本申請涉及燃料電池，特別是涉及一種燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)及低溫冷啟動、停機(jī)控制方法。

背景技術(shù)：

1、燃料電池系統(tǒng)作為清潔能源的代表，以其高能量轉(zhuǎn)換效率、結(jié)構(gòu)緊湊、噪音低及零排放的優(yōu)點(diǎn)，成為了現(xiàn)代能源解決方案中的重要組成部分。氫氣供應(yīng)系統(tǒng)、空氣供應(yīng)系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)用來維持燃料電池系統(tǒng)的正常運(yùn)作?？諝夤?yīng)系統(tǒng)中的空壓機(jī)用于提供高壓空氣，確保燃料電池電堆的空氣供應(yīng)，以提高電堆輸出功率。隨著燃料電池系統(tǒng)功率的增大，空壓機(jī)功耗增加。為此，在空壓機(jī)上集成膨脹機(jī)，回收電堆排出的高溫尾氣能量，降低電機(jī)功耗。

2、膜加濕器的核心部件是透水但不透氣的膜，利用陰極出口的濕熱空氣對陰極入口的干空氣進(jìn)行加濕，從而保證質(zhì)子交換膜良好的水合狀態(tài)。膜加濕器內(nèi)部流阻較大，對空壓機(jī)壓比提出了更高的要求。電堆在高電密下內(nèi)部產(chǎn)水即可滿足加濕需求，然而若對全部氣體進(jìn)行加濕會導(dǎo)致電堆內(nèi)部水淹。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請的目的是提供一種燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)及低溫冷啟動、停機(jī)控制方法，可避免電堆內(nèi)部水淹現(xiàn)象。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請?zhí)峁┝巳缦路桨福?/p>

3、第一方面，本申請?zhí)峁┝艘环N燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)，所述燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)包括：空壓機(jī)、中冷器、進(jìn)口閥、出口閥、膜加濕器、第一三通閥、第二三通閥、膨脹機(jī)和旁通閥；

4、所述空壓機(jī)與所述中冷器連接，所述中冷器與所述膜加濕器的二次側(cè)的一端連接，所述膜加濕器的二次側(cè)的另一端通過所述進(jìn)口閥連接至電堆的陰極入口；

5、所述電堆的陰極出口通過所述出口閥連接至所述第一三通閥的輸入端口，第一三通閥的第一輸出端口連接至所述膜加濕器的一次側(cè)的一端，所述膜加濕器的二次側(cè)的另一端與所述第二三通閥的第一輸入端口連接，所述第一三通閥的第二輸出端口與所述第二三通閥的第二輸入端口連接，所述第二三通閥的輸出端口與所述膨脹機(jī)連接；

6、所述膨脹機(jī)的電能輸出端與所述空壓機(jī)的電源端連接；

7、連接所述第一三通閥的第二輸出端口與所述第二三通閥的第二輸入端口的管路為旁通管路；

8、所述旁通閥的一端連接在所述膜加濕器的二次側(cè)與進(jìn)口閥之間的管路上，所述旁通閥的另一端連接在所述出口閥與第一三通閥之間的管路上。

9、可選地，所述燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)包括：空氣過濾器，所述空氣過濾器與所述空壓機(jī)的空氣入口連接。

10、可選地，所述燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)包括：排水閥，所述排水閥設(shè)置在第二三通閥與膨脹機(jī)之間的管路上。

11、第二方面，本申請?zhí)峁┮环N低溫冷啟動控制方法，所述低溫冷啟動控制方法應(yīng)用于上述的燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)，所述低溫冷啟動控制方法，包括：

12、控制燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)中的空壓機(jī)對燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)中的膜加濕器和膨脹機(jī)進(jìn)行吹掃；

13、在對膜加濕器和膨脹機(jī)吹掃完畢后，控制燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)中的空壓機(jī)對電堆進(jìn)行吹掃；

14、在電堆吹掃完畢后，控制電堆啟動，并控制燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行空氣加濕。

15、可選地，控制燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)中的空壓機(jī)對燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)中的膜加濕器和膨脹機(jī)進(jìn)行吹掃，具體包括：

16、控制燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)中的進(jìn)口閥和出口閥關(guān)閉，并控制燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)中的旁通閥、排水閥和膨脹機(jī)打開；

17、控制空壓機(jī)以第一預(yù)設(shè)速度運(yùn)行，使空壓機(jī)輸出的空氣經(jīng)中冷器、旁通閥、膜加濕器的二次側(cè)和膨脹機(jī)輸出。

18、可選地，控制燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)中的空壓機(jī)對電堆進(jìn)行吹掃，具體包括：

19、控制燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)中的旁通閥關(guān)閉，并控制燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)中的進(jìn)口閥、出口閥、排水閥和膨脹機(jī)打開；

20、控制電堆以預(yù)設(shè)功率拉載，控制空壓機(jī)以第二預(yù)設(shè)速度運(yùn)行，使空壓機(jī)輸出的氣體經(jīng)中冷器、電堆和膨脹機(jī)輸出。

21、可選地，控制燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行空氣加濕，具體包括：

22、控制燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)中的旁通閥和排水閥關(guān)閉，并控制燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)中的進(jìn)口閥、出口閥和膨脹機(jī)打開；

23、控制燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)中的空壓機(jī)以第三預(yù)設(shè)速度運(yùn)行。

24、第三方面，本申請?zhí)峁┮环N低溫冷停機(jī)控制方法，所述低溫冷停機(jī)控制方法應(yīng)用于上述的燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)，所述低溫冷停機(jī)控制方法，包括：

25、控制燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)中的空壓機(jī)對電堆進(jìn)行吹掃；

26、在電堆吹掃完畢后，控制燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)中的空壓機(jī)對燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)中的膜加濕器和膨脹機(jī)進(jìn)行吹掃；

27、在對膜加濕器和膨脹機(jī)吹掃完畢后，控制電堆和燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)入停機(jī)狀態(tài)。

28、可選地，控制燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)中的空壓機(jī)對電堆進(jìn)行吹掃，具體包括：

29、控制燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)中的旁通閥關(guān)閉，并控制燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)中的進(jìn)口閥、出口閥、排水閥和膨脹機(jī)打開；

30、控制電堆以預(yù)設(shè)功率拉載，控制空壓機(jī)以第二預(yù)設(shè)速度運(yùn)行，使空壓機(jī)輸出的氣體經(jīng)中冷器、電堆和膨脹機(jī)輸出。

31、可選地，控制燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)中的空壓機(jī)對燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)中的膜加濕器和膨脹機(jī)進(jìn)行吹掃，具體包括：

32、控制燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)中的進(jìn)口閥和出口閥關(guān)閉，并控制燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)中的旁通閥、排水閥和膨脹機(jī)打開；

33、控制空壓機(jī)以第一預(yù)設(shè)速度運(yùn)行，使空壓機(jī)輸出的空氣經(jīng)中冷器、旁通閥、膜加濕器的二次側(cè)和膨脹機(jī)輸出。

34、根據(jù)本申請?zhí)峁┑木唧w實(shí)施例，本申請公開了以下技術(shù)效果：

35、本申請?zhí)峁┝艘环N燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)及低溫冷啟動、停機(jī)控制方法。本申請所述燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)包括：空壓機(jī)、中冷器、進(jìn)口閥、出口閥、膜加濕器、第一三通閥、第二三通閥、膨脹機(jī)和旁通閥。本申請設(shè)置了第一三通閥和第二三通閥，以形成膜加濕器一次側(cè)和二次側(cè)的旁通管路，允許部分氣體不通過膜加濕器，避免了因全部氣體進(jìn)行加濕會導(dǎo)致電堆內(nèi)部水淹的現(xiàn)象，并減少了對膜加濕器的整體需求。

36、本申請在啟動和停機(jī)時對燃料電池系統(tǒng)進(jìn)行梯次吹掃，以去除積聚的水分、排除未反應(yīng)的燃料或氧化劑、防止電堆凍結(jié)以及清除可能的污染物，進(jìn)而防止殘留水分結(jié)冰對膜加濕器和膨脹機(jī)造成損壞。

技術(shù)特征：

1.一種燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于，所述燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)包括：空壓機(jī)、中冷器、進(jìn)口閥、出口閥、膜加濕器、第一三通閥、第二三通閥、膨脹機(jī)和旁通閥；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于，所述燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)包括：空氣過濾器，所述空氣過濾器與所述空壓機(jī)的空氣入口連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于，所述燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)包括：排水閥，所述排水閥設(shè)置在第二三通閥與膨脹機(jī)之間的管路上。

4.一種低溫冷啟動控制方法，其特征在于，所述低溫冷啟動控制方法應(yīng)用于權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)，所述低溫冷啟動控制方法，包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的低溫冷啟動控制方法，其特征在于，控制燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)中的空壓機(jī)對燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)中的膜加濕器和膨脹機(jī)進(jìn)行吹掃，具體包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的低溫冷啟動控制方法，其特征在于，控制燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)中的空壓機(jī)對電堆進(jìn)行吹掃，具體包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的低溫冷啟動控制方法，其特征在于，控制燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行空氣加濕，具體包括：

8.一種低溫冷停機(jī)控制方法，其特征在于，所述低溫冷停機(jī)控制方法應(yīng)用于權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)，所述低溫冷停機(jī)控制方法，包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的低溫冷停機(jī)控制方法，其特征在于，控制燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)中的空壓機(jī)對電堆進(jìn)行吹掃，具體包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的低溫冷停機(jī)控制方法，其特征在于，控制燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)中的空壓機(jī)對燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)中的膜加濕器和膨脹機(jī)進(jìn)行吹掃，具體包括：

技術(shù)總結(jié)
本申請公開了一種燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)及低溫冷啟動、停機(jī)控制方法，涉及燃料電池技術(shù)領(lǐng)域。本申請所述燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)包括：空壓機(jī)、中冷器、進(jìn)口閥、出口閥、膜加濕器、第一三通閥、第二三通閥、膨脹機(jī)和旁通閥。本申請設(shè)置了第一三通閥和第二三通閥，以形成膜加濕器一次側(cè)和二次側(cè)的旁通管路，允許部分氣體不通過膜加濕器，避免了因全部氣體進(jìn)行加濕會導(dǎo)致電堆內(nèi)部水淹的現(xiàn)象，并減少了對膜加濕器的整體需求。

技術(shù)研發(fā)人員：林維康,徐子順,梁永浩,宋凱航,馬天才
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海澄樸科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30