[發(fā)明專利]一種燃料電池空氣壓力調(diào)節(jié)裝置及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011517118.3
• 申請(qǐng)日: 2020-12-21
• 公開（公告）號(hào): CN112635795B
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬義;張劍;李學(xué)銳;王章;李洪濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東風(fēng)汽車集團(tuán)有限公司
• 主分類號(hào): H01M8/04089
• 分類號(hào): H01M8/04089;H01M8/04746
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 周舒蒙

本發(fā)明公開了一種燃料電池空氣壓力調(diào)節(jié)裝置，包括閥體、閥片、連桿機(jī)構(gòu)和機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述閥體的空氣入口與電堆的空氣出口連通，閥體的出口通過閥片與尾氣排放管道連通；所述連桿機(jī)構(gòu)設(shè)于閥片外側(cè)，連桿機(jī)構(gòu)的輸入端與機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)相連，機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)的輸入端沿閥體軸向移動(dòng)；所述連桿機(jī)構(gòu)的輸出端套在軸套上，且與閥片的外側(cè)固連。本發(fā)明還提供了一種燃料電池空氣壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)。本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明采用純機(jī)械式壓力調(diào)節(jié)，從空壓機(jī)出口引氣，通過膜片驅(qū)動(dòng)滑桿移動(dòng)，通過連桿機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)閥片的開啟與關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)燃料電池的空氣壓力調(diào)節(jié)空壓機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)解耦，省去了大量的控制模型和算法，降低了燃料電池控制復(fù)雜程度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及車用燃料電池，具體涉及一種燃料電池空氣壓力調(diào)節(jié)裝置及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

燃料電池系統(tǒng)包括電堆、空氣系統(tǒng)、氫氣系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)以及相應(yīng)的控制系統(tǒng)，其中空氣系統(tǒng)由空濾、空氣流量計(jì)、空壓機(jī)、增濕器、背壓閥、泄壓閥等組件構(gòu)成，用于為電堆提供運(yùn)行時(shí)所需的空氣流量及空氣壓力。由于電堆在不同工況下的工作邊界不同，對(duì)空氣系統(tǒng)所供應(yīng)空氣的流量、溫度、壓力和濕度等參數(shù)需求也會(huì)相應(yīng)發(fā)生變化。空壓機(jī)一般為離心式，作用是為電堆提供空氣流量，背壓閥聯(lián)合空壓機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)可以控制進(jìn)入電堆的空氣壓力。泄壓閥可旁通多余的空氣，避免空壓機(jī)出現(xiàn)喘振。現(xiàn)有燃料電池空氣壓力調(diào)節(jié)裝置的技術(shù)方案中，背壓閥包括閥門、閥桿、齒輪組、電機(jī)、角度傳感器及密封裝置等。閥門一般采用了蝶片式、提升式或劃盤式結(jié)構(gòu)。閥門的開度由電機(jī)控制，電機(jī)角度由燃料電池控制器控制，因此控制器內(nèi)部需要一套適應(yīng)背壓閥壓力調(diào)節(jié)的復(fù)雜算法，如壓降模型，閥門位置模型，前饋模型等，這增加了燃料電池系統(tǒng)的控制復(fù)雜程度，增加了系統(tǒng)成本，且電動(dòng)背壓閥調(diào)節(jié)空氣壓力還會(huì)增加離心式空壓機(jī)的喘振風(fēng)險(xiǎn)。

中國專利CN103779590B公開了一種用于車輛燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)的陰極分流控制和壓力控制方法，其中涉及用來控制車輛燃料電池系統(tǒng)中的陰極背壓閥和旁路閥的裝置和方法，基于前饋的控制策略用來控制陰極背壓閥，對(duì)旁路閥的控制被整合進(jìn)對(duì)陰極背壓閥的控制中，這樣的控制策略以預(yù)測方式改善對(duì)系統(tǒng)中的瞬時(shí)陰極壓力和旁路分流設(shè)定點(diǎn)的閥門響應(yīng)。然而，這一控制方法的缺陷在于：該技術(shù)采用了電動(dòng)背壓閥裝置，屬于空氣系統(tǒng)進(jìn)堆壓力調(diào)節(jié)裝置，但需要燃料電池控制器對(duì)該背壓閥進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，且控制器內(nèi)部需要一套適應(yīng)背壓閥壓力調(diào)節(jié)的復(fù)雜算法，如壓降模型，閥門位置模型，前饋模型等，這增加了燃料電池系統(tǒng)的控制復(fù)雜程度，增加了系統(tǒng)成本，電動(dòng)背壓閥調(diào)節(jié)空氣壓力還會(huì)增加離心式空壓機(jī)的喘振風(fēng)險(xiǎn)。

中國專利CN210034431U公開了一種燃料電池背壓閥，包括步進(jìn)電機(jī)和電機(jī)控制器，所述步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)位于步進(jìn)電機(jī)中螺套進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所述螺套與螺桿相配合，所述螺桿的下端依次穿過第一導(dǎo)向套和第二導(dǎo)向套，所述第一導(dǎo)向套設(shè)置于連接板的內(nèi)腔中，所述第二導(dǎo)向套設(shè)置于閥體的內(nèi)腔中，所述閥體的下端固定連接有底板，底板上開設(shè)有通氣閥孔，螺桿的下端連接有用于封閉通氣閥孔的閥片，所述閥片的上方設(shè)置有用于對(duì)閥片向上運(yùn)動(dòng)的位移進(jìn)行限制的限位底座，第一導(dǎo)向套上設(shè)置有方形孔，所述螺桿上位于第一導(dǎo)向套上中的部分設(shè)置有阻止螺桿在方形孔中旋轉(zhuǎn)的限位槽口；該技術(shù)方案解決了傳統(tǒng)節(jié)氣門用在燃料電池系統(tǒng)中所存在的密封性差、磨損、卡滯等問題，但存下以下缺陷：該技術(shù)采用了電動(dòng)控制提升式背壓閥裝置，屬于空氣系統(tǒng)進(jìn)堆壓力調(diào)節(jié)裝置，但需要燃料電池控制器對(duì)該背壓閥進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，且控制器內(nèi)部需要一套適應(yīng)背壓閥壓力調(diào)節(jié)的復(fù)雜算法，這增加了燃料電池系統(tǒng)的控制復(fù)雜程度，增加了系統(tǒng)成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種成本低、控制調(diào)節(jié)過程簡單的燃料電池空氣壓力調(diào)節(jié)裝置及系統(tǒng)。