一种车载燃料电池水管理系统及方法与流程

本发明属于燃料电池技术领域，特别涉及一种车载燃料电池水管理系统及方法。

背景技术：

质子交换膜燃料电池(protonexchangemembranefuelcell，pemfc)是一种以氢气为燃料，以氧气为氧化剂的电化学发电装置。燃料电池中唯一的反应产物水在阴极由氢气和氧气在催化剂的作用下结合而成。

在燃料电池中，液态水的存在会导致气体在电极内和系统内各单元之间分布不均匀，这将导致燃料电池的性能下降，并造成系统内各单电池电压不一致。液态水过多或过少，对质子交换膜燃料电池都会带来负面影响。

目前，现有技术中，多采用单一气水分离器与循环装置串联构成循环回路的方式，将燃料电池阳极出口夹带液态水的剩余氢气经气水分离器分离出液态水，然后由循环装置送入电堆阳极入口。这种方式会使得由循环装置循环回电堆的氢气几乎处于饱和状态并仍夹带少量液态水滴，当与压力调节阀出口的低温干氢气混合时，高温高湿回流氢气将析出液态水，液态水进入电堆阳极而造成水淹，影响燃料电池的性能。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种车载燃料电池水管理系统及方法，在不同的工作条件下，选择不同的排水排气回路实现将循环氢气在低压氢气管路中由于冷凝形成的液态水通过辅助气水分离器分离，并将液态水排出或对氢气进行加湿，以防止电堆阳极加湿不足或加湿过量，提高电堆的性能。

本发明提供的技术方案如下：

一方面，提供一种车载燃料电池水管理系统，包括供氢组件、第一气水分离器、电堆、第一排水阀、第二气水分离器、第二排水阀、排气阀和循环泵；

所述第一气水分离器的入口与所述供氢组件的出口管路连接，所述第一气水分离器的出气口与所述电堆的氢气入口管路连接，所述第一气水分离器的出水口与所述第一排水阀管路连接；

所述第二气水分离器的入口与所述电堆的氢气出口管路连接，所述第二气水分离器的第一出气口通过三通阀分别与所述排气阀及所述第一排水阀管路连接，所述第二气水分离器的第二出气口通过所述循环泵与所述第一气水分离器的入口管路连接，所述第二气水分离器的出水口与所述第二排水阀管路连接。

进一步优选地，还包括：

压力传感器，所述压力传感器设置在所述第一气水分离器与所述电堆连接的管路上。

进一步优选地，还包括：

泄压阀，所述第一气水分离器的出气口通过所述泄压阀与所述电堆的氢气入口管路连接；

混合器，所述泄压阀的泄压口与所述混合器管路连接，所述排气阀的出口和所述第二排水阀的出口分别与所述混合器管路连接。

进一步优选地，还包括：

温度传感器，所述温度传感器设置在所述第一气水分离器与所述电堆连接的管路上。

进一步优选地，所述供氢组件包括依次管路连接的高压供氢部件、进氢阀和压力调节阀；

所述压力调节阀的出口与所述第一气水分离器的入口管路连接。

另一方面，还提供一种车载燃料电池水管理方法，包括：供氢组件、第一气水分离器、电堆、第一排水阀、第二气水分离器、第二排水阀、排气阀和循环泵；

所述第一气水分离器的入口与所述供氢组件的出口管路连接，所述第一气水分离器的出气口与所述电堆的氢气入口管路连接，所述第一气水分离器的出水口与所述第一排水阀管路连接；

所述第二气水分离器的入口与所述电堆的氢气出口管路连接，所述第二气水分离器的第一出气口通过三通阀分别与所述排气阀及所述第一排水阀管路连接，所述第二气水分离器的第二出气口通过所述循环泵与所述第一气水分离器的入口管路连接，所述第二气水分离器的出水口与所述第二排水阀管路连接；

所述车载燃料电池水管理方法包括：

所述电堆常温运行时，检测所述电堆的阳极加湿情况；

当所述电堆的阳极加湿不足时，开启所述第一排水阀；

当所述电堆的阳极加湿过量时，开启所述第二排水阀；或同时开启所述第一排水阀、所述第二排水阀和所述排气阀；

所述电堆低温启动时，开启所述第一排水阀和所述排气阀。

进一步优选地，还包括：

当检测到所述电堆的氢气入口的压力波动量持续小于正常波动范围时，延长所述第二排水阀的开启时间；

当检测到所述电堆的氢气入口的压力波动量从小于正常波动范围变为大于或等于正常波动范围时，关闭所述第二排水阀。

进一步优选地，还包括：

在所述电堆正常关机时，开启所述第一排水阀、所述第二排水阀和所述排气阀，并对所述第一排水阀、所述第二排水阀和所述排气阀进行吹扫。

进一步优选地，还包括：

根据所述电堆的输出电流和电压，确定所述电堆的氢气消耗量；

根据所述氢气消耗量，调节进入所述电堆的氢气流量。

进一步优选地，还包括：

根据所述电堆在不同功率下的氢气消耗量，调节所述循环泵的转速。

与现有技术相比，本发明提供的一种车载燃料电池水管理系统及方法具有的有益效果为：本发明通过控制第一排水阀、第二排水阀和排气阀的启闭，可配置出多种排水排气回路，本系统在不同的工作条件下，选择不同的排水排气回路实现将循环氢气在低压氢气管路中由于冷凝形成的液态水通过辅助气水分离器分离，并将液态水排出或对氢气进行加湿，以防止电堆阳极加湿不足或加湿多量，进而避免气体在电极内和各单元之间分布不均匀，使得燃料电池性能下降，并造成燃料电池电堆内各单电池电压一致性变差，进而提高燃料电池电堆的运行效率和性能；此外，还可避免因阀门在低温环境因结冰而无法正常开启，出现电堆低温冷启动失败的现象。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种车载燃料电池水管理系统及方法的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1是本发明一种车载燃料电池水管理系统的结构示意图。

附图标号说明

1、高压供氢部件；2、进氢阀；3、压力调节阀；4、第一气水分离器；5、泄压阀；6、温度传感器；7、压力传感器；8、电堆；9、第二气水分离器；10、循环泵；11、第二排水阀；12、排气阀；13、第一排水阀；14、混合器。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

根据本发明提供的第一实施例，如图1所示，一种车载燃料电池水管理系统，包括供氢组件、第一气水分离器4、电堆8、第一排水阀13、第二气水分离器9、第二排水阀11、排气阀12和循环泵10；

第一气水分离器4的入口与供氢组件的出口管路连接，供氢组件用于提供氢气，第一气水分离器4的出气口与电堆8的氢气入口管路连接，第一气水分离器4的出水口与第一排水阀13管路连接。

第二气水分离器9的入口与电堆8的氢气出口管路连接，第二气水分离器9的第一出气口通过三通阀分别与排气阀12及第一排水阀13管路连接，第二气水分离器9的第二出气口通过循环泵10与第一气水分离器4的入口管路连接，第二气水分离器9的出水口与第二排水阀11管路连接。

车载燃料电池水管理系统的工作过程为：

从供氢组件出来的氢气经第一气水分离器4后进入电堆8进行反应，在电堆8内未反应完的氢气进入第二气水分离器9。

当第一排水阀13开启、排气阀12关闭时，第一气水分离器4分离出的液态水通过第一排水阀13进入第二气水分离器9，第二气水分离器9分离出的氢气经循环泵10送回至第一气水分离器4的入口。

当第一排水阀13开启、排气阀12开启时，第一气水分离器4分离出的液态水通过第一排水阀13和排气阀12排出，且第二气水分离器9中有少量的气体经排气阀12排出，以排除第二气水分离器9中集聚的杂质气体(主要为氮气)，避免杂质气体一直在系统里循环，降低杂质在整个回路中的浓度，避免杂质过多进入电堆8，影响电堆8的性能。

当第一排水阀13关闭、排气阀12开启时，第二气水分离器9中的少量气体(氢气和杂质氮气)从排气阀12排出，以降低杂质在整个回路中的浓度。可通过检测电堆8的运行性能，来判断是否需要打开排气阀12进行排气。在实际工作过程中，排气阀12每次开启的时间较短，以避免第二气水分离中大量的氢气经排气阀12排出，浪费能源。

当第二排水阀11开启时，第二气水分离器9中液态水经第二排水阀11排出。

本发明中，第一排水阀13、第二排水阀11和排气阀12为常闭型开关电磁阀。通过控制第一排水阀13、第二排水阀11和排气阀12的启闭，可配置出多种排水排气回路，使第一气水分离器4和第二气水分离器9可实现独立排水，且第二气水分离器9上还设有排气口，通过排气阀12排除循环回路中的杂质气体。

例如，在系统常温运行，电堆8阳极加湿不足(干膜)时，第二排水阀11和排气阀12处于关闭状态，开启第一排水阀13，使第一气水分离器4中分离的液态水进入第二气水分离器9中对循环氢气进行加湿，进而使经循环泵10循环回的饱和湿氢气与从供氢组件出来的干氢气在第一气水分离器4入口混合，再经第一气水分离器4分离出液态水。

在系统常温运行，电堆8阳极加湿过量(水淹)时，通过开启第二排水阀11或同时开启第一排水阀13和排气阀12，将第二气水分离器9和/或第一气水分离器4中的液态水直接排出，以降低系统中的液态水的量。

电堆8阳极的加湿情况可通过测量电堆8的单体电压来进行判断。水的过多过少都会导致电堆8内部的一些异常情况，例如水过多的时候，水就会堵塞电堆8内部的气体通道，导致气体进入不到催化剂表面，而导致有效分压会降低，直观的反应就是单体电压下降，并造成系统内各单电池电压不等。因此，可通过测量电堆8内各单体电压来判断电堆8阳极的加湿情况。在判断过程中还可结合气水分离器的排水量来进行判断。

在车载燃料电池水管理系统停止工作时，开启第一排水阀13和第二排水阀11，将第一气水分离器4和第二气水分离器9中的液态水排尽，并进行吹扫。

在系统工作过程中，由于第一气水分离器4中的液态水较少，在工作过程中，可通过第一排水阀13全部排出，且第一排水阀13的开启时间可设置地的较长；但是第二排水阀11不能一直处于开启状态，因为第二排水阀11长期开启或开启时间较长时，会导致第二气水分离器9中的氢气从第二排水阀11中排出；因此，在系统停止工作并进行吹扫后，第二排水阀11内部仍然可能有少量水残留。若系统在低于零度的环境中放置一段时间后再启动，第二排水阀11内部残留的少量水会结冰，会导致第二排水阀11无法打开，使得排水失效。此时，可通过打开第一排水阀13和排气阀12，排除多余水的同时排出循环回路中集聚的杂质气体。

现有技术中有使用电暖片加热电磁阀的方法，来避免低温冷启动失败的现象，但是电暖片加热时间长，会增加电堆8低温下启动的时间，且采用电暖片会增加额外的电能，造成能源浪费。

本发明中，通过控制第一排水阀13、第二排水阀11和排气阀12的启闭，可配置出多种排水排气回路，本系统在不同的工作条件下，选择不同的排水排气回路实现将循环氢气在低压氢气管路中由于冷凝形成的液态水通过辅助气水分离器分离，并将液态水排出或对氢气进行加湿，以防止电堆8阳极加湿不足或加湿多量，进而避免气体在电极内和各单元之间分布不均匀，使得燃料电池性能下降，并造成燃料电池电堆8内各单电池电压一致性变差，进而提高燃料电池电堆8的运行效率和性能；此外，还可避免因阀门在低温环境因结冰而无法正常开启，出现电堆8低温冷启动失败的现象。

根据本发明提供的第二实施例，如图1所示，本实施例在上述第一实施例的基础上，还包括压力传感器7，压力传感器7设置在第一气水分离器4与电堆8连接的管路上。

在开启第二排水阀11后，压力传感器7通过检测电堆8氢气入口的压力波动量可用于辅助判断第二气水分离器9中的液态水是否排放完毕。在第二气水分离器9中有液态水、氢气以及具有一定分压力的气态水。氢气密度远小于液态水的密度，氢气在第二气水分离器9中处于上层气态空间，液态水位于第二气水分离器9的底部。压力传感器7检测的是电堆8入口气体的压力，当第二气水分离器9中的液态水排完后，上层空间中的气体会从底部第二排水阀11排出，导致电堆8入口氢气压力瞬间波动较大。

若压力波动量一直小于正常排氢压力波动范围，则说明第二气水分离器9中的液态水未排放完毕，需要适当延长第二排水阀11的开启时间。其中，正常排氢压力波动范围根据电堆8的工作压力得到。

若压力波动量从小于正常排氢压力波动范围变为大于或等于正常排氢压力波动范围，则说明第二气水分离器9中的液态水排放完毕，需要关闭第二排水阀11。

通过压力传感器7来检测电堆8氢气入口的压力波动值来判断第二气水分离器9中的液态水是否排放完毕，进而判断第二排水阀11的开启时间是否合理，以防止第二排水阀11因开启时间过长，而导致第二气水分离器9中的氢气被排出，降低氢气的利用率，浪费能源；还可防止第二排水阀11因开启时间过短而导致第二气水分离器9中的液态水未充分排出，导致电堆8阳极加湿过量，影响电堆8的运行效率和性能。

根据本发明提供的第三实施例，如图1所示，本实施例在上述第一实施例或第二实施例的基础上，还包括：泄压阀5和混合器14；第一气水分离器4的出气口通过泄压阀5与电堆8的氢气入口管路连接；泄压阀5的泄压口与混合器14管路连接，排气阀12的出口和第二排水阀11的出口分别与混合器14管路连接。

供氢组件在输出氢气时，会通过压力调节阀3将氢气压力调节至合适的压力，然后送至电堆8阳极入口。但是，当供氢组件中的压力调节阀3失效时，会导致氢气压力过高，使得进入电堆8的高压力氢气对电堆8造成致命性的破坏。本实施例通过在电堆8阳极入口设置泄压阀5，并设置泄压阀5的工作压力，可在供氢组件中的压力调节阀3失效时，通过泄压阀5进行泄压，避免高压力的气体进入电堆8对电堆8造成致命性的破坏，进而提高电堆8的使用寿命。

优选地，系统还包括温度传感器6，温度传感器6设置在第一气水分离器4与电堆8连接的管路上。温度传感器6可用于检测进入电堆8的氢气的温度。

优选地，供氢组件包括依次管路连接的高压供氢部件1、进氢阀2和压力调节阀3；压力调节阀3的出口与第一气水分离器4的入口管路连接。压力调节阀3用于调节氢气压力。

在工作过程中，高压供氢部件1将氢气压力减压至10±1bara，然后压力调节阀3将氢气压力调节至1.2-2.5bara。泄压阀5的泄压压力根据电堆8的工作压力进行设定，如设定为2.7bara。

优选地，第一气水分离器4和第二气水分离器9分别为丝网式或旋风分离式气水分离器。

优选地，还包括燃料电池发动机控制单元(fcu)，燃料电池发动机控制单元(fcu)与温度传感器6、压力传感器7、第一排水阀13、第二排水阀11、排气阀12、循环泵10和压力调节阀3电连接。燃料电池发动机控制单元(fcu)采集温度传感器6、压力传感器7数据，控制第一排水阀13、第二排水阀11和排气阀12的开启状态，并控制循环泵10的转速以及压力调节阀3的调节压力。

根据本发明提供的第四实施例，如图1所示，一种车载燃料电池水管理方法，包括供氢组件、第一气水分离器4、电堆8、第一排水阀13、第二气水分离器9、第二排水阀11、排气阀12和循环泵10；

第一气水分离器4的入口与供氢组件的出口管路连接，第一气水分离器4的出气口与电堆8的氢气入口管路连接，第一气水分离器4的出水口与第一排水阀13管路连接；

第二气水分离器9的入口与电堆8的氢气出口管路连接，第二气水分离器9的第一出气口通过三通阀分别与排气阀12及第一排水阀13管路连接，第二气水分离器9的第二出气口通过循环泵10与第一气水分离器4的入口管路连接，第二气水分离器9的出水口与第二排水阀11管路连接；

车载燃料电池水管理方法包括：

在电堆8常温运行时，检测电堆8的阳极加湿情况；

当电堆8的阳极加湿不足时，开启第一排水阀13；

当电堆8的阳极加湿过量时，开启第二排水阀11；或同时开启第一排水阀13、第二排水阀11和排气阀12；

电堆8低温启动时，开启第一排水阀13和排气阀12。

本发明中，第一排水阀13、第二排水阀11和排气阀12为常闭型开关电磁阀。通过控制第一排水阀13、第二排水阀11和排气阀12的启闭，可配置出多种排水排气回路，使第一气水分离器4和第二气水分离器9可实现独立排水，且第二气水分离器9上还设有排气口，通过排气阀12排除循环回路中的杂质气体。

在系统常温运行，电堆8阳极加湿不足(干膜)时，第二排水阀11和排气阀12处于关闭状态，开启第一排水阀13，使第一气水分离器4中分离的液态水进入第二气水分离器9中对循环氢气进行加湿，进而使经循环泵10循环回的饱和湿氢气与从供氢组件出来的干氢气在第一气水分离器4入口混合，再经第一气水分离器4分离出液态水。

在系统常温运行，电堆8阳极加湿过量(水淹)时，通过开启第二排水阀11或同时开启第一排水阀13和排气阀12，将第二气水分离器9和/或第一气水分离器4中的液态水直接排出，以降低系统中的液态水的量。

电堆8阳极的加湿情况可通过测量电堆8的单体电压来进行判断。水的过多过少都会导致电堆8内部的一些异常情况，例如水过多的时候，水就会堵塞电堆8内部的气体通道，导致气体进入不到催化剂内部，而导致有效分压会降低，直观的反应就是单体电压下降，并造成系统内各单电池电压不等。因此，可通过测量电堆8内各单体电压来判断电堆8阳极的加湿情况。在判断过程中还可结合气水分离器的排水量来进行判断。

在系统工作过程中，由于第一气水分离器4中的液态水较少，在工作过程中，即可通过第一排水阀13全部排出，且第一排水阀13的开启时间可设置地的较长或一直开着，使第一气水分离器4中的液态水排尽；但是第二排水阀11不能一直处于开启状态，因为第二排水阀11长期开启或开启时间较长时，会导致第二气水分离器9中的氢气从第二排水阀11中排出，造成排放不达标(氢气含量较高)；因此，在系统停止工作并进行吹扫后，第二排水阀11内部仍然可能有少量水残留。若系统在低于零度的环境中放置一段时间后再启动，第二排水阀11内部残留的少量水会结冰，会导致第二排水阀11无法打开，使得排水失效。此时，可通过打开第一排水阀13和排气阀12，排除多余水的同时排出循环回路中集聚的杂质气体。

现有技术中有使用电暖片加热电磁阀的方法，来避免低温冷启动失败的现象，但是电暖片加热时间长，会增加电堆8低温下启动的时间，且采用电暖片会增加额外的电能，造成能源浪费。

本发明中，通过控制第一排水阀13、第二排水阀11和排气阀12的启闭，可配置出多种排水排气回路，本系统在不同的工作条件下，选择不同的排水排气回路实现将循环氢气在低压氢气管路中由于冷凝形成的液态水通过辅助气水分离器分离，并将液态水排出或对氢气进行加湿，以防止电堆8阳极加湿不足或加湿多量，进而避免气体在电极内和各单元之间分布不均匀，使得燃料电池性能下降，并造成燃料电池电堆8内各单电池电压一致性变差，进而提高燃料电池电堆8的运行效率和性能；此外，还可避免因阀门在低温环境因结冰而无法正常开启，出现电堆8低温冷启动失败的现象。

根据本发明提供的第五实施例，如图1所示，在上述第四实施例的基础上，还包括：当检测到电堆8的氢气入口的压力波动量持续小于正常波动范围时，延长第二排水阀11的开启时间；

当检测到电堆8的氢气入口的压力波动量从小于正常波动范围变为大于或等于正常波动范围时，关闭第二排水阀11。

在第一气水分离器4与电堆8连接的管路上设置有压力传感器7。在开启第二排水阀11后，压力传感器7通过检测电堆8氢气入口的压力波动量可用于辅助判断第二气水分离器9中的液态水是否排放完毕。

若压力波动量一直小于正常排氢压力波动范围，则说明第二气水分离器9中的液态水未排放完毕，需要适当延长第二排水阀11的开启时间。其中，正常排氢压力波动范围根据电堆8的工作压力得到。

若压力波动量从小于正常排氢压力波动范围变为大于或等于正常排氢压力波动范围，则说明第二气水分离器9中的液态水排放完毕，需要关闭第二排水阀11。

通过压力传感器7来检测电堆8氢气入口的压力波动值来判断第二气水分离器9中的液态水是否排放完毕，进而判断第二排水阀11的开启时间是否合理，以防止第二排水阀11因开启时间过长，而导致第二气水分离器9中的氢气被排出，降低氢气的利用率，浪费能源；还可防止第二排水阀11因开启时间过短而导致第二气水分离器9中的液态水未充分排出，导致电堆8阳极加湿过量，影响电堆8的运行效率和性能。

优选地，车载燃料电池水管理系统还包括泄压阀5和混合器14，第一气水分离器4的出气口通过泄压阀5与电堆8的氢气入口管路连接；泄压阀5的泄压口与混合器14管路连接，排气阀12的出口和第二排水阀11的出口分别与混合器14管路连接。当检测到从供氢组件中输出的氢气压力高于预设阈值时，通过泄压阀5进行泄压。

供氢组件在输出氢气时，会通过压力调节阀3将氢气压力调节至合适的压力，然后送至电堆8阳极入口。但是，当供氢组件中的压力调节阀3失效时，会导致氢气压力过高，使得进入电堆8的高压力氢气对电堆8造成致命性的破坏。本实施例通过在电堆8阳极入口设置泄压阀5，并设置泄压阀5的工作压力，可在供氢组件中的压力调节阀3失效时，通过泄压阀5进行泄压，避免高压力的气体进入电堆8对电堆8造成致命性的破坏，进而提高电堆8的使用寿命。

优选地，系统还包括温度传感器6，温度传感器6设置在第一气水分离器4与电堆8连接的管路上。温度传感器6可用于检测进入电堆8的氢气的温度。

优选地，供氢组件包括依次管路连接的高压供氢部件1、进氢阀2和压力调节阀3；压力调节阀3的出口与第一气水分离器4的入口管路连接。压力调节阀3用于调节氢气压力。

在工作过程中，高压供氢部件1将氢气压力减压至10±1bara，然后压力调节阀3将氢气压力调节至1.2-2.5bara。泄压阀5的泄压压力根据电堆8的工作压力进行设定，如设定为2.7bara。

优选地，第一气水分离器4和第二气水分离器9分别为丝网式或旋风分离式气水分离器。

优选地，还包括燃料电池发动机控制单元(fcu)，燃料电池发动机控制单元(fcu)与温度传感器6、压力传感器7、第一排水阀13、第二排水阀11、排气阀12、循环泵10和压力调节阀3电连接。燃料电池发动机控制单元(fcu)采集温度传感器6、压力传感器7数据，控制第一排水阀13、第二排水阀11和排气阀12的开启状态，并控制循环泵10的转速以及压力调节阀3的调节压力。

根据本发明提供的第六实施例，如图1所示，在上述第四实施例或第五实施例的基础上，还包括：在电堆8正常关机时，开启第一排水阀13、第二排水阀11和排气阀12，并对第一排水阀13、第二排水阀11和排气阀12进行吹扫，以尽量保持系统的干燥。

优选地，还包括：根据电堆8的输出电流和电压，确定电堆8的氢气消耗量；并通过燃料电池发动机控制单元(fcu)控制压力调节阀3来调节进入电堆8反应的氢气流量和氢气压力。

根据氢气消耗量，调节进入电堆8的氢气流量。

优选地，还包括：根据电堆8在不同功率下的氢气消耗量，通过燃料电池发动机控制单元(fcu)调节循环泵10的转速，来控制循环回电堆8阳极入口的氢气流量。氢气消耗量越大时，循环泵10的转速越大。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。