[发明专利]空气子系统、氢燃料电池及氢燃料电池中框体吹扫方法

说明书

本发明公开了一种空气子系统、氢燃料电池及氢燃料电池框体吹扫方法，氢燃料电池包括框体及电堆，电堆设于框体内，框体上具有第一进气口和第一排气口，电堆的阴极对应有第二排气口，空气子系统包括框体取气回路和框体排气回路，框体取气回路的一端连通于第二排气口，另一端连通于第一进气口，框体取气回路用于对框体通入吹扫气体；框体排气回路连通于第一排气口，用于排放框体内的气体。将吹扫框体的气体来源设置成电堆阴极的尾气，可降低空压机的功耗，从而提高空压机的功耗的利用率，进而提高整个空气子系统的经济性；还使得吹扫到框体内的气体的惰性气体含量较高，使得框体发生爆炸的危险性的概率降低，进而提高了框体吹扫的安全性能。

技术领域

本发明涉及氢燃料电池技术领域，特别涉及一种空气子系统、氢燃料电池及氢燃料电池中框体吹扫方法。

背景技术

氢燃料电池是将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置。其基本原理是：将氢气送到燃料电池的阳极板（负极），经过催化剂（铂）的作用，氢原子中的一个电子被分离出来，失去电子的氢离子（质子）穿过质子交换膜，到达燃料电池阴极板（正极），而电子是不能通过质子交换膜的，这个电子，只能经外部电路，到达燃料电池阴极板，从而在外电路中产生电流。质子到达阴极板后，与氧原子和氢离子重新结合为水。由于供应给阴极板的氧，可以从空气中获得，因此只要不断地给阳极板供应氢，给阴极板供应空气，并及时把水（蒸气）带走，就可以不断地提供电能。燃料电池发出的电，经逆变器、控制器等装置，给电动机供电，再经传动系统、驱动桥等带动车轮转动，就可使车辆在路上行驶。与传统汽车相比，燃料电池车能量转化效率高达60~80%，为内燃机的2～3倍。燃料电池的燃料是氢和氧，生成物是清洁的水，它本身工作不产生一氧化碳和二氧化碳，也没有硫和微粒排出。因此，氢燃料电池汽车是真正意义上的零排放、零污染的车，氢燃料是完美的汽车能源。

车载燃料电池系统一般由空气子系统、氢气子系统、热管理系统和控制系统组成。空气进排气系统为电堆提供合适流量、温度、压力和湿度的洁净空气。常规的空气进排气系统的原理如图一所示，主要包含空气过滤器、空压机、中冷器、增湿器和节气门等几个核心部件。空气过滤器除了过滤物理颗粒物外，对一氧化氮和硫化物等有毒气体也有一定的过滤作用；空压机负责对空气进行加压，并根据电堆的需求与节气门协调工作，保证进出电堆的空气流量和压力在合适的范围；经过空压机之后，空气温度会增加到100 ℃以上，超过电堆的适用温度，需要通过中冷器对压缩空气进行降温；增湿器，通过电堆阴极出口的高温高湿度的尾气与空压机出口的空气进行湿热交换，满足电堆对空气的湿度要求。

在氢燃料电池的实际发电过程中，由于氢气的密度较低，而电堆处于密封状态，氢气会存在逃逸现象。特别是在对电堆进行密封的框体中往往会存在逃逸的氢气，若氢气含量太高则会存在安全隐患。为了降低框体内氢气的含量，通常会在框体内供应空气以对框体进行吹扫。如图1所示，现有技术中对框体进行吹扫的空气来自中冷器的排气端。这样就导致，空压机既要对电堆供气又要对框体供气，进而增大了空压机的功耗，经济性较低。

发明内容

本发明为了克服现有技术中燃料电池中的框体吹扫单元增大了空压机的功耗导致经济性较差的缺陷，提出了一种空气子系统、氢燃料电池及氢燃料电池中框体吹扫方法。

一种空气子系统，用于氢燃料电池，所述氢燃料电池包括框体及电堆，所述电堆设于所述框体内，所述框体上具有第一进气口和第一排气口，所述电堆的阴极对应有第二排气口，所述空气子系统包括：

框体取气回路，一端连通于所述第二排气口，另一端连通于所述第一进气口，所述框体取气回路用于对所述框体通入吹扫气体；

框体排气回路，连通于所述第一排气口，用于排放所述框体内的气体。

在一些实施例中，所述框体取气回路包括依次连通的第一入口、第一管路及第一出口，所述第一入口连通于所述第二排气口，所述第一出口连通于所述第一进气口，以使自所述电堆的阴极中排出的气体进入至所述框体内。