燃料电池空气系统技术方案

本实用新型专利技术属于燃料电池技术领域，公开了一种燃料电池空气系统，包括进气组件、混合器、氧气补偿系统、空压机、增压器、进气支路和第二比例阀。进气组件进气口与大气连通。进气组件的出气口与混合器连通。氧气补偿系统包括制氧装置和第一比例阀，制氧装置的出气口与混合器连通，用于向混合器补充供氧，第一比例阀设置于制氧装置与混合器的连通管路上。空压机进气口与混合器连通，出气口与燃料电池堆的空气进气口连通。增压器设置于混合器与空压机的连通管路上。进气支路一端连通至混合器与增压器的连通管路上，另一端连通至增压器与空压机的连通管路上。第二比例阀设置于进气支路上。通管路上。第二比例阀设置于进气支路上。通管路上。第二比例阀设置于进气支路上。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池空气系统


[0001]本技术涉及燃料电池
，尤其涉及一种燃料电池空气系统。

技术介绍

[0002]燃料电池在高海拔地区或高空运行时，由于空气绝对压力以及氧气浓度(空气中氧气所占百分比)的降低，极易造成燃料电池堆阴极的氧分压过低，进而导致燃料电池因欠气而出现性能降低，甚至出现燃料电池单片电压过低而导致反极，造成燃料电池损坏。
[0003]现有技术中，燃料电池在高海拔地区或高空运行时，通常通过提高空压机转速的方式缓解燃料电池堆性能的降低。然而由于空气绝对压力以及氧气浓度均随着海拔的升高而降低，导致燃料电池在高海拔运行时，提高空压机转速无法使阴极空气压力与过量空气系数与燃料电池在平原地区运行时阴极空气压力和过量空气系数均保持相同，具体地，提高空压机转速使燃料电池堆阴极空气压力与平原地区燃料电池堆阴极空气压力相等时，会出现过量空气系数偏低，而使燃料电池堆过量空气系数与平原地区燃料电池堆过量空气系数相等时，则会出现空气压力偏高，导致需要在燃料电池堆阴极空气压力与过量空气系数中做出取舍，进而导致燃料电池堆性能无法达到平原地区的水平。此外，受限于空压机的压比，在高海拔过高时，难以继续通过提高空压机转速将燃料电池堆的性能维持在最优范围。
[0004]因此，亟需一种燃料电池空气系统，以解决上述问题。

技术实现思路

[0005]本技术的目的在于提供一种燃料电池空气系统，提高燃料电池堆在高海拔地区和高空运行时的性能及使用寿命。
[0006]为达此目的，本技术采用以下技术方案：
[0007]燃料电池空气系统，包括：
[0008]进气组件，其进气口与大气连通；
[0009]混合器，所述进气组件的出气口与所述混合器连通；
[0010]氧气补偿系统，其包括制氧装置和第一比例阀，所述制氧装置的出气口与所述混合器连通，用于向所述混合器补充供氧，所述第一比例阀设置于所述制氧装置与所述混合器的连通管路上；
[0011]空压机，其进气口与所述混合器连通，出气口与燃料电池堆的空气进气口连通；
[0012]增压器，其设置于所述混合器与所述空压机的连通管路上；
[0013]进气支路，其一端连通至所述混合器与所述增压器的连通管路上，另一端连通至所述增压器与所述空压机的连通管路上；
[0014]第二比例阀，其设置于所述进气支路上。
[0015]作为优选，所述进气组件包括：
[0016]过滤器，其进气口与大气连通；
[0017]单向阀，所述过滤器的出气口与所述单向阀的进气口连通，所述单向阀的出气口
与所述混合器连通。
[0018]作为优选，还包括第一氧气浓度传感器，所述第一氧气浓度传感器设置于所述过滤器与所述单向阀的连通管路上。
[0019]作为优选，还包括第二氧气浓度传感器，所述第二氧气浓度传感器设置于所述增压器与所述空压机的连通管路上。
[0020]作为优选，还包括：
[0021]第一压力传感器，其设置于所述过滤器与所述单向阀的连通管路上；
[0022]第二压力传感器，其设置于所述增压器与所述空压机的连通管路上。
[0023]作为优选，所述氧气补偿系统还包括缓冲罐，所述缓冲罐设置于所述氧气补偿系统的出气口与所述第一比例阀的连通管路上。
[0024]作为优选，还包括加湿器，所述空压机的出气口经所述加湿器的加湿端与所述燃料电池堆的空气进气口连通，所述燃料电池堆的空气出气口经所述加湿器的干燥端可选择地与大气连通。
[0025]作为优选，还包括中冷器，所述中冷器设置于所述空压机与所述加湿器的连通管路上。
[0026]作为优选，还包括第三比例阀，所述第三比例阀设置于所述空压机与所述中冷器的连通管路上。
[0027]作为优选，还包括第三压力传感器，所述第三压力传感器设置于所述中冷器与所述加湿器的连通管路上。
[0028]本技术的有益效果：
[0029]本技术提供一种燃料电池空气系统，燃料电池堆在高海拔地区或高空运行时，通过氧气补偿系统的制氧装置制成氧气，制成的氧气经第一比例阀进入混合器，与经进气组件进入混合器的空气混合，以提高混合器中的空气的氧气浓度，同时通过增压器对混合后的空气进行增压，以提高空压机进气口的空气压力，使空压机进气口处的空气压力和氧气浓度均与平原地区燃料电池堆的空压机前的空气压力和氧气浓度接近甚至相同，进而使燃料电池堆阴极的空气压力及过量空气系数均满足设计要求，以提高燃料电池堆性能和使用寿命。相比现有技术中通过提高空压机的转速以改善燃料电池堆在高海拔地区及高空运行时的性能，本实施例中以增压器配合氧气补偿系统实现对燃料电池堆阴极的空气压力及氧气浓度的补偿，对燃料电池堆的性能改善效果更好，并且不受空压机的压比限制，以一个小增压比的增压器即可满足对空压机进气压力的提升需要，使燃料电池堆能够更好地适应更高的海拔环境。
附图说明
[0030]图1是本技术实施例提供的燃料电池空气系统的结构示意图。
[0031]图中：
[0032]100、燃料电池堆；
[0033]11、进气组件；111、过滤器；112、单向阀；
[0034]12、混合器；
[0035]13、氧气补偿系统；131、制氧装置；132、第一比例阀；133、缓冲罐；
[0036]14、空压机；15、增压器；16、进气支路；17、第二比例阀；18、第一氧气浓度传感器；19、第二氧气浓度传感器；20、第一压力传感器；21、第二压力传感器；22、加湿器；23、中冷器；24、第三比例阀；25、第三压力传感器；26、第一温湿压传感器；27、第二温湿压传感器；28、背压阀。
具体实施方式
[0037]下面结合附图和实施例对本技术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技术，而非对本技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本技术相关的部分而非全部结构。
[0038]在本技术的描述中，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技术中的具体含义。
[0039]在本技术中，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本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.燃料电池空气系统，其特征在于，包括：进气组件(11)，其进气口与大气连通；混合器(12)，所述进气组件(11)的出气口与所述混合器(12)连通；氧气补偿系统(13)，其包括制氧装置(131)和第一比例阀(132)，所述制氧装置(131)的出气口与所述混合器(12)连通，用于向所述混合器(12)补充供氧，所述第一比例阀(132)设置于所述制氧装置(131)与所述混合器(12)的连通管路上；空压机(14)，其进气口与所述混合器(12)连通，出气口与燃料电池堆(100)的空气进气口连通；增压器(15)，其设置于所述混合器(12)与所述空压机(14)的连通管路上；进气支路(16)，其一端连通至所述混合器(12)与所述增压器(15)的连通管路上，另一端连通至所述增压器(15)与所述空压机(14)的连通管路上；第二比例阀(17)，其设置于所述进气支路(16)上。2.根据权利要求1所述的燃料电池空气系统，其特征在于，所述进气组件(11)包括：过滤器(111)，其进气口与大气连通；单向阀(112)，所述过滤器(111)的出气口与所述单向阀(112)的进气口连通，所述单向阀(112)的出气口与所述混合器(12)连通。3.根据权利要求2所述的燃料电池空气系统，其特征在于，还包括第一氧气浓度传感器(18)，所述第一氧气浓度传感器(18)设置于所述过滤器(111)与所述单向阀(112)的连通管路上。4.根据权利要求3所述的燃料电池空气系统，其特征在于，还包括第二氧气浓度传感器(19)，所述第二氧气浓...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔兴年，王彦波，丁玉川，时保帆，赵小军，朱秀丽，
申请(专利权)人：山东国创燃料电池技术创新中心有限公司，
类型：新型
国别省市：