[发明专利]一种燃料电池电堆的空气控制系统及其方法

说明书

本发明公开了一种燃料电池电堆的空气控制系统及其方法，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，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；压缩叶轮与回收叶轮固定连接，压缩叶轮位于压缩腔体内，回收叶轮位于回收叶轮内；压缩腔体连接燃料电池电堆的空气入口；流量传感器内设于空气吸入口，用于检测经过空气吸入口的空气流量；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；第一气水分离器和第二气水分离器均连接回收腔体。本发明通过对空气尾气进行回收利用，大大节省了燃料电池的电能量，具有节能作用。

技术领域

本发明涉及燃料电池电堆技术领域，特别涉及一种燃料电池电堆的空气控制系统及其方法。

背景技术

燃料电池是一种将贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的装置，相比煤、石油、天然气等传统能源有着巨大的优势，是解决环境污染和能源危机的有效手段，燃料电池的燃料一般是氢气、甲醇、甲烷等，空气或氧气等为氧化剂。

对应进入燃料电池电堆的空气，需要通过空压机的压缩，使得空气具备一定的流量进入燃料电池电堆。现有的技术中，都是空压机一直处于运行的状态中从而不间断地输送空气，燃料电池电堆出来的空气和水蒸气经过气水分离器的作用下直接将空气排出外界，这一部分的空气能量大大浪费掉。另外，现有技术都是使用单一的高功率气水分离器，使得气水分离器一直处于高负荷的状态，若使用的气水分离器是利用燃料电池电能量的，则会损耗许多电能量。

发明内容

本发明为解决上述技术问题之一，提供一种燃料电池电堆的空气控制系统及其方法，通过对空气尾气进行回收利用，大大节省了燃料电池的电能量，具有节能作用。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种燃料电池电堆的空气控制方法，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；所述空气控制方法包括以下步骤：

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；