[发明专利]一种燃料电池电堆的空气控制系统及其方法

权利要求书

1.一种燃料电池电堆的空气控制方法，其运行于空气控制系统中，所述空气控制系统包括燃料电池电堆、空压机、流量传感器、第一气水分离器、第二气水分离器和截止阀，燃料电池电堆连接空压机、第一气水分离器和截止阀，第一气水分离器连接空压机，第二气水分离器连接空压机和截止阀；其特征在于，所述空气控制方法包括以下步骤：

步骤S1、当燃料电池电堆运行低于一定功率时，关闭截止阀和开启第一气水分离器，且流量传感器实时检测空压机的空气吸入口处的空气流量；

若空气吸入口处的空气流量小于第一目标流量时，开启空压机，空压机转动压缩叶轮来压缩空压机的压缩腔体内的空气，并将压缩的空气通过第一空气输出口输入至燃料电池电堆的空气入口，其中压缩腔体内的空气从空气吸入口流进来；空气进入燃料电池电堆内部进行电化学反应后，未反应的空气夹带水蒸气从燃料电池电堆的空气出口进入第一气水分离器；第一气水分离器分离空气和水蒸气，水蒸气形成液态水后从第一气水分离器的第一排水口排出液态水，空气从第一气水分离器的第一排气口输入至空压机的回收腔体；空气推动回收叶轮旋转，使得回收叶轮带动压缩叶轮旋转，最后空气从回收腔体的空气排气口排出；

若空气吸入口处的空气流量大于或等于第一目标流量时，关闭空压机；回收叶轮带动压缩叶轮旋转，使得压缩叶轮压缩空压机的压缩腔体内的空气，并将压缩的空气通过第一空气输出口输入至燃料电池电堆的空气入口；空气进入燃料电池电堆内部进行电化学反应后，未反应的空气夹带水蒸气从燃料电池电堆的空气出口进入第一气水分离器；第一气水分离器分离空气和水蒸气，水蒸气形成液态水后从第一气水分离器的第一排水口排出液态水，空气从第一气水分离器的第一排气口输入至空压机的回收腔体；空气推动回收叶轮旋转，使得回收叶轮带动压缩叶轮旋转，最后空气从回收腔体的空气排气口排出；

步骤S2、当燃料电池电堆运行大于或等于一定功率时，开启截止阀、第一气水分离器和第二气水分离器，且流量传感器实时检测空压机的空气吸入口处的流量；

若空气吸入口处的空气流量小于第二目标流量时，开启空压机，空压机转动压缩叶轮来压缩空压机的压缩腔体内的空气，并将压缩的空气通过第一空气输出口输入至燃料电池电堆的空气入口；空气进入燃料电池电堆内部进行电化学反应后，未反应的空气夹带水蒸气从燃料电池电堆的空气出口进入第一气水分离器和第二气水分离器；第一气水分离器分离空气和水蒸气，水蒸气形成液态水后从第一气水分离器的第一排水口排出液态水，空气从第一气水分离器的第一排气口输入至空压机的回收腔体；第二气水分离器分离空气和水蒸气，水蒸气形成液态水后从第二气水分离器的第二排水口排出液态水，空气从第二气水分离器的第二排气口输入至空压机的回收腔体；空气推动回收叶轮旋转，使得回收叶轮带动压缩叶轮旋转，最后空气从回收腔体的空气排气口排出；

若空气吸入口处的空气流量大于或等于第二目标流量时，关闭空压机；回收叶轮带动压缩叶轮旋转，使得压缩叶轮压缩空压机的压缩腔体内的空气，并将压缩的空气通过第一空气输出口输入至燃料电池电堆的空气入口；空气进入燃料电池电堆内部进行电化学反应后，未反应的空气夹带水蒸气从燃料电池电堆的空气出口进入第一气水分离器和第二气水分离器；第一气水分离器分离空气和水蒸气，水蒸气形成液态水后从第一气水分离器的第一排水口排出液态水，空气从第一气水分离器的第一排气口输入至空压机的回收腔体；第二气水分离器分离空气和水蒸气，水蒸气形成液态水后从第二气水分离器的第二排水口排出液态水，空气从第二气水分离器的第二排气口输入至空压机的回收腔体；空气推动回收叶轮旋转，使得回收叶轮带动压缩叶轮旋转，最后空气从回收腔体的空气排气口排出。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆的空气控制方法，其特征在于，所述步骤S1中的一定功率设为45kW。

3.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆的空气控制方法，其特征在于，所述第一目标流量小于第二目标流量。

4.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆的空气控制方法，其特征在于，所述第一气水分离器的功率小于第二气水分离器的功率。

5.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆的空气控制方法，其特征在于，所述空气控制系统包括燃料电池电堆、空压机、流量传感器、第一气水分离器、第二气水分离器和截止阀，所述燃料电池电堆包括空气入口和空气出口，所述空压机包括压缩叶轮、压缩腔体、回收叶轮、回收腔体、空气排气口和空气吸入口，所述第一气水分离器包括第一排水口和第一排气口，所述第二气水分离器包括第二排水口和第二排气口；

所述压缩叶轮与回收叶轮固定连接，压缩叶轮位于压缩腔体内，回收叶轮位于回收腔体内；

所述压缩腔体连接燃料电池电堆的空气入口；燃料电池电堆的空气出口连接截止阀和第一气水分离器；截止阀连接第二气水分离器；第一气水分离器的第一排气口和第二气水分离器的第二排气口均连接空压机的回收腔体；

空压机的压缩叶轮用于压缩所述压缩腔体内的空气，并将压缩的空气输入燃料电池电堆内，其中压缩腔体内的空气从空气吸入口流进来；

所述流量传感器内设于空气吸入口，流量传感器用于检测经过空气吸入口的空气流量；

截止阀用于控制空气和水蒸气进出第二气水分离器；

第一气水分离器用于分离空气和水蒸气；

第二气水分离器用于分离空气和水蒸气；

回收叶轮用于带动压缩叶轮旋转。