CN113036177A - 燃料电池空气路控制***与燃料电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种燃料电池空气路控制***与燃料电池，燃料电池空气路控制***包括沿空气流动方向依次连通的中冷器、阀门装置、增湿器与电堆；阀门装置具有入口、第一出口、第二出口与第三出口，入口通向中冷器，第一出口通向增湿器，第二出口通向与电堆的空气出口连通的第一空气流路，第三出口通向增湿器与电堆之间的第二空气流路；入口、第一出口、第二出口与第三出口均能够独立开闭。本发明实施例的燃料电池空气路控制***包括位于中冷器与增湿器之间的阀门装置，阀门装置具有入口、第一出口、第二出口与第三出口，入口与各出口均能够独立开闭，从而适应于燃料电池的不同工况。

Description

燃料电池空气路控制***与燃料电池
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，尤其是涉及燃料电池空气路控制***与燃料电池。
背景技术
在氢氧燃料电池***中，氢气是***的燃料供给源，而经过空压机压缩后的空气则扮演着氧化剂的角色。在燃料电池***三大主路“空、氢、水”中，空气回路起着至关重要的作用。燃料电池***在工作时将会面临的不同工况，导致对空气的需求存在区别，相关技术中的控制***比较复杂，难以满足实际需求。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种燃料电池空气路控制***，能够适应于燃料电池的不同工况。
本发明还提出了应用上述燃料电池空气路控制***的燃料电池。
根据本发明第一实施例的燃料电池空气路控制***，包括沿空气流动方向依次连通的中冷器、增湿器与电堆；
还包括：
阀门装置，位于所述中冷器与所述增湿器之间，具有入口、第一出口、第二出口与第三出口，所述入口通向所述中冷器，所述第一出口通向所述增湿器，所述第二出口通向与所述电堆的空气出口连通的第一空气流路，所述第三出口通向所述增湿器与所述电堆之间的第二空气流路；
其中，所述入口、所述第一出口、所述第二出口与所述第三出口均能够独立开闭。
据本发明实施例的燃料电池空气路控制***，至少具有如下有益效果：
燃料电池空气路控制***包括位于中冷器与增湿器之间的阀门装置，阀门装置具有入口、第一出口、第二出口与第三出口，入口与各出口均能够独立开闭，从而适应于燃料电池的不同工况。
根据本发明的一些实施例，当所述入口处于打开状态时，所述第一出口、所述第二出口与所述第三出口中至少一个处于打开状态。
根据本发明的一些实施例，所述入口与所述第一出口处于打开状态时，所述第二出口与所述第三出口处于关闭状态，以使所述中冷器输出的全部空气经过所述增湿器增湿后进入所述电堆。
根据本发明的一些实施例，所述入口、所述第一出口与所述第二出口处于打开状态时，所述第三出口处于关闭状态，以使所述中冷器输出的部分空气泄流至所述第一空气流路。
根据本发明的一些实施例，还包括流量传感器与控制装置，所述流量传感器用于检测进入所述电堆的空气的流量，所述控制***基于所述流量传感器检测的流量值以及所述电堆所需的空气流量控制所述第二出口的开闭。
根据本发明的一些实施例，所述入口、所述第一出口与所述第三出口处于打开状态时，所述第二出口处于关闭状态，以使所述中冷器输出的部分空气与经过所述增湿器增湿后的空气混合。
根据本发明的一些实施例，还包括湿度传感器与控制装置，所述湿度传感器用于检测进入所述电堆的空气的湿度，所述控制***基于所述湿度传感器检测的湿度值以及所述电堆所需的空气湿度控制所述第三出口的开闭。
根据本发明的一些实施例，所述入口与所述第三出口处于打开状态时，所述第一出口与所述第二出口处于关闭状态，以使所述中冷器输出的全部空气绕过所述增湿器后进入所述电堆。
根根据本发明的一些实施例，所述入口处于关闭状态以切断所述中冷器与所述增湿器之间的第三空气流路。
根据本发明的一些实施例，还包括截止阀，所述电堆与所述截止阀沿空气流动的方向连通设置，所述入口能够处于关闭状态以切断所述中冷器与所述增湿器之间的第三空气流路，所述截止阀能够处于关闭状态以切断所述第一空气流路。
根据本发明第二实施例的燃料电池，包括所述的燃料电池空气路控制***。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：
图1为本发明实施例的燃料电池空气路控制***的示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
参照图1，本发明实施例公开的燃料电池空气路控制***包括沿空气流动方向依次连通的空压机500、中冷器100、增湿器200与电堆300，相邻构件之间通过连接管道连通，从而形成空气流路，其中，空气过滤装置500用于过滤空气中的杂质，空压机500用于对空气进行压缩，中冷器100用于对经过压缩后的空气进行冷却，增湿器200用于对冷却后的空气进行加湿。需要说明的是，空压机500、中冷器100、增湿器200与电堆300均可以采用公知技术。
燃料电池空气路控制***还包括阀门装置400，阀门装置400位于中冷器100与增湿器200之间，具有入口410、第一出口420、第二出口430与第三出口440，入口410通过连接管道通与中冷器100的空气出口连通，第一出口420通过连接管道与增湿器200的空气入口连通，第二出口430通过连接管道通向第一空气流路810，第一空气流路810与电堆300的空气出口310连通，第三出口440通过连接管道通向第二空气流路820，第二空气流路820位于增湿器200与电堆300之间，一端与增湿器200的空气出口连通，另一端与电堆300的空气入口连通，入口410、第一出口420、第二出口430与第三出口440均能够独立开闭，从而形成多种控制模式，以适应于燃料电池的不同工况。
需要说明的是，阀门装置400可以是一个构件，其上具有入口410、第一出口420、第二出口430与第三出口440，入口410与各出口之间通过流道进行连通。阀门装置400也可以是多个独立阀的组合，例如将一个阀作为主路阀，其入口作为阀门装置400的入口410，其中三个阀作为分支阀并联主路阀在出口处，各分支阀的出口分别作为上述的第一出口420、第二出口430与第三出口440。
在上述的燃料电池空气路控制***中，当入口410处于打开状态时，第一出口420、第二出口430与第三出口440中至少一个处于打开状态，以实现空气湿度调节、空气流量调节或者吹扫等功能。
例如，当燃料电池处于中等电流拉载状态时，电堆300已经跨过冷机启动和怠速阶段，空压机500的供给能力能够满足电堆300对空气流量的要求，增湿器200的增湿能力能够满足电堆300对空气湿度的要求，因此可以在入口410与第一出口420处于打开状态时，关闭第二出口430与第三出口440，此时，由中冷器100输出的全部空气经过增湿器200增湿后进入电堆300。
又例如，当燃料电池处于怠速状态或者小电流拉载状态时，空压机500的最低供给能力仍可能超出满足电堆300对空气流量的要求，因此可以在入口410、第一出口420与第二出口430处于打开状态时，关闭第三出口440，此时，中冷器100输出的空气通过阀门装置400分成两部分，其中一部分通过增湿器200增湿后进入电堆300，另一部分绕过增湿器200与电堆300后泄流至第一空气流路810，从而减少进入电堆300的空气流量。此外，本模式还可以在燃料电池出现故障时起到紧急泄压的作用。
作为上述燃料电池空气路控制***的改进，其还可以包括未示出的流量传感器与控制装置，流量传感器用于检测进入电堆300的空气的流量，控制***基于流量传感器检测的流量值以及电堆所需的空气流量控制第二出口430的开闭，实现自动控制。
又例如，当燃料电池处于中大电流或者峰值电流拉载状态时，电堆300对空气湿度敏感性极高，增湿器200的增湿能力可能超过电堆300对空气湿度的要求，因此可以在入口410、第一出口420与第三出口440处于打开状态时，关闭第二出口430，此时，中冷器100输出的空气通过阀门装置400分成两部分，其中一部分空气通过增湿器200进行增湿，另一部分绕过增湿器200后与增湿后的空气混合，从而降低进入进入电堆300的空气湿度。
作为上述燃料电池空气路控制***的改进，其还可以包括未示出的湿度传感器与控制装置，湿度传感器用于检测进入电堆300的空气的湿度，控制***基于湿度传感器检测的湿度值以及电堆所需的空气湿度控制第三出口440的开闭，实现自动控制。
又例如，当燃料电池需要停机吹扫时，可以在入口410与第三出口440处于打开状态时，关闭第一出口420与第二出口430，此时，中冷器100输出的全部空气绕过增湿器200后进入电堆300，通过大流量空气对电堆300进行吹扫，清除电堆300内的残留水分。
当燃料电池停机后，电堆300内仍残留有氢气，如果向电堆300内继续通入空气，残留的氢气会与氧气反应而产生水，滞留的水会影响燃料电池的寿命，基于此，可以关闭入口410以切断中冷器100与增湿器200之间的第三空气流路830，避免空气从电堆300的空气入口进入电堆300。
作为上述方案的改进，燃料电池空气路控制***还包括截止阀600，电堆300与截止阀600沿空气流动的方向设置并通过连接管道连通，当燃料电池停机后，可以通过截止阀600切断第一空气流路810，避免空气从电堆300的空气出口310进入电堆300，如此，电堆300的空气入口与空气出口310均与外部断开连通，从而能够避免空气渗透入电堆300。
本发明还公开了一种燃料电池，包括上述的燃料电池空气路控制***。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (10)

1.燃料电池空气路控制***，其特征在于，包括沿空气流动方向依次连通的中冷器、增湿器与电堆；
还包括：
阀门装置，位于所述中冷器与所述增湿器之间，具有入口、第一出口、第二出口与第三出口，所述入口通向所述中冷器，所述第一出口通向所述增湿器，所述第二出口通向与所述电堆的空气出口连通的第一空气流路，所述第三出口通向所述增湿器与所述电堆之间的第二空气流路；
其中，所述入口、所述第一出口、所述第二出口与所述第三出口均能够独立开闭。
2.根据权利要求1所述的燃料电池空气路控制***，其特征在于，当所述入口处于打开状态时，所述第一出口、所述第二出口与所述第三出口中至少一个处于打开状态。
3.根据权利要求2所述的燃料电池空气路控制***，其特征在于，所述入口与所述第一出口处于打开状态时，所述第二出口与所述第三出口处于关闭状态，以使所述中冷器输出的全部空气经过所述增湿器增湿后进入所述电堆。
4.根据权利要求2所述的燃料电池空气路控制***，其特征在于，所述入口、所述第一出口与所述第二出口处于打开状态时，所述第三出口处于关闭状态，以使所述中冷器输出的部分空气泄流至所述第一空气流路。
5.根据权利要求4所述的燃料电池空气路控制***，其特征在于，还包括流量传感器与控制装置，所述流量传感器用于检测进入所述电堆的空气的流量，所述控制装置基于所述流量传感器检测的流量值以及所述电堆所需的空气流量控制所述第二出口的开闭。
6.根据权利要求2所述的燃料电池空气路控制***，其特征在于，所述入口、所述第一出口与所述第三出口处于打开状态时，所述第二出口处于关闭状态，以使所述中冷器输出的部分空气与经过所述增湿器增湿后的空气混合。
7.根据权利要求6所述的燃料电池空气路控制***，其特征在于，还包括湿度传感器与控制装置，所述湿度传感器用于检测进入所述电堆的空气的湿度，所述控制装置基于所述湿度传感器检测的湿度值以及所述电堆所需的空气湿度控制所述第三出口的开闭。
8.根据权利要求2所述的燃料电池空气路控制***，其特征在于，所述入口与所述第三出口处于打开状态时，所述第一出口与所述第二出口处于关闭状态，以使所述中冷器输出的全部空气绕过所述增湿器后进入所述电堆。
9.根据权利要求1所述的燃料电池空气路控制***，其特征在于，还包括截止阀，所述电堆与所述截止阀沿空气流动的方向设置，所述入口能够处于关闭状态以切断所述中冷器与所述增湿器之间的第三空气流路，所述截止阀能够处于关闭状态以切断所述第一空气流路。
10.燃料电池，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的燃料电池空气路控制***。
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