一种燃料电池系统空气路控制系统的制作方法

本实用新型涉及燃料电池系统技术领域，尤其涉及一种燃料电池系统空气路控制系统。

背景技术：

近年来燃料电池的发展越来越受到大众的关注，其中又以质子交换膜燃料电池的应用最为广泛。燃料电池是一种通过氢气和空气中的氧气反应生成水和电子的装置，然而气体的压力、温度、流量、湿度会比较直观的影响燃料电池的性能。水的生成主要在燃料电池的空气路，目前普遍利用空气出口带出来的水通过增湿器加湿进入燃料电池的空气。

通常情况下，燃料电池系统空气路只有一条主路，没有旁路去配合空气的导流，此时空气路全靠调节空压机的转速去控制，空气路控制策略可实施的方法较少。不同情况下空气路运行参数比较难控制，不利于燃料电池性能稳定以及更长的使用年限。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供一种燃料电池系统空气路控制系统，用于实现燃料电池系统空气路压力、流量、湿度可调节，以适配不同燃料电池的不同功率等级的需求。

本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型提供一种燃料电池系统空气路控制系统，包括空压机、增湿器、阀门r1、阀门r2、三通阀t1与阀门r3；所述空压机经管路分别连接阀门r1与增湿器的第一入口，所述增湿器的第一出口与燃料电池的空气入口之间设置有阀门r2，燃料电池的空气出口经管路依次连接三通阀t1与阀门r3，所述阀门r3与阀门r1共同连接到排气口。

优选的，所述阀门r1、阀门r2与阀门r3均为电动蝶阀。

优选的，所述三通阀t1为电动三通阀。

优选的，所述阀门r1的出口处设置有流量计f2。

优选的，所述空压机的进口处设置有流量计f1。

优选的，所述三通阀t1与增湿器的第二入口连接，所述增湿器的第二出口与阀门r3连接。

优选的，所述燃料电池的空气出口设置有湿度传感器h2。

优选的，所述燃料电池的空气入口设置有压力传感器p与湿度传感器h1。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型通过相关的传感器实时监控空气进入燃料电池的参数，通过调节相应的电动阀以达到控制燃料电池空气入口参数的效果以及实现更多的燃料电池系统空气路控制策略，通过对燃料电池系统空气路参数的控制，保证了燃料电池所需要的运行参数。

附图说明

图1是本实用新型一种燃料电池系统空气路控制系统的结构示意图。

图中：1-流量计f1；2-空压机；3-电动蝶阀r1；4-流量计f2；5-增湿器；6-电动蝶阀r2；7-压力传感器p；8-湿度传感器h1；9-燃料电池；10-湿度传感器h2；11-电动三通阀t1；12-电动蝶阀r3。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为使本实用新型的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细说明。如图1所示，1-流量计f1；2-空压机；3-电动蝶阀r1；4-流量计f2；5-增湿器；6-电动蝶阀r2；7-压力传感器p；8-湿度传感器h1；9-燃料电池；10-湿度传感器h2；11-电动三通阀t1；12-电动蝶阀r3。本实用新型包括空压机、增湿器、阀门r1、阀门r2、三通阀t1与阀门r3；空压机经管路分别连接阀门r1与增湿器的第一入口，增湿器的第一出口与燃料电池的空气入口之间设置有阀门r2，燃料电池的空气出口经管路依次连接三通阀t1与阀门r3，所述阀门r3与阀门r1共同连接到排气口。三通阀t1与增湿器的第二入口连接，增湿器的第二出口与阀门r3连接。阀门r1的出口处设置有流量计f2；空压机的进口处设置有流量计f1；燃料电池的空气出口设置有湿度传感器h2；燃料电池的空气入口设置有压力传感器p与湿度传感器h1。

在本实施例中，阀门r1、阀门r2与阀门r3均为电动蝶阀；三通阀t1为电动三通阀。上述的3个电动蝶阀以及1个电动三通阀的开度可通过pwm或其他信号调节。增湿器有4个接口，分别对应干空气的进、出口和湿空气的进、出口，第一入口(入口1)为干空气的进口，第一出口(出口1)为干空气的出口，第二入口(入口2)为湿空气的进口，第二出口(出口2)为湿空气的出口。

电动蝶阀r1的入口通过三通连接空压机出口与增湿器入口1，电动蝶阀r1的出口通过三通连接电动蝶阀r3的出口和大气。电动蝶阀r2连接增湿器出口1和燃料电池空气入口。电动三通阀t1的入口连接燃料电池空气出口，电动三通阀t1的一个出口连接增湿器入口2，电动三通阀t1的另一个出口通过三通阀与增湿器出口2和电动蝶阀r3的入口相连接。压力传感器p和一个湿度传感器h1安装在空气入口处，另一个湿度传感器h2安装在空气出口处。流量传感器f1安装在空压机入口之前，流量传感器f2安装在电动蝶阀r1出口处。

本实用新型的工作过程为：燃料电池系统运行时，空气由空压机压缩后分成两路，一路流向电动蝶阀r1；一路流向增湿器入口1进入增湿器，再由出口1流出，经过电动蝶阀r2从空气入口进入燃料电池，在燃料电池内部空气中的氧气与氢气发生电化学反应，产生水和电子。此时，未参与反应的空气携带着大部分反应产生的水由燃料电池的空气出口流出后经过电动三通阀t1。一路由增湿器入口2进入增湿器，在增湿器内部加湿入口1进入的干空气之后由出口2流出与另一路气体汇合通过电动蝶阀r3，最后与通过电动蝶阀r1的气体汇合排入大气。

在本实施例中，通过调节电动蝶阀r1、r2、r3的开度配合空压机的不同转速去控制燃料电池空气入口的压力和流量，实际进堆压力由压力传感器p采集得到。实际进堆流量f＝f1-f2。

在一定的流量和压力的条件下，通过调节电动三通阀t1的开度去控制空出气体进入增湿器的比例，当t1全关时，空出气体全部进入增湿器，此时增湿器内水分较多，空气在进堆前得到了充分的加湿所以空气入口湿度h1的值最大，当t1全开时，空出气体不经过增湿器，此时增湿器内水分较少，空气在进堆前未得到从分加湿所以空气入口湿度h1最小。

本实用新型细化了燃料电池系统空气路参数的控制，保证了燃料电池所需要的运行参数。空气由空压机压缩后分成两路。一路流向电动蝶阀r1；一路流向增湿器入口1进入增湿器，再由出口1流出，经过电动蝶阀r2从空气入口进入燃料电池，在燃料电池内部，空气中的氧气与氢气发生电化学反应，产生水和电子。此时未参与反应的空气携带着大部分反应产生的水由燃料电池的空气出口流出经过电动三通阀t1，此时可通过调节t1的开度去控制通过增湿器的空气流量。之后两路气体汇合通过电动蝶阀r3，最后与通过电动蝶阀r1的气体汇合排入大气。此过程可通过调节r1，r2的开度控制空气进堆流量和压力，通过调节t1的开度去控制进入增湿器的空气流量，从而达到控制空气进堆湿度的目的。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些改动和变型属于本实用新型要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。