，所述進氣三通閥包括有進氣入口和第一進氣出口，所述進氣入口與所述中冷器連接，所述進氣出口與所述干側入口連接，所述排氣三通閥包括有第一排氣入口和排氣出口，所述第一排氣入口與所述濕側出口連接；所述水分離器包括有濕空氣入口、分離水出口和干空氣出口，所述濕空氣入口與所述排氣出口連接，所述干空氣出口與所述空氣回收進口連接，所述空氣回收出口與所述消音器連接。

優選地，所述集成式閥組還包括用于調節所述燃料電池堆入口處空氣濕度的濕度比例閥，所述濕度比例閥的一端可與所述燃料電池堆的出口連接，所述濕度比例閥的另一端與所述排氣三通閥的第二排氣入口連接。

優選地，所述增濕器的干側出口端設有用于監測空氣濕度的露點傳感器，所述露點傳感器與所述控制器單元連接。

優選地，所述集成式閥組還包括用于調節進入所述燃料電池堆的空氣流量和壓力的背壓閥，所述背壓閥的進口端與所述排氣出口連接，所述背壓閥的出口端與所述消音器連接。

優選地，所述集成式閥組還包括用于防止空氣壓縮機喘振的旁通比例閥，所述旁通比例閥的一端與所述進氣三通閥的第二進氣出口連接，所述旁通比例閥的另一端與所述空氣壓縮機的空氣供給進口連接。