可变燃料电池空气进气流量调节装置、控制系统及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了可变燃料电池空气进气流量调节装置、控制系统及方法，涉及燃料电池电堆技术领域。包括设置于单电池阴极极板上的空气进气口以及设置于空气进气口下部的阴极流道，所述空气进气口和阴极流道之间的侧壁上设置有挡板槽，所述单电池阴极极板的侧壁设置有安装盒，所述安装盒内设置有可相对安装盒移动的挡板，所述挡板从挡板槽中穿过，用于改变阴极流道通入空气的面积。本发明专利技术可以精确控制单电池的进气量，显著提升各单元电池均匀性，进而提升电堆的性能，提高电堆耐久性和寿命。提高电堆耐久性和寿命。提高电堆耐久性和寿命。

【技术实现步骤摘要】
可变燃料电池空气进气流量调节装置、控制系统及方法


[0001]本专利技术属于燃料电池电堆
，特别是可变燃料电池空气进气流量调节装置、控制系统及方法。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]质子交换膜(Proton Exchange Membrane，PEM)燃料电池作为一种将燃料(氢)中的化学能转化为电能的动力装置，以其高效、无污染、低工作温度以及快速响应等优点，近年来受到了广泛的关注和重视。燃料电池的单电池电压较小，实际应用时将多个单电池串联组成电堆，反应气体通过进气系统分配到各单电池中。由于流动阻力、节流等因素的影响，各单电池的进气量并不均匀，单电池的性能存在差异，导致电堆的电流密度、功率密度、发热量分布不均，可能出现局部失水、过热等。最差的单电池将会严重制约电堆的耐久性、寿命和性能。相关研究表明，与氢气流量相比，氧气流量对燃料电池的性能有更显著的影响。因此，改善阴极侧单电池空气进气均匀性，对于提升电堆性能、提高电堆耐久性和寿命有重要的意义。
[0004]目前对于提升电堆内各片单电池进气均匀性的设计方案，主要是采用变截面进气歧管。但是变截面歧管是固定式结构，不能根据每片单元电池的工作状态，精准地控制进气量。所以此类设计在增加成本的情况下，只能略微改善单元电池进气均匀性，不能达到大幅提升均匀性的目的。
[0005]因此，现有技术中存在以下技术问题：
[0006](1)现有燃料电池进气系统为固定式结构，无法根据燃料电池单电池的工作状态改变进气量；
[0007](2)现有燃料电池的进气系统对进气流量均匀性的控制效果不够理想，单电池数量多的电堆中，两端单电池的进气流量差异较大；
[0008](3)现有燃料电池还没有直接控制单电池进气量的措施。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于提供可变燃料电池空气进气流量调节装置、控制系统及方法，精确控制单电池的进气量，显著提升各单元电池均匀性，进而提升电堆的性能，提高电堆耐久性和寿命，解决现有技术中的问题。
[0010]为解决上述技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0011]本专利技术第一方面提供了一种可变燃料电池空气进气流量调节装置。
[0012]一种可变燃料电池空气进气流量调节装置，包括设置于单电池阴极极板上的空气进气口以及设置于空气进气口下部的阴极流道，所述空气进气口和阴极流道之间的侧壁上设置有挡板槽，所述单电池阴极极板的侧壁设置有安装盒，所述安装盒内设置有可相对安
装盒移动的挡板，所述挡板从挡板槽中穿过，用于改变阴极流道通入空气的面积。
[0013]优选的，所述安装盒侧壁的下部对称设置有导轨安装槽，所述导轨安装槽内设置有导轨，所述挡板远离空气进气口的一端设置有竖直延伸板，竖直延伸板上设置有导轨孔，所述导轨从导轨孔内穿过。
[0014]优选的，还包括伺服电机，所述伺服电机的输出端固连有齿轮，所述挡板的侧面设置有齿条，所述齿轮和齿条相啮合。
[0015]优选的，所述导轨上还设置有弹簧，所述弹簧设置于挡板的竖直延伸板和导轨靠近挡板槽的一端之间的位置。
[0016]优选的，弹簧在自由状态时，挡板靠近挡板槽的一端在弹簧的弹力作用下处于安装盒内，此时阴极流道处的空气流通面积最大。
[0017]优选的，挡板向外移动时的最远距离不超过空气进气口的总长度。
[0018]优选的，单电池阴极极板上设置有安装槽，所述安装盒安装于安装槽内。
[0019]优选的，所述安装盒内设置有垫板，所述伺服电机通过电机安装孔安装在垫板上；所述单电池阴极极板上设置有布线槽，布线槽内设置有伺服电机的控制线，控制线与外部系统相连。
[0020]优选的，所述导轨和导轨安装槽之间设置有弹簧导轨压块，所述弹簧导轨压块用于固定导轨，所述单电池阴极极板上设置有极板定位孔，所述安装盒的外表面设置有安装盒盖板。
[0021]本专利技术第二方面提供了一种包含上述可变燃料电池空气进气流量调节装置的控制系统。
[0022]一种包含上述可变燃料电池空气进气流量调节装置的控制系统，包括燃料电池控制器、设置于单电池入口处的空气流量计和伺服驱动器：
[0023]空气流量计，其用于采集单电池的实际空气进气量，并将实际空气进气量发送给燃料电池控制器；
[0024]燃料电池控制器，其用于接收空气流量计发送的实际空气进气量，并与预存的目标进气量进行比较，并基于比较结果向伺服驱动器发送扭矩指令；
[0025]伺服驱动器，其用于接收燃料电池控制器发送的扭矩指令，并基于扭矩指令，发送相应的脉冲信号给可变燃料电池空气进气流量调节装置；
[0026]可变燃料电池空气进气流量调节装置，其用于接收脉冲信号，并根据脉冲信号对单电池的空气进气量进行调节。
[0027]本专利技术第三方面提供了一种包含上述可变燃料电池空气进气流量控制系统的控制方法。
[0028]一种基于上述可变燃料电池空气进气流量控制系统的控制方法，包括以下步骤：
[0029]空气流量计采集单电池的实际空气进气量，并将采集的实际空气进气量发送给燃料电池控制器；
[0030]燃料电池控制器接收空气流量计发送的实际空气进气量，根据预存的单电池目标进气量，将实际空气进气量与目标进气量进行比较，并基于比较结果向伺服驱动器发送扭矩指令；
[0031]伺服驱动器接收燃料电池控制器发送的扭矩指令，基于扭矩指令，发送相应的脉
冲信号给可变燃料电池空气进气流量调节装置；
[0032]可变燃料电池空气进气流量调节装置接收脉冲信号，并根据脉冲信号对单电池的空气进气量进行调节。
[0033]本专利技术具有以下有益效果：
[0034]1、本专利技术提供了一种可变燃料电池空气进气流量调节装置、控制系统及方法，能够根据单电池的工作状态，单独控制每个单电池的进气量，极大的改善燃料电池各单电池进气量分布不均匀的问题，提高燃料电池的性能和使用寿命。
[0035]2、相比较现有技术中固定式的燃料电池进气系统，本专利技术根据每个单电池不同的实际进气量与目标进气量的差值，利用伺服电机驱动挡板对空气进气口的进气截面进行遮挡，从而实现单电池进气口截面积的改变，进而改变进气量，调节方式简单，成本可控，易实现。
[0036]3、本专利技术提供的可变燃料电池空气进气流量控制系统通过燃料电池控制器发送扭矩指令给伺服驱动器，通过伺服驱动器控制伺服电机动作，能够实现根据单电池工作状态精确的控制进气量，显著提升各单电池进气量的均匀性，进而提升电堆的性能。
[0037]当然，实施本专利技术的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
[0038]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可变燃料电池空气进气流量调节装置，其特征在于，包括设置于单电池阴极极板上的空气进气口以及设置于空气进气口下部的阴极流道，所述空气进气口和阴极流道之间的侧壁上设置有挡板槽，所述单电池阴极极板的侧壁设置有安装盒，所述安装盒内设置有可相对安装盒移动的挡板，所述挡板从挡板槽中穿过，用于改变阴极流道通入空气的面积。2.根据权利要求1所述的可变燃料电池空气进气流量调节装置，其特征在于，所述安装盒侧壁的下部对称设置有导轨安装槽，所述导轨安装槽内设置有导轨，所述挡板远离空气进气口的一端设置有竖直延伸板，竖直延伸板上设置有导轨孔，所述导轨从导轨孔内穿过。3.根据权利要求2所述的可变燃料电池空气进气流量调节装置，其特征在于，还包括伺服电机，所述伺服电机的输出端固连有齿轮，所述挡板的侧面设置有齿条，所述齿轮和齿条相啮合。4.根据权利要求3所述的可变燃料电池空气进气流量调节装置，其特征在于，所述导轨上还设置有弹簧，所述弹簧设置于挡板的竖直延伸板和导轨靠近挡板槽的一端之间的位置。5.根据权利要求4所述的可变燃料电池空气进气流量调节装置，其特征在于，弹簧在自由状态时，挡板靠近挡板槽的一端在弹簧的弹力作用下处于安装盒内，此时阴极流道处的空气流通面积最大。6.根据权利要求1所述的可变燃料电池空气进气流量调节装置，其特征在于，挡板向外移动时的最远距离不超过空气进气口的总长度。7.根据权利要求3所述的可变燃料电池空气进气流量调节装置，其特征在于，单电池阴极极板上设置有安装槽，所述安装盒安装于安装槽内；所述安装盒内设置有垫板，所述伺服电机通过电机安装孔安装在垫板上；所述单电池阴极极板上设置有布线槽，布线槽内设置有伺服电机的控制线，控...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文斌，李国祥，白书战，王桂华，张国栋，官镇，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：