一种燃料电池发动机空气控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种燃料电池发动机空气控制系统，包括空气滤清器、第一进气消音器、空压机、第二进气消音器、中冷器、膜增湿器、电堆、主路进气阀、旁路进气阀、主路排气阀、尾排背压阀及尾排消音器，通过主路进气阀与旁路进气阀的的协同工作来控制空气的进气量和干湿程度，并通过冷却液循环系统与进入电堆前的空气进行热交换，保证了空气进电堆前处于可控且适宜的温度，该控制系统能够有效改善电堆在低荷载条件下的过增湿状态，提高燃料电池发动机在不同荷载下的输出性能，改善燃料电池发动机在停机状态下因耗氧放电对膜电极的腐蚀的问题，进而提高燃料电池发动机零部件的寿命，减缓燃料电池发动机性能的衰减速度。

A fuel cell engine air control system

The invention discloses a fuel cell engine air control system, which comprises an air filter, a first intake muffler, an air compressor, a second intake muffler, an intercooler, a film humidifier, an electric reactor, a main way intake valve, a bypass intake valve, a main way exhaust valve, a tail exhaust back pressure valve and a tail exhaust muffler. The air is controlled by the cooperative work of the main way intake valve and the bypass intake valve The control system can effectively improve the over humidification state of the stack under low load, improve the output performance of the fuel cell engine under different loads, and improve the shutdown state of the fuel cell engine The corrosion of the membrane electrode caused by the oxygen consumption discharge can improve the service life of the fuel cell engine parts and slow down the decay speed of the fuel cell engine performance.

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池发动机空气控制系统
本专利技术涉及新能源汽车燃料电池发动机
，尤其是一种燃料电池发动机空气控制系统。
技术介绍
燃料电池是一种把燃料中的化学能通过化学反应直接转化为电能的发电装置。整个发电装置由多个子系统组成，空气系统为发动机提供参与化学反应的氧化剂，氧化剂的进气方式及控制方法对发动机的性能输出具有至关重要的作用。现有技术中空气进气系统比较简单，无法控制燃料电池发动机在不同载荷下的进气干湿程度，致使发动机在低荷载条件下出现过增湿状态，影响燃料电池发动机的电化学反应效率，进而直接影响发动机性能输出。并且，在发动机停机后，电堆的进气口和出气口两端处于敞开状态，剩余氢气会在电堆内部进行反应形成电压，该类电压长时间处于高电位，对膜电极的腐蚀非常严重，会大大降低燃料电池发动机的耐久性，致使发动机性能衰减加剧。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种燃料电池发动机空气控制系统，能够有效改善电堆在低荷载条件下的过增湿状态，提高燃料电池发动机在不同荷载下的输出性能，改善燃料电池发动机在停机状态下因耗氧放电对膜电极的腐蚀，进而提高燃料电池发动机零部件的寿命，减缓燃料电池发动机性能的衰减速度。一种燃料电池发动机空气控制系统，包括空气滤清器、空压机、中冷器、膜增湿器、电堆、主路进气阀、旁路进气阀及主路排气阀，所述空压机的进气口与空气滤清器的出气口连通，出气口与中冷器的进气口连通，所述膜增湿器的空气进口与中冷器的出气口连通，空气出口与电堆的空气进口连通，尾气进口与电堆的尾气出口连通，所述主路进气阀设置在膜增湿器的空气出口与电堆的空气进口的连接管路上，所述旁路进气阀的进气口连接在中冷器的出气口与膜增湿器的空气进口的连接管路上，出气口连接在所述膜增湿器的空气出口与电堆的空气进口的连接管路上，所述主路排气阀设置在电堆的尾气出口与膜增湿器的尾气进口的连接管路上；还包括冷却液循环系统，所述冷却液循环系统与空压机和中冷器连接，与进入电堆前的空气进行热交换。作为上述方案的优选，所述膜增湿器的尾气出口还设有背压电磁阀。作为上述方案的优选，所述冷却液循环系统包括水箱、水泵、散热器及空压机变频器，所述水泵的进水口与水箱的出水口连通，出水口与散热器的进水口连通，所述散热器的出水口分别与中冷器、空压机及空压机变频器的进水口连通，所述中冷器和空压机变频器的出水口直接与水箱的进水口连通，所述空压机的出水口有两路支管，一路支管与空压机变频器的进水口连通，另一路支管直接与水箱的进水口连通。作为上述方案的优选，所述膜增湿器的空气进气口处设有温度传感器，所述电堆的空气进气口处设有压力传感器。作为上述方案的优选，所述空气滤清器的出气口与空压机的进气口的连接管路上设有第一进气消音器，所述空压机的出气口与中冷器的进气口的连接管路上设有第二进气消音器。作为上述方案的优选，所述尾排背压阀的出气口的连接管路上设有尾排消音器。本专利技术的有益效果在于：通过设计空气进气旁路，改善电堆在低荷载条件下的过增湿状态，提高燃料电池发动机在不同载荷下的性能输出。电堆的空气进口及尾气出口分别设置主路进气阀和主路排气阀，用于控制进气、排气，使发动机在停机时电堆立即停止空气进入，减少残余氢气反应时间，改善发动机停机状态下氢气耗氧放电对膜电极的腐蚀，改善发动机关键零部件的寿命，减缓燃料电池发动机性能的衰减速度。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。附图标记如下：1-空气滤清器、2-空压机、3-中冷器、4-膜增湿器、5-电堆、6-主路进气阀、7-旁路进气阀、8-主路排气阀、9-背压电磁阀、10-水箱、11-水泵、12-散热器、13-空压机变频器、14-温度传感器、15-压力传感器、16-第一进气消音器、17-第二进气消音器、18-尾排消音器。具体实施方式下面结合附图详细描述本实施例。如图1所示，一种燃料电池发动机空气控制系统，包括空气滤清器1、空压机2、中冷器3、膜增湿器4、电堆5、主路进气阀6、旁路进气阀7及主路排气阀8，所述空压机2的进气口与空气滤清器1的出气口连通，出气口与中冷器3的进气口连通，所述膜增湿器4的空气进口与中冷器3的出气口连通，空气出口与电堆5的空气进口连通，尾气进口与电堆5的尾气出口连通，所述主路进气阀6设置在膜增湿器4的空气出口与电堆5的空气进口的连接管路上，所述旁路进气阀7的进气口连接在中冷器3的出气口与膜增湿器4的空气进口的连接管路上，出气口连接在所述膜增湿器4的空气出口与电堆5的空气进口的连接管路上，所述主路排气阀8设置在电堆5的尾气出口与膜增湿器4的尾气进口的连接管路上；还包括冷却液循环系统，所述冷却液循环系统与空压机2和中冷器3连接，与进入电堆5前的空气进行热交换。在本实施例中，所述膜增湿器4的尾气出口还设有背压电磁阀9，可以有效控制燃料电池发动机空气系统内外压力差，保证电堆5内部空气即电堆5反应所需的氧化剂充足，提高电堆5的反应速率。在本实施例中，所述冷却液循环系统包括水箱10、水泵11、散热器12及空压机变频器13，所述水泵11的进水口与水箱10的出水口连通，出水口与散热器12的进水口连通，所述散热器12的出水口分别与中冷器3、空压机2及空压机变频器13的进水口连通，所述中冷器3和空压机变频器13的出水口直接与水箱10的进水口连通，所述空压机2的出水口有两路支管，一路支管与空压机变频器13的进水口连通，另一路支管直接与水箱10的进水口连通。在本实施例中，所述膜增湿器4的空气进气口处设有温度传感器14，所述电堆5的空气进气口处设有压力传感器15。在本实施例中，所述空气滤清器1的出气口与空压机2的进气口的连接管路上设有第一进气消音器16，所述空压机2的出气口与中冷器3的进气口的连接管路上设有第二进气消音器17。在本实施例中，所述尾排背压阀9的出气口的连接管路上设有尾排消音器18。设置第一进气消音器16、第二进气消音器17及尾排消音器18均是为了降低空气系统在进气、排气过程中产生的噪音，提高驾驶者的驾驶体验。本专利技术的工作原理如下：发动机开始运行时，空气经过空气滤清器1过滤、空压机2加压之后进入膜增湿器4增湿，然后进入电堆5进行电化学反应，反应之后的尾气再经过膜增湿器4之后排放到大气中，其中，经过膜增湿器4的尾气中携带有反应产生的水蒸气，部分水蒸气在膜增湿器4内部渗透，对经过的空气进行增湿。为了防止燃料电池发动机在低荷载运行输出的情况下电堆5出现过增湿的情况，本专利技术设计了主路进气阀6和旁路进气阀7，其中，经过主路进气阀6进入电堆5的空气是经过增湿的，经过旁路进气阀7进入电堆的空气是未被增湿的，在保证燃料电池发动机不同荷载下的进气量满足要求的情况下，通过协同控制主路进气阀6和旁路进气阀7的阀芯开关量来控制空气进入电堆5前的干湿程度。燃料电池发动机在低荷载运行输出的情况下，电堆5要求空气湿度低，此时经过膜增湿器4增湿之后从主路进气阀6出气口进入电堆5的空气量占比低，直接经过旁路进气阀7进入本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池发动机空气控制系统，其特征在于：包括空气滤清器、空压机、中冷器、膜增湿器、电堆、主路进气阀、旁路进气阀及主路排气阀，所述空压机的进气口与空气滤清器的出气口连通，出气口与中冷器的进气口连通，所述膜增湿器的空气进口与中冷器的出气口连通，空气出口与电堆的空气进口连通，尾气进口与电堆的尾气出口连通，所述主路进气阀设置在膜增湿器的空气出口与电堆的空气进口的连接管路上，所述旁路进气阀的进气口连接在中冷器的出气口与膜增湿器的空气进口的连接管路上，出气口连接在所述膜增湿器的空气出口与电堆的空气进口的连接管路上，所述主路排气阀设置在电堆的尾气出口与膜增湿器的尾气进口的连接管路上；还包括冷却液循环系统，所述冷却液循环系统与空压机和中冷器连接，与进入电堆前的空气进行热交换。/n

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池发动机空气控制系统，其特征在于：包括空气滤清器、空压机、中冷器、膜增湿器、电堆、主路进气阀、旁路进气阀及主路排气阀，所述空压机的进气口与空气滤清器的出气口连通，出气口与中冷器的进气口连通，所述膜增湿器的空气进口与中冷器的出气口连通，空气出口与电堆的空气进口连通，尾气进口与电堆的尾气出口连通，所述主路进气阀设置在膜增湿器的空气出口与电堆的空气进口的连接管路上，所述旁路进气阀的进气口连接在中冷器的出气口与膜增湿器的空气进口的连接管路上，出气口连接在所述膜增湿器的空气出口与电堆的空气进口的连接管路上，所述主路排气阀设置在电堆的尾气出口与膜增湿器的尾气进口的连接管路上；还包括冷却液循环系统，所述冷却液循环系统与空压机和中冷器连接，与进入电堆前的空气进行热交换。


2.根据权利要求1所述的一种燃料电池发动机空气控制系统，其特征在于：所述膜增湿器的尾气出口还设有背压电磁阀。


3.根据权利要求1所述的一种燃料电池发动机空气控制系统，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：董志亮，江洪春，熊云，张华农，于强，秦连庆，唐廷江，
申请(专利权)人：武汉雄韬氢雄燃料电池科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42