【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃料电池系统，尤其涉及一种燃料电池系统、燃料电池空气系统及控制方法。
技术介绍
1、使用绿色低碳、来源广泛的能源具有非常重要的意义，氢能作为二次能源，宇宙中氢元素占比75％，来源非常广泛，其热值是汽油的三倍，且燃烧或电化学反应后无碳生成，故其受到越来越多的重视和推广。
2、燃料电池系统，作为使用氢能的重要工具，因其效率高(理论效率可达80％以上)，零排放无污染(产物仅为水)，低温适应性好(-10℃可正常使用)，能源补给速度快等优点，在长途重载公路交通、轨道交通、船舶、飞机、独立电源、热电联供、轻型载具(如两轮车、三轮车)等场景逐渐得到广泛应用。
3、目前国内外燃料电池系统都朝着更高功率、高效率的方向发展。目前普遍采用的做法为在空压机上增加膨胀机，通过膨胀机可有效回收电堆空气侧出口气体的能量，从而可降低系统辅件功耗，提升系统效率。
4、膨胀机在目前实际应用过程中遇到的最大难题是如何确保其在低温下的使用可靠性。因为在实际应用过程中，通过膨胀机的气体含有大量水汽混合物，如果水汽混合物吹扫不彻底会导致膨胀机在低温下冻结。另外，系统低温启动过程中可能会有冰粒从电堆空气侧出口排出，随气流进入到膨胀机，有损坏膨胀机叶片的风险。
5、因此，如何保证膨胀机能够在低温下顺利启动及可靠运行，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种燃料电池空气系统，以保证膨胀机能够在低温下顺利启动及可靠
2、本专利技术的另一目的在于提供一种具有上述燃料电池空气系统的燃料电池系统和燃料电池空气系统控制方法。
3、为了实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：
4、一种燃料电池空气系统，包括：
5、空气压缩机；
6、膨胀机，与所述空气压缩机传动连接，所述膨胀机的空气出口与尾排管路连通；
7、空气进气管路，一端与所述空气压缩机的出口连通，另一端与燃料电池电堆的空气入口连通，所述空气进气管路上串联有空气组合阀，所述空气组合阀的空气入口和第一空气出口串联于所述空气进气管路上，所述空气组合阀的第二空气出口连通于所述膨胀机的空气入口，所述空气组合阀的第一空气出口和第二空气出口的开度可调；
8、空气排气管路，一端与所述燃料电池电堆的空气出口连通，另一端与所述膨胀机的空气入口连通，所述空气排气管路上串联有分水器和背压阀；
9、排水管路，一端与所述分水器的排水孔连通，另一端与所述尾排管路连通，所述排水管路上串联有旁通阀。
10、可选地，在上述燃料电池空气系统中，还包括控制系统，所述燃料电池空气系统包括第一工作模式，在处于所述第一工作模式时，所述控制系统控制所述空气组合阀的第一空气出口和第二空气出口均处于打开状态，所述背压阀处于关闭状态，所述旁通阀处于打开状态。
11、可选地，在上述燃料电池空气系统中，所述控制系统用于在燃料电池冷却回路水温低于第一预设温度时，启动所述第一工作模式。
12、可选地，在上述燃料电池空气系统中，所述燃料电池空气系统包括第二工作模式，在处于所述第二工作模式时，所述控制系统控制所述空气组合阀的第一空气出口处于关闭状态，第二空气出口处于打开状态，所述背压阀处于关闭状态，所述旁通阀处于关闭状态。
13、可选地，在上述燃料电池空气系统中，在燃料电池系统启动和/或停机时，所述控制系统启动所述第二工作模式。
14、可选地，在上述燃料电池空气系统中，在燃料电池系统启动，且燃料电池冷却回路水温低于第一预设温度时，所述控制系统控制启动所述第二工作模式，且经过第一预设时间后，控制启动所述第一工作模式。
15、可选地，在上述燃料电池空气系统中，所述燃料电池空气系统包括第三工作模式，在处于所述第三工作模式时，所述控制系统控制所述空气组合阀的第一空气出口处于打开状态，第二空气出口处于关闭状态，所述背压阀处于打开状态，所述旁通阀处于打开状态。
16、可选地，在上述燃料电池空气系统中，在燃料电池系统启动，且燃料电池冷却回路水温不低于第一预设温度时，所述控制系统控制启动所述第二工作模式，且经过第二预设时间后，控制启动所述第三工作模式；
17、在燃料电池系统启动，且燃料电池冷却回路水温低于第一预设温度时，所述控制系统控制启动所述第二工作模式，且经过第一预设时间后，控制启动所述第一工作模式，在满足预设条件后，控制启动所述第三工作模式。
18、可选地，在上述燃料电池空气系统中，所述预设条件为：燃料电池冷却回路水温高于第二预设温度；其中，所述第二预设温度不小于所述第一预设温度燃料电池系统启动。
19、可选地，在上述燃料电池空气系统中，在燃料电池空气系统吹扫时，所述控制系统控制启动所述第一工作模式，在经过第三预设时间后，控制启动所述第二工作模式。
20、可选地，在上述燃料电池空气系统中，所述空气组合阀、背压阀和旁通阀均为开度动态调整阀。
21、本专利技术提供的燃料电池空气系统，其空气压缩机能够为燃料电池电堆提供所需的空气量，膨胀机可部分回收燃料电池电堆的空气出口气体的能量，从而可降低系统辅件功耗，提升系统效率。空气进气管路上设置有空气组合阀，空气组合阀的空气入口和第一空气出口串联于空气进气管路上，第二空气出口连通于膨胀机的空气入口。空气组合阀为一进两出的阀件，可通过开度调节，分配第一空气出口和第二空气出口的流量。空气排气管路上设置有分水器和背压阀，分水器可部分分离燃料电池电堆的空气出口的液态水，并且分离后的液态水可通过排水管路排到尾排。当燃料电池电堆的空气出口的气体主要通过背压阀时，可通过背压阀的开度变化调节燃料电池电堆的空气入口压力。当燃料电池电堆的空气出口的气体主要通过旁通阀时，可通过旁通阀开度变化调节燃料电池电堆的空气入口压力，并且旁通阀还有排出分水器内部液态水的功能。
22、在低温启动时，可将空气组合阀的第一空气出口和第二空气出口均打开，并关闭背压阀，打开旁通阀，空气压缩机吸入的空气一部分通过空气组合阀的第二空气出口后直接流向膨胀机的空气入口，用于给膨胀机加热的同时，可有效防止膨胀机前端因为背压阀的封堵，导致的膨胀机的空气出口发生气体回流，避免膨胀机从尾排管路吸收冰粒或者氢气。空气压缩机吸入的空气一部分通过空气组合阀的第一空气出口流向燃料电池电堆后，再流向旁通阀，最后同燃料电池电堆的空气出口的液态水一起排到系统的尾排管路。
23、采用上述的阀门打开方式，可防止系统低温启动过程中，因为燃料电池电堆还处于低温，燃料电池电堆空气侧产生的液态水在流到燃料电池电堆空气出口的过程中结冰或者燃料电池电堆空气出口的液态水在通过系统金属阀件/接头时结冰形成冰粒，冰粒会随气流进入膨胀机内，损坏膨胀机叶片，降低系统使用可靠性。
24、如果低温下背压阀冻住，采用上述的阀门打开方式，可支持系统正常运行。背压阀可利用系统在运行过本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种燃料电池空气系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的燃料电池空气系统，其特征在于，还包括控制系统(108)，所述燃料电池空气系统包括第一工作模式，在处于所述第一工作模式时，所述控制系统(108)控制所述空气组合阀(104)的第一空气出口和第二空气出口均处于打开状态，所述背压阀(118)处于关闭状态，所述旁通阀(105)处于打开状态。
3.根据权利要求2所述的燃料电池空气系统，其特征在于，所述控制系统(108)用于在燃料电池冷却回路水温低于第一预设温度时，启动所述第一工作模式。
4.根据权利要求2所述的燃料电池空气系统，其特征在于，所述燃料电池空气系统包括第二工作模式，在处于所述第二工作模式时，所述控制系统(108)控制所述空气组合阀(104)的第一空气出口处于关闭状态，第二空气出口处于打开状态，所述背压阀(118)处于关闭状态，所述旁通阀(105)处于关闭状态。
5.根据权利要求4所述的燃料电池空气系统，其特征在于，在燃料电池系统启动和/或停机时，所述控制系统(108)启动所述第二工作模式。
6.根据权
7.根据权利要求4所述的燃料电池空气系统，其特征在于，所述燃料电池空气系统包括第三工作模式，在处于所述第三工作模式时，所述控制系统(108)控制所述空气组合阀(104)的第一空气出口处于打开状态，第二空气出口处于关闭状态，所述背压阀(118)处于打开状态，所述旁通阀(105)处于打开状态。
8.根据权利要求7所述的燃料电池空气系统，其特征在于，在燃料电池系统启动，且燃料电池冷却回路水温不低于第一预设温度时，所述控制系统(108)控制启动所述第二工作模式，且经过第二预设时间后，控制启动所述第三工作模式；
9.根据权利要求8所述的燃料电池空气系统，其特征在于，燃料电池系统启动所述预设条件为：燃料电池冷却回路水温高于第二预设温度；其中，所述第二预设温度不小于所述第一预设温度。
10.根据权利要求7所述的燃料电池空气系统，其特征在于，在燃料电池空气系统吹扫时，所述控制系统(108)控制启动所述第一工作模式，在经过第三预设时间后，控制启动所述第二工作模式。
11.根据权利要求1-10任一项所述的燃料电池空气系统，其特征在于，所述空气组合阀(104)、背压阀(118)和旁通阀(105)均为开度动态调整阀。
12.一种燃料电池系统，其特征在于，包括如权利要求1-11任一项所述的燃料电池空气系统。
13.一种燃料电池空气系统控制方法，其特征在于，利用如权利要求1-11任一项所述的燃料电池空气系统，包括低温启动步骤、常温启动步骤和吹扫步骤；
...【技术特征摘要】
1.一种燃料电池空气系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的燃料电池空气系统，其特征在于，还包括控制系统(108)，所述燃料电池空气系统包括第一工作模式，在处于所述第一工作模式时，所述控制系统(108)控制所述空气组合阀(104)的第一空气出口和第二空气出口均处于打开状态，所述背压阀(118)处于关闭状态，所述旁通阀(105)处于打开状态。
3.根据权利要求2所述的燃料电池空气系统，其特征在于，所述控制系统(108)用于在燃料电池冷却回路水温低于第一预设温度时，启动所述第一工作模式。
4.根据权利要求2所述的燃料电池空气系统，其特征在于，所述燃料电池空气系统包括第二工作模式，在处于所述第二工作模式时，所述控制系统(108)控制所述空气组合阀(104)的第一空气出口处于关闭状态，第二空气出口处于打开状态，所述背压阀(118)处于关闭状态，所述旁通阀(105)处于关闭状态。
5.根据权利要求4所述的燃料电池空气系统，其特征在于，在燃料电池系统启动和/或停机时，所述控制系统(108)启动所述第二工作模式。
6.根据权利要求4所述的燃料电池空气系统，其特征在于，在燃料电池系统启动，且燃料电池冷却回路水温低于第一预设温度时，所述控制系统(108)控制启动所述第二工作模式，且经过第一预设时间后，控制启动所述第一工作模式。
7.根据权利要求4所述的燃料电池空气系统，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：聂玉洁，苗田伟，朱益佳，蔡俊，侯中军，
申请(专利权)人：上海捷氢科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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