CN115064727B - 一种燃料电池发动机的空气供气***、控制方法及飞机 - Google Patents

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Abstract

本发明属于飞机技术领域，公开了一种燃料电池发动机的空气供气***、控制方法及飞机，该燃料电池发动机的空气供气***包括空压机、第一电控阀、第二电控阀和第三电控阀，第一电控阀一端与空压机的出气端连通，另一端与燃料电池发动机的燃料电池堆的空气进口连通，空压机的进气端与大气连通，第二电控阀一端与空压机的出气端连通，另一端与大气连通，第三电控阀一端与燃料电池发动机的燃料电池堆的出气口连通，另一端与大气连通。该燃料电池发动机的空气供气***能够迅速给燃料电池堆提供足够的空气，以满足飞机起飞时的高功率和急速拉载的性能需求，同时还能避免空压机急速拉载的恶劣工况，延长空压机的使用寿命。

Description

一种燃料电池发动机的空气供气***、控制方法及飞机
技术领域
本发明涉及飞机技术领域，尤其涉及一种燃料电池发动机的空气供气***、控制方法及飞机。
背景技术
燃料电池发动机由于其能量转化效率高、零排放和续航里程长等优点已经被广泛应用，燃料电池发动机能够为多种交通运输工具提供动力，其中燃料电池发动机的功率等级可以满足固定翼飞机的需求，具有十分良好的应用场景。空气供气***中通过空压机将空气压缩成高压空气并提供给燃料电池发动机。空压机通过调整其内部电机的转速调整空气的流量，电机转速增加，带动叶轮转速增加，空压机供给的空气的流量和压力均增加。由于电机作为机械旋转部件，在惯性作用下，不能瞬间达到高速运行状态，同时，为了保护空压机的叶片、电机和控制器，保证零部件寿命，空压机一般均需严格限制拉载速率，导致燃料电池发动机中空气供气***响应速度较慢，空压机从启动到进入峰值工况运行一般需要数秒的时间，瞬态响应存在严重滞后效应。而飞机起飞时需要急速提高燃料电池发动机输出功率直到峰值工况，以使飞机可以快速起飞。
现有技术中通过调节空气供气***和氢气供气***不同阀门的开度，实现燃料电池开关机时的灵活吹扫，缩短了燃料电池的开关机时间，但是还没有能使燃料电池发动机快速拉载的方案。现有技术中空压机拉载功率提升过慢使供给的空气不足，空气不足使燃料电池堆不能以峰值工况运行，而若强行提升燃料电池堆的输出电流，则会发生欠气的情况，产生膜电极碳腐蚀的危害，对燃料电池造成不可逆性损害。并且若空压机以峰值工况运行，燃料电池堆以低功率运行，则会有过量的高压空气流经燃料电池堆。由于燃料电池堆低功率运行反应生成的水少，大量的高压空气会将反应的水全部吸收，然后带出燃料电池堆，因此，过量的高压空气流经燃料电池堆会使燃料电池堆内部出现缺水的情况，导致膜干、剥落催化剂和局部过热，对燃料电池造成不可逆性损害。
由于现有的空气供气***难以满足燃料电池发动机的急速拉载速率的需求，在飞机进入起飞状态之初，燃料电池发动机输出功率低，燃料电池发动机的输出功率只能跟随空气供气***供应能力的提升而逐步提升，从而，燃料电池发动机的拉载速率慢会延长飞机的最短起飞距离。
因此，目前亟需一种燃料电池发动机的空气供气***能够满足飞机起飞状态时的高功率和急速拉载的性能需求，缩短飞机的最短起飞距离。
发明内容
本发明的目的在于提供一种燃料电池发动机的空气供气***、控制方法及飞机，以解决现有的空气供气***难以满足燃料电池发动机的急速拉载速率的需求，导致延长飞机的最短起飞距离的问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种燃料电池发动机的空气供气***，包括：
空压机和第一电控阀，所述第一电控阀一端与所述空压机的出气端连通，另一端与燃料电池发动机的燃料电池堆的空气进口连通，所述空压机的进气端与大气连通；
第二电控阀，所述第二电控阀一端与所述空压机的出气端连通，另一端与大气连通；
第三电控阀，所述第三电控阀一端与所述燃料电池发动机的燃料电池堆的出气口连通，另一端与大气连通。
作为上述燃料电池发动机的空气供气***的一种优选方案，所述燃料电池发动机的空气供气***还包括第一压力传感器，所述第一压力传感器用于检测所述空压机的出气端的空气压力。
作为上述燃料电池发动机的空气供气***的一种优选方案，所述燃料电池发动机的空气供气***还包括第二压力传感器，所述第二压力传感器用于检测所述燃料电池堆的空气进口的空气压力。
作为上述燃料电池发动机的空气供气***的一种优选方案，所述燃料电池发动机的空气供气***还包括流量传感器，所述流量传感器用于检测所述燃料电池堆的空气进口的空气流量。
作为上述燃料电池发动机的空气供气***的一种优选方案，所述第一电控阀、所述第二电控阀和所述第三电控阀的响应时间均小于等于200ms。
一种燃料电池发动机的空气供气***的控制方法，应用上述的燃料电池发动机的空气供气***，所述燃料电池发动机的空气供气***的控制方法包括：
S1：飞机进入起飞准备状态；
S2：判断燃料电池发动机的需求功率是否为零；
若是，则进行S3；
S3：打开所述第二电控阀，并关闭所述第一电控阀和所述第三电控阀；
S4：所述空压机启动并运行；
S5：提升所述空压机的转速；
S6：判断所述空压机的转速是否达到峰值转速；
若是，则进行S7；
S7：判断飞机是否进入起飞状态；
若是，则进行S8；
S8：关闭所述第二电控阀，打开所述第三电控阀，将所述第一电控阀的开度调至最大；
S9：所述燃料电池堆启动并运行；
S10：提升所述燃料电池堆的输出功率，直至达到峰值功率。
作为上述燃料电池发动机的空气供气***的控制方法的一种优选方案，S2中，若燃料电池发动机的需求功率不为零，则进行S11；
S11：打开所述第一电控阀和所述第三电控阀，并关闭所述第二电控阀；
S12：所述空压机启动并运行；
S13：所述燃料电池堆启动并运行；
S14：提升所述空压机的转速；
S15：调节第一电控阀和所述第二电控阀的开度，以使进入所述燃料电池堆的空气达到第一设定流量和第一设定压力；
S16：判断所述空压机的转速是否达到峰值转速；
若是，则进行S17；
S17：判断飞机是否进入起飞状态；
若是，则进行S18；
S18：将所述第一电控阀的开度调至最大，并关闭所述第二电控阀；
S19：提升所述燃料电池堆的输出功率，直至达到峰值功率。
作为上述燃料电池发动机的空气供气***的控制方法的一种优选方案，S5与S6之间包括：
调节所述第二电控阀的开度，使所述空压机以最高效率运行。
作为上述燃料电池发动机的空气供气***的控制方法的一种优选方案，S12与S13之间包括：
调节第三电控阀的开度，以使进入所述燃料电池堆的空气达到第二设定流量和第二设定压力。
一种飞机，包括上述的燃料电池发动机的空气供气***。
本发明的有益效果：
本发明提供一种燃料电池发动机的空气供气***，该燃料电池发动机的空气供气***，在飞机起飞状态之前的起飞准备状态时，若飞机有需要燃料电池发动机供电的需求，则打开第一电控阀和第三电控阀，关闭第二电控阀，空压机启动并先以低功率运行，调节第三电控阀的开度以使第二设定流量和第二设定压力的空气进入燃料电池堆，燃料电池堆启动并以低功率运行，再提升空压机转速，并且通过将第一电控阀的开度调小，将第二电控阀的开度调大，以使多余的空气通过第二电控阀流入大气，防止多余的空气进入燃料电池堆，使第一设定流量和第一设定压力的空气进入燃料电池堆。当空压机的转速提升至峰值转速时，燃料电池发动机具备了高功率运行的条件。当飞机进入起飞状态时，将第一电控阀的开度调至最大，关闭第二电控阀，调节第三电控阀的开度，以使进入燃料电池堆的空气达到第三设定流量和第三设定压力，从而能使足够的空气进入燃料电池堆，燃料电池堆能迅速拉载，燃料电池堆的输出功率迅速提升，能快速达到峰值功率，进而缩短飞机最小起飞距离。
在飞机起飞状态之前的起飞准备状态时，若飞机没有需要燃料电池发动机供电的需求，则关闭第一电控阀和第三电控阀，打开第二电控阀，空压机启动并以低功率运行，提升空压机的转速直至达到峰值转速，在此期间通过调节第二电控阀的开度调节空压机的背压，以使空压机以最高效率运行。当空压机的转速提升至峰值转速时，燃料电池发动机具备了高功率运行的条件。空压机的转速提升至峰值转速之后，当飞机进入起飞状态时，将第一电控阀的开度调至最大，关闭第二电控阀，打开第三电控阀，燃料电池堆启动并运行，调节第三电控阀的开度以使进入燃料电池堆的空气达到第三设定流量和第三设定压力，从而能使足够的空气进入燃料电池堆，能够使燃料电池堆迅速拉载，迅速提升燃料电池堆的输出功率直至达到峰值功率，进而缩短飞机最小起飞距离。
附图说明
图1是本发明具体实施例提供的燃料电池发动机的空气供气***的结构示意图；
图2是本发明具体实施例提供的燃料电池发动机的空气供气***的控制方法的流程图。
图中：
1、空压机；2、第一电控阀；3、第二电控阀；4、第三电控阀；5、燃料电池堆；6、第一压力传感器；7、流量传感器；8、第二压力传感器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
本发明提供一种燃料电池发动机的空气供气***，如图1所示，该燃料电池发动机的空气供气***包括空压机1、第一电控阀2、第二电控阀3和第三电控阀4，第一电控阀2一端与空压机1的出气端连通，另一端与燃料电池发动机的燃料电池堆5的空气进口连通，空压机1的进气端与大气连通，第二电控阀3一端与空压机1的出气端连通，另一端与大气连通，第三电控阀4一端与燃料电池发动机的燃料电池堆5的出气口连通，另一端与大气连通。该燃料电池发动机的空气供气***中，经过空压机1压缩后的空气可以通过第一电控阀2进入燃料电池堆5，也可以通过第二电控阀3进入大气中，燃料电池堆5产生的废气通过第三电控阀4进入大气中。
在飞机起飞状态之前的起飞准备状态时，若飞机有需要燃料电池发动机供电的需求，则打开第一电控阀2和第三电控阀4，关闭第二电控阀3，空压机1启动并先以低功率运行，调节第三电控阀4的开度以使第二设定流量和第二设定压力的空气进入燃料电池堆5，燃料电池堆5启动并以低功率运行，再提升空压机1的转速，并且通过将第一电控阀2的开度调小，将第二电控阀3的开度调大，以使多余的空气通过第二电控阀3流入大气，防止多余的空气进入燃料电池堆5，使第一设定流量和第一设定压力的空气进入燃料电池堆5。当空压机1的转速提升至峰值转速时，燃料电池发动机具备了高功率运行的条件。当飞机进入起飞状态时，将第一电控阀2的开度调至最大，关闭第二电控阀3，调节第三电控阀4的开度，以使进入燃料电池堆5的空气达到第三设定流量和第三设定压力，从而能使足够的空气进入燃料电池堆5，燃料电池堆5能迅速拉载，燃料电池堆5的输出功率迅速提升，能快速达到峰值功率，进而缩短飞机最小起飞距离。
在飞机起飞状态之前的起飞准备状态时，若飞机没有需要燃料电池发动机供电的需求，则关闭第一电控阀2和第三电控阀4，打开第二电控阀3，空压机1启动并以低功率运行，提升空压机1的转速直至达到峰值转速，在此期间通过调节第二电控阀3的开度调节空压机1的背压，以使空压机1以最高效率运行。当空压机1的转速提升至峰值转速时，燃料电池发动机具备了高功率运行的条件。空压机1的转速提升至峰值转速之后，当飞机进入起飞状态时，将第一电控阀2的开度调至最大，关闭第二电控阀3，打开第三电控阀4，燃料电池堆5启动并运行，调节第三电控阀4的开度以使进入燃料电池堆5的空气达到第三设定流量和第三设定压力，从而能使足够的空气进入燃料电池堆5，能够使燃料电池堆5迅速拉载，迅速提升燃料电池堆5的输出功率直至达到峰值功率，进而缩短飞机最小起飞距离。
该燃料电池发动机的空气供气***能够迅速给燃料电池堆5提供足够的空气，以满足飞机起飞时的高功率和急速拉载的性能需求，同时还能避免空压机1急速拉载的恶劣工况，延长空压机1的使用寿命。
可选地，燃料电池发动机的空气供气***还包括第一压力传感器6，第一压力传感器6用于检测空压机1的出气端的空气压力。第一电控阀2与空压机1之间的管路与第二电控阀3的连接处为第一连接处，第一压力传感器6设置于第一连接处与空压机1之间的管路上。
可选地，燃料电池发动机的空气供气***还包括第二压力传感器8，第二压力传感器8用于检测燃料电池堆5的空气进口的空气压力。第二压力传感器8设置于第一电控阀2与燃料电池堆5之间的管路上。
可选地，燃料电池发动机的空气供气***还包括流量传感器7，流量传感器7用于检测燃料电池堆5的空气进口的空气流量。流量传感器7设置于第一电控阀2与燃料电池堆5之间的管路上。
可选地，第一电控阀2、第二电控阀3和第三电控阀4的响应时间均小于等于200ms。第一电控阀2、第二电控阀3和第三电控阀4接收到电信号后，从阀门关闭变化到阀门开度调至最大的机械动作时间，以及从阀门开度调至最大变化到阀门关闭的机械动作时间均小于等于200ms，第一电控阀2、第二电控阀3和第三电控阀4均可以实现毫秒级控制，能够在毫秒级的时间内快速供应给燃料电池堆5足够流量的高压空气，以满足飞机起飞状态时燃料电池发动机快速达到峰值工况的需求，缩短飞机的最小起飞距离。本实施例中，阀门关闭时阀门开度为0°，阀门开度调至最大时阀门开度为90°。
本发明还提供一种燃料电池发动机的空气供气***的控制方法，应用上述的燃料电池发动机的空气供气***，如图2所示，燃料电池发动机的空气供气***的控制方法包括：
S1：飞机进入起飞准备状态。
S2：判断燃料电池发动机的需求功率是否为零；若是，则进行S3。根据飞机在起飞准备状态时是否有需要燃料电池发动机供电的需求，判断燃料电池发动机的需求功率是否为零，若飞机在起飞准备状态时有需要燃料电池发动机供电的需求，则燃料电池发动机的需求功率不为零，燃料电池堆5在飞机起飞准备状态时需要启动并以低功率运行；若飞机在起飞准备状态时没有需要燃料电池发动机供电的需求，则燃料电池发动机的需求功率为零，燃料电池堆5在起飞准备状态时不需要启动。
S3：打开第二电控阀3，并关闭第一电控阀2和第三电控阀4。
S4：空压机1启动并运行。
当飞机在起飞准备状态时没有需要燃料电池发动机供电的需求，燃料电池堆5不需要启动，空压机1不需要给燃料电池堆5供气，空压机1压缩后的全部空气通过第二电控阀3进入大气。
S5：提升空压机1的转速。
在提升空压机1的转速到空压机1的转速达到峰值转速的过程中，根据空压机1的转速与第一压力传感器6反馈的空气压力，调节第二电控阀3的开度，以使空压机1以最高效率运行。
其中，空压机1的峰值转速为预先通过试验进行标定的转速。
S6：判断空压机1的转速是否达到峰值转速；若是，则进行S7；若否，则返回S5，继续提升空压机1的转速直至达到峰值转速。当空压机1的转速达到峰值转速时，空压机1能够迅速地给燃料电池堆5提供足够其高功率运行所需的空气。
S7：判断飞机是否进入起飞状态。若是，则进行S8；若否，则不做处理，空压机1继续以峰值转速运行。
S8：关闭第二电控阀3，打开第三电控阀4，将第一电控阀2的开度调至最大。
S9：燃料电池堆5启动并运行。
根据第二压力传感器8反馈的空气压力以及流量传感器7反馈的空气流量，调节第三电控阀4的开度，以使进入燃料电池堆5的空气达到第三设定流量和第三设定压力。第三设定流量和第三设定压力的空气能满足燃料电池堆5高功率运行所需。第三设定流量和第三设定压力的值为通过试验进行预先标定得到的。
S10：提升燃料电池堆5的输出功率，直至达到峰值功率。
由于空压机1已经处于以峰值转速运行的状态，当关闭第二电控阀3并打开第一电控阀2，调节第三电控阀4的开度使进入燃料电池堆5的空气达到第三设定流量和第三设定压力，空压机1能迅速提供足够的空气给燃料电池堆5，从而能使燃料电池堆5迅速拉载，迅速提升燃料电池堆5的输出功率直至达到峰值功率，进而缩短飞机最小起飞距离。
可选地，S2中，若燃料电池发动机的需求功率不为零，则进行S11。
若燃料电池发动机的需求功率为零，则进行S3-S10；若燃料电池发动机的需求功率不为零，则进行S11-S19。
S11：打开第一电控阀2和第三电控阀4，并关闭第二电控阀3。
S12：空压机1启动并运行。
当飞机在起飞准备状态时有需要燃料电池发动机供电的需求，燃料电池堆5需要启动并以低功率运行为飞机供电，此时空压机1需要以低功率运行给燃料电池堆5供气。
根据第二压力传感器8反馈的空气压力以及流量传感器7反馈的空气流量，调节第三电控阀4的开度，以使进入燃料电池堆5的空气达到第二设定流量和第二设定压力。第二设定流量和第二设定压力的值为通过试验进行预先标定得到的。
S13：燃料电池堆5启动并运行。
S14：提升空压机1的转速。
S15：调节第一电控阀2和第二电控阀3的开度，以使进入燃料电池堆5的空气达到第一设定流量和第一设定压力。
提升空压机1的转速到峰值转速的过程中，为了防止满足燃料电池堆5低功率运行所需的空气以外的空气进入燃料电池堆5，通过打开第二电控阀3，使多余的空气进入到大气中，以使适量的空气进入燃料电池堆5。从而防止过量的高压空气进入燃料电池堆5而导致的燃料电池堆5内部出现缺水的情况，能够延长燃料电池堆5的寿命。第一设定流量和第一设定压力的值为通过试验进行预先标定得到的。
S16：判断空压机1的转速是否达到峰值转速；若是，则进行S17；若否，则返回S14，继续提升空压机1转速直至达到峰值转速。
S17：判断飞机是否进入起飞状态；若是，则进行S18；若否，则不做处理，空压机1继续以峰值转速运行。
S18：将第一电控阀2的开度调至最大，并关闭第二电控阀3。
根据第二压力传感器8反馈的空气压力以及流量传感器7反馈的空气流量，调节第三电控阀4的开度，调节第三电控阀4的开度，以使进入燃料电池堆5的空气达到第三设定流量和第三设定压力。
S19：提升燃料电池堆5的输出功率，直至达到峰值功率。
由于空压机1已经处于以峰值转速运行的状态，当将第一电控阀2的开度调至最大，并关闭第二电控阀3，调节第三电控阀4的开度使进入燃料电池堆5的空气达到第三设定流量和第三设定压力，空压机1能迅速提供足够的空气给燃料电池堆5，从而能使燃料电池堆5迅速拉载，迅速提升燃料电池堆5的输出功率直至达到峰值功率，进而缩短飞机最小起飞距离。
本发明又提供一种飞机，包括上述的燃料电池发动机的空气供气***。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种燃料电池发动机的空气供气***的控制方法，其中，所述燃料电池发动机的空气供气***包括：
空压机(1)和第一电控阀(2)，所述第一电控阀(2)一端与所述空压机(1)的出气端连通，另一端与燃料电池发动机的燃料电池堆(5)的空气进口连通，所述空压机(1)的进气端与大气连通；
第二电控阀(3)，所述第二电控阀(3)一端与所述空压机(1)的出气端连通，另一端与大气连通；
第三电控阀(4)，所述第三电控阀(4)一端与所述燃料电池发动机的燃料电池堆(5)的出气口连通，另一端与大气连通；
其特征在于，所述燃料电池发动机的空气供气***的控制方法具体包括：
S1：飞机进入起飞准备状态；
S2：判断燃料电池发动机的需求功率是否为零；
若是，则进行S3；
S3：打开所述第二电控阀(3)，并关闭所述第一电控阀(2)和所述第三电控阀(4)；
S4：所述空压机(1)启动并运行；
S5：提升所述空压机(1)的转速；
S6：判断所述空压机(1)的转速是否达到峰值转速；
若是，则进行S7；
S7：判断飞机是否进入起飞状态；
若是，则进行S8；
S8：关闭所述第二电控阀(3)，打开所述第三电控阀(4)，将所述第一电控阀(2)的开度调至最大；
S9：所述燃料电池堆(5)启动并运行；
S10：提升所述燃料电池堆(5)的输出功率，直至达到峰值功率；
S2中，若燃料电池发动机的需求功率不为零，则进行S11；
S11：打开所述第一电控阀(2)和所述第三电控阀(4)，并关闭所述第二电控阀(3)；
S12：所述空压机(1)启动并运行；
S13：所述燃料电池堆(5)启动并运行；
S14：提升所述空压机(1)的转速；
S15：调节第一电控阀(2)和所述第二电控阀(3)的开度，使进入所述燃料电池堆(5)的空气达到第一设定流量和第一设定压力；
S16：判断所述空压机(1)的转速是否达到峰值转速；
若是，则进行S17；
S17：判断飞机是否进入起飞状态；
若是，则进行S18；
S18：将所述第一电控阀(2)的开度调至最大，并关闭所述第二电控阀(3)；
S19：提升所述燃料电池堆(5)的输出功率，直至达到峰值功率。
2.根据权利要求1所述的燃料电池发动机的空气供气***的控制方法，其特征在于，所述燃料电池发动机的空气供气***还包括第一压力传感器(6)，所述第一压力传感器(6)用于检测所述空压机(1)的出气端的空气压力。
3.根据权利要求1所述的燃料电池发动机的空气供气***的控制方法，其特征在于，所述燃料电池发动机的空气供气***还包括第二压力传感器(8)，所述第二压力传感器(8)用于检测所述燃料电池堆(5)的空气进口的空气压力。
4.根据权利要求1所述的燃料电池发动机的空气供气***的控制方法，其特征在于，所述燃料电池发动机的空气供气***还包括流量传感器(7)，所述流量传感器(7)用于检测所述燃料电池堆(5)的空气进口的空气流量。
5.根据权利要求1所述的燃料电池发动机的空气供气***的控制方法，其特征在于，所述第一电控阀(2)、所述第二电控阀(3)和所述第三电控阀(4)的响应时间均小于等于200ms。
6.根据权利要求1所述的燃料电池发动机的空气供气***的控制方法，其特征在于，S5与S6之间包括：
调节所述第二电控阀(3)的开度，以使所述空压机(1)以最高效率运行。
7.根据权利要求1所述的燃料电池发动机的空气供气***的控制方法，其特征在于，S12与S13之间包括：
调节第三电控阀(4)的开度，以使进入所述燃料电池堆(5)的空气达到第二设定流量和第二设定压力。
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Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007080567A (ja) * 2005-09-12 2007-03-29 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
KR20090063838A (ko) * 2007-12-14 2009-06-18 현대자동차주식회사 연료전지 시스템의 고출력 부하시 열 및 공기 제어 방법
CN108172866A (zh) * 2017-12-29 2018-06-15 萍乡北京理工大学高新技术研究院 燃料电池空气供给***及控制方法
CN108199062A (zh) * 2017-12-29 2018-06-22 萍乡北京理工大学高新技术研究院 一种燃料电池供气温度控制***及方法
CN110165248A (zh) * 2019-05-27 2019-08-23 湖北工业大学 燃料电池发动机空气供给***容错控制方法
EP3543148A1 (en) * 2018-03-21 2019-09-25 Hamilton Sundstrand Corporation Aircraft environmental control system including valve built-in-test without position feedback
CN111235531A (zh) * 2020-01-15 2020-06-05 长钛工程技术研究院(北京)有限公司 双真空室大功率电子束蒸发连续镀膜装置
CN112582647A (zh) * 2020-12-25 2021-03-30 大连锐格新能源科技有限公司 一种燃料电池测试台的节能供气***
CN112928307A (zh) * 2021-03-24 2021-06-08 苏州弗尔赛能源科技股份有限公司 一种燃料电池发动机的空气供气***及控制方法
CN113782791A (zh) * 2021-08-02 2021-12-10 佛山仙湖实验室 车用质子交换膜燃料电池功率控制方法和***
CN114204069A (zh) * 2021-12-07 2022-03-18 安徽理安极科技有限公司 一种能量回收式燃料电池空气供应***
CN114335626A (zh) * 2021-12-29 2022-04-12 山东国创燃料电池技术创新中心有限公司 一种燃料电池氢气循环***及排氢排水方法
CN114562444A (zh) * 2022-04-12 2022-05-31 西北工业大学 一种高空宽工况变级式空气增压***

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007080567A (ja) * 2005-09-12 2007-03-29 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
KR20090063838A (ko) * 2007-12-14 2009-06-18 현대자동차주식회사 연료전지 시스템의 고출력 부하시 열 및 공기 제어 방법
CN108172866A (zh) * 2017-12-29 2018-06-15 萍乡北京理工大学高新技术研究院 燃料电池空气供给***及控制方法
CN108199062A (zh) * 2017-12-29 2018-06-22 萍乡北京理工大学高新技术研究院 一种燃料电池供气温度控制***及方法
EP3543148A1 (en) * 2018-03-21 2019-09-25 Hamilton Sundstrand Corporation Aircraft environmental control system including valve built-in-test without position feedback
CN110165248A (zh) * 2019-05-27 2019-08-23 湖北工业大学 燃料电池发动机空气供给***容错控制方法
CN111235531A (zh) * 2020-01-15 2020-06-05 长钛工程技术研究院(北京)有限公司 双真空室大功率电子束蒸发连续镀膜装置
CN112582647A (zh) * 2020-12-25 2021-03-30 大连锐格新能源科技有限公司 一种燃料电池测试台的节能供气***
CN112928307A (zh) * 2021-03-24 2021-06-08 苏州弗尔赛能源科技股份有限公司 一种燃料电池发动机的空气供气***及控制方法
CN113782791A (zh) * 2021-08-02 2021-12-10 佛山仙湖实验室 车用质子交换膜燃料电池功率控制方法和***
CN114204069A (zh) * 2021-12-07 2022-03-18 安徽理安极科技有限公司 一种能量回收式燃料电池空气供应***
CN114335626A (zh) * 2021-12-29 2022-04-12 山东国创燃料电池技术创新中心有限公司 一种燃料电池氢气循环***及排氢排水方法
CN114562444A (zh) * 2022-04-12 2022-05-31 西北工业大学 一种高空宽工况变级式空气增压***

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
氢能与燃料电池关键科学技术：挑战与前景;朱明原等;《上海大学学报（自然科学版）》;第27卷(第3期);第411-443页 *
质子交换膜燃料电池空气供给***建模与分析;杨晴霞;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技II辑》(第6期);第C042-798页 *

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