一种燃料电池汽车节能供气系统的制作方法

本实用新型涉及一种燃料电池汽车节能供气系统，属于新能源汽车系统中的节能技术领域。

背景技术：

以氢气为燃料的燃料电池汽车，除了要有氢气外，还必须有氧气。氢气一般是压缩气体，有较高的压力，储存在高压气瓶中，其储存压力可达70MPa；氧气一般来自于空气，通常使用压缩机、鼓风机等带有压缩性质的机械，克服燃料电池流道、管线阻力，将含有氧气的空气输送到燃料电池阴极流道内，使氧气有一定的动能透过燃料电池的阴极催化层，进行相关的电化学反应。

用压缩机、鼓风机等传动机械压缩空气需要消耗燃料电池发出的电力，以提供压缩空气所需的原动力，导致由氢气产生的珍贵的电力没有完全用到汽车行驶，降低了燃料电池汽车的行驶里程与燃料利用率。由于汽车内的空间有限，故氢氧燃料电池汽车采用气瓶储存空气是不可取的。

专利CN201710431329.7介绍了一种新能源汽车集中供气系统及供气方法，该系统主要包括两级压缩空气压缩机、燃料电池系统、风冷换热器以及气压制动刹车系统。该专利主要利用空气压缩机产出的压缩气体导入膨胀机进行压力能的回收，并利用电池反应剩余的冷热气体进行冷量和热量的回收。但是值得关注的是该系统所回收的压力能是由空气压缩机所提供的，该方式的能量回收效率极低，不仅浪费了氢气所产生的电能，也增加了系统的复杂性。

氢氧燃料电池汽车的高压氢瓶中富含能量，其中除了化学能，还有压力能。利用其压力能，可以驱动压缩空气的装置，以减小耗用电池发电的电力。

技术实现要素：

为了克服现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种燃料电池汽车节能供气系统，该节能供气系统应利用高压氢气瓶的压力能，推动空气压缩装置，将常压空气加压，以便氢燃料电池堆中使用空气，直接将氢气的压力能转变为空气的压力能，极大提高了能量利用率。

本实用新型采用的技术方案是：一种燃料电池汽车节能供气系统，它包括车用高压氢气瓶、减压电磁阀、多用途压缩机、压力传感器和控制系统，所述车用高压氢气瓶上安装减压电磁阀或车用高压氢气瓶通过管线与减压电磁阀相连，减压电磁阀的出口与多用途压缩机氢气进口相连，多用途压缩机的另一端吸入的空气被压缩，被压缩的空气直接用于电池堆阴极；所述压力传感器包含一个设置在减压电磁阀与多用途压缩机之间管线上的氢气进口端压力传感器和一个设置在多用途压缩机排出压缩空气管线上的空气出口端压力传感器；所述控制系统采用PLC控制器，PLC控制器与减压电磁阀、氢气进口端压力传感器、空气出口端压力传感器、多用途压缩机电连接；当经过减压电磁阀的氢气压力不足以推动多用途压缩机工作时，所述氢气进口端压力传感器检测到氢气压力低于PLC控制器设定的多用途压缩机自动工作进口压力，或所述空气出口端压力传感器检测到空气出口端压力低于PLC控制器设定的空气压力，所述控制系统启动多用途压缩机供电系统，使用电能驱动多用途压缩机，同时压缩氢气与空气，保证燃料电池堆的气体供应；此时控制系统发出警报，提示用户燃料不足；当用户加充氢气后，压力达到正常值，警报解除，控制系统切断多用途压缩机外部供电，整个供气系统正常工作。

所述控制系统采用S7-200 PLC控制器。

本实用新型的有益效果是：这种燃料电池汽车节能供气系统包括车用高压氢气瓶、减压电磁阀、多用途压缩机和控制系统。控制系统采用PLC控制器，氢气进口端压力传感器设置在减压电磁阀与多用途压缩机之间管线上，空气出口端压力传感器设置在多用途压缩机排出压缩空气的管线上；当经过减压电磁阀的氢气压力不足以推动多用途压缩机工作时，或空气出口端压力传感器检测到空气出口端压力低于PLC控制器的设定空气压力时，控制系统启动多用途压缩机供电系统，使用电能驱动多用途压缩机，同时压缩氢气与空气，保证燃料电池堆的气体供应。该节能供气系统结构简单，占用空间小，容易实现集成化。利用高压氢气瓶的压力能，推动空气压缩装置，将常压空气加压，以便氢燃料电池堆中使用空气，直接将氢气的压力能转变为空气的压力能，极大提高了能量利用率。

附图说明

图1是燃料电池汽车节能供气系统的原理图。

图2是SP-200PLC控制器的原理图。

图中：1、车用高压氢气瓶，2、减压电磁阀，3、多用途压缩机，4a、氢气进口端压力传感器，4b、空气出口端压力传感器，5、控制系统。

具体实施方式

图1示出了一种燃料电池汽车节能供气系统的原理图。这种燃料电池汽车节能供气系统包括车用高压氢气瓶1、减压电磁阀2、多用途压缩机3、压力传感器和控制系统5，压力传感器包括氢气进口端压力传感器4a、空气出口端压力传感器4b。车用高压氢气瓶1通过管线与减压电磁阀2相连，减压电磁阀2的出口与多用途压缩机3氢气进口相连，多用途压缩机3的另一端吸入的空气被压缩，被压缩的空气直接用于电池堆阴极；多用途压缩机3的空气进口端为经过滤后的大气中的空气，多用途压缩机氢气出口端排出的较低压力氢气作用于电池堆阳极；氢气进口端压力传感器4a安装在氢气进口端，空气出口端压力传感器4b安装在空气出口端。控制系统（5）采用PLC控制器，PLC控制器与减压电磁阀2、压力传感器、多用途压缩机3电连接，并可控制减压电磁阀2及多用途压缩机3的动作。

图2示出了PLC控制器的原理图。氢气进口端压力传感器4a、空气出口端压力传感器4b、减压电磁阀2和压缩机控制继电器电连接SP-200控制器，压缩机控制继电器与多用途压缩机3电连接，多用途压缩机3由随车电源驱动。

当经过减压电磁阀2的氢气压力不足以推动多用途压缩机3时，即氢气进口端压力传感器4a检测到压力低于PLC控制器设定的多用途压缩机3自动工作进口压力，或空气出口端压力传感器4b检测到空气出口端压力低于PLC控制器设定的空气压力，PLC控制器经压缩机控制继电器启动多用途压缩机3，使用随车电源驱动多用途压缩机3，保证燃料电池堆的气体供应；此时控制系统5发出警报，提示用户燃料不足。当用户加充氢气后，压力达到正常值，警报解除，控制系统5切断多用途压缩机3的外部供电，整个供气系统正常工作。当系统关机时，减压电磁阀2关闭，系统停止工作。

PLC控制器是数字运算操作电子系统的可编程逻辑控制器，用于控制机械的生产过程。现在市面上常用的最简单的西门子S7系列PLC体积小、速度快、标准化，具有网络通信能力，功能更强，可靠性更高，S7-200 PLC控制器（型号为6ES7211-0BA23-0XB0，AC/DC/继电器，6点输入4点输出）是微型PLC，它适用于各行各业，各种场合中的自动检测、监测及控制等，S7-200 PLC的强大功能使其无论单机运行，或连成网络都能实现复杂的控制功能。