[发明专利]燃料电池系统的结构及其控制方法

说明书

本发明提供一种燃料电池系统的结构及其控制方法。燃料电池系统的结构包括流量传感器，该流量传感器被配置成检测引入到燃料电池系统中的空气流；以及空气压缩机，该空气压缩机被配置成压缩引入的空气并且具有等于或大于用于维持最小驱动每分钟转数(rpm)的转数空气箔片轴承。此外，系统还包括流量调节器，该流量调节器连接到燃料电池系统。因此，因为对应于燃料电池系统所需空气量的空气量在保证耐久性和应用了空气箔片轴承的空气压缩机的磨损的耐久性的同时，通过限制或再循环过量的空气供给被供给，所以防止了包括电池堆的燃料电池系统由于过量的空气供给导致干涸现象。

技术领域

本公开涉及用于稳定地驱动应用了用于燃料电池系统的空气箔片轴承的空气压缩机的结构和方法，并且更具体地，涉及用于限制用于燃料电池系统的空气压缩机的过量空气供给的结构和方法和用于使过量供给的空气再循环的燃料电池系统的结构和方法。

背景技术

一般来说，由于空气被供给到燃料电池系统中，燃料电池系统包括空气压缩机和接触轴承诸如其中通常使用的球轴承。然而，由于轴承的摩擦导致接触轴承具有每分钟限制转数的限制，空气箔片轴承已被越来越多地用于克服压缩机的每分钟转数(rpm：revolutions per minute)的限制。同时，当使用空气箔片轴承时，由于不存在由轴承导致的每分钟转数的限制，因此可以实现高速驱动，可以减小压缩机的尺寸，并且由于空气压缩机的非接触驱动可以导致噪声被降低。

然而，当燃料电池系统所需的空气量是最小限度时，使用空气箔片轴承的涡轮式压缩机的驱动每分钟转数(rpm)减小，同时空气供应量减少。具体地，当使用空气箔片轴承的空气压缩机的驱动每分钟转数(rpm)在浮起(lift-off)每分钟转数范围内或更少时，在转子和轴承之间发生接触，这会导致轴承表面的磨损和损坏，因此空气压缩机的耐用性变差。此外，由于用于压缩机转子的轴承承载能力降低，在受到外部冲击时，由于在被旋转的定子与轴承或者壳体之间的碰撞导致零件的损坏风险增加了。

同时，当即使空气的所需量是最小限度，也将驱动每分钟转数(rpm)增加到等于或大于浮起每分钟转数(浮起每分钟转数以上)时，由于空气供应量增加以后，可能发生干涸(dry-out)现象，其中燃料电池系统所需的加湿量是不够的，并且薄膜电解质组件(MEA：membrane electrolyte assembly)等变得干燥。

发明内容

本公开旨在保持由现有技术获得的优点的完整性的同时，解决在现有技术中发生的上述问题。

本公开的一方面提供燃料电池系统的结构和方法，以及限制应用到燃料电池系统的空气压缩机的过量空气供给的结构和方法，目的在于保证包括可应用空气箔片轴承的压缩机的燃料电池系统的驱动稳定性。

根据本公开的示例性实施例，一种燃料电池系统的结构可以包括：流量传感器，被配置成检测引入到所述燃料电池系统中的空气流；空气压缩机，被配置成压缩所引入的空气并且具有空气箔片轴承以维持最小驱动每分钟转数(rpm)以上；流量调节器，连接到所述燃料电池系统。

具体得，所述流量调节器可以是连接到所述燃料电池系统并且被配置成调节排气压力和空气供给量的排气压力调节阀。当所述空气压缩机的以所述最小驱动每分钟转数以上供给的空气量超过所述燃料电池系统所需的空气量时，所述排气压力调节阀的开度可以被调节。

所述燃料电池系统的结构还可以包括：管线，被配置成被供给经所述空气压缩机压缩的空气并且使所述压缩空气的一部分再循环，其中所述流量调节器可以是旁通阀，所述旁通阀被配置成当所述空气压缩机的以所述最小驱动每分钟转数以上供给的空气量超过所述燃料电池系统所需的空气量时，使过量供给的空气再循环。当所述空气压缩机的以所述最小驱动每分钟转数供给的空气量为所述燃料电池系统所需的空气量以下时，空气再循环可以通过所述旁通阀被解除。