一种燃料电池空气供应系统及方法与流程

本发明涉及燃料电池，具体为一种燃料电池空气供应系统及方法。

背景技术：

1、空压机作为燃料电池空气系统中的核心零部件，能够为电堆提供其所需的特定流量和压力下的空气。大部分燃料电池系统的电堆对于空气压力的最大需求均在200kpa以上，单级压缩式的离心空压机难以满足，因此，目前主流的空压机技术是采用两级压缩的形式，低压级与高压级通过一个级间管道进行连接。空压机所消耗的电源功率约占系统功率的15%~20%，例如，对于一个120kw的燃料电池系统，空压机在额定工况点的电功耗会在20kw左右。如果能在不影响入堆流量和压力的情况下，降低空压机的功耗，那么系统的净输出功率将会得到有效提升。从热力学的角度而言，降低功耗主要有提高压气机的气动效率和降低气体的压缩功这两种形式。针对气动效率的话，目前大部分空压机厂家气动效率最高能做到80%左右，但基于离心压气机本身的工作特点，想把气动效率再往上做进一步的提升是非常困难的。因此，如何降低气体的压缩功是一个值得研究且更容易实现的技术方向。

技术实现思路

1、本发明主要是提供一种燃料电池空气供应系统及方法，用以降低空压机的功耗，提高燃料电池的整体效率。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

3、第一方面，一种燃料电池空气供应系统，包括，

4、空气过滤器、空气流量计；

5、空压机低压级,所述空压机低压级进气口与所述空气流量计连接;

6、中冷器,所述中冷器的进气口与所述空压机低压级的出气口连接；

7、空压机高压级，所述空压机高压级的进气口与所述中冷器的出气口连接；所述空压机高压级的出气口与所述中冷器连接；

8、所述中冷器后面依次连接增湿器、电堆。

9、进一步的，空气过滤器、空气流量计，所述空气流量计的进气口与所述空气过滤器的出气口相连；

10、进一步的，所述空压机低压级和空压机高压级之间设有电机；

11、进一步的，所述中冷器设有两条管路，所述中冷器包括两个进气口和两个出气口，所述两个进气口为第一进气口、第二进气口；所述两个出气口为第一出气口和第二出气口；

12、第一管道为：所述第一进气口连接空压机低压级的出气口，所述第二进气口连接空压机高压级的出气口；

13、第二管道为：所述第一出气口连接空压机高压级的进气口，所述第二出气口连接所述增湿器；

14、所述中冷器设有一个冷却液进口和冷却液出口。

15、进一步的，所述中冷器设有冷却液进口和冷却液出口，所述冷却液进口和所述冷却液出口分别位于所述中冷器两侧；

16、进一步的，通过所述增湿器连接电堆。

17、进一步的，背压阀，所述背压阀连接所述增湿器的出气口。

18、进一步的，气体压缩过程的技术功定义为：wt=-∫v·dp

19、其中，wt代表空压机在压缩气体过程中所消耗的技术功；

20、v代表气体的体积；

21、dp代表气体压缩后与压缩前的压差。

22、第二方面，一种燃料电池空气供应方法，采用权利要求1-8任一项所述的一种燃料电池空气供应系统，所述方法包括如下步骤：

23、开启燃料电池空气供应系统，启动空压机的电机，所述电机带动空压机低压级和空压机高压级的叶轮进行高速旋转；

24、空气过滤器的进口吸入空气，并对空气进行过滤，空气流量计测量进入空压机的气体质量流量；

25、进入空压机低压级和空压机高压级的气体，从空压机低压级的出口和空压机高压级的出口进入中冷器进行降温；

26、进入增湿器提高湿度，达到电堆对于空气压力、温度以及湿度的要求；

27、调节背压阀的阀门开度大小来控制整个空气供应系统中的空气流量。

28、进一步的，在空气供应系统中设有两条管路，所述中冷器包括两个进气口和两个出气口，所述两个进气口为第一进气口、第二进气口；所述两个出气口为第一出气口和第二出气口；

29、第一管道为：所述第一进气口连接空压机低压级的出气口，所述第二进气口连接空压机高压级的出气口；

30、第二管道为：所述第一出气口连接空压机高压级的进气口，所述第二出气口连接所述增湿器；

31、所述中冷器设有一个冷却液进口和冷却液出口。

32、有益效果：一种燃料电池空气供应系统及方法，通过在燃料电池空气供应系统中增加两条管路以及在中冷器内部再增加一道冷却腔，空压机上的低压级与高压级之间的级间管道也随之去掉了，空压机的成本能够得到降低，重要的是降低空压机的功耗以提升燃料电池系统的净输出功率。

技术特征：

1.一种燃料电池空气供应系统，其特征在于，包括，

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池空气供应系统，其特征在于，包括，

3.根据权利要求1所述的一种燃料电池空气供应系统，其特征在于，包括，

4.根据权利要求1所述的一种燃料电池空气供应系统，其特征在于，包括，

5.根据权利要求4所述的一种燃料电池空气供应系统，其特征在于，包括，

6.根据权利要求4所述的一种燃料电池空气供应系统，其特征在于，包括，

7.根据权利要求6所述的一种燃料电池空气供应系统，其特征在于，还包括，

8.根据权利要求1所述的一种燃料电池空气供应系统，其特征在于，包括，

9.一种燃料电池空气供应方法，采用权利要求1-8任一项所述的一种燃料电池空气供应系统，其特征在于，包括，

10.根据权利要求9所述的一种燃料电池空气供应方法，其特征在于，包括，

技术总结
本发明涉及燃料电池技术领域，具体为一种燃料电池空气供应系统及方法，包括空气过滤器、空气流量计；空压机低压级,所述空压机低压级进气口与所述空气流量计连接;中冷器,所述中冷器的进气口与所述空压机低压级的出气口连接；空压机高压级，所述空压机高压级的进气口与所述中冷器的出气口连接；所述空压机高压级的出气口与所述中冷器连接；所述中冷器后面依次连接增湿器、电堆。通过在燃料电池空气供应系统中增加两条管路以及在中冷器内部再增加一道冷却腔，空压机上的低压级与高压级之间的级间管道也随之去掉了，空压机的成本能够得到降低，同时能有效降低空压机的功耗以提升燃料电池系统的净输出功率。

技术研发人员：胡智,田大洋,黄潜
受保护的技术使用者：北京重理能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12