一种车用质子交换膜燃料电池空气供应系统及工作方法技术方案

本发明专利技术公开了一种车用质子交换膜燃料电池空气供应系统及工作方法，其中该系统包括：空气滤清器、空气流量计、空压机、储氧气罐、三通比例阀、中冷器、散热器、冷却风扇、水泵、增湿器、混合器、循环泵、燃料电池堆、排水阀、水汽分离器和三通阀，该工作方法包括：燃料电池低温预启动、正常行驶工况下燃料电池空气供应系统以及高海拔低氧工况下燃料电池空气供应系统的工作方法。本发明专利技术提供的一种车用质子交换膜燃料电池空气供应系统及工作方法，使燃料电池汽车既能在正常行驶工况下又能在高海拔低氧工况下行驶并保证燃料电池高效且稳定的运行，实现了燃料电池堆的快速暖机，提高了燃料电池的寿命和系统运行的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种车用质子交换膜燃料电池空气供应系统及工作方法
本专利技术涉及燃料电池
，尤其涉及一种车用质子交换膜燃料电池空气供应系统及工作方法。
技术介绍
随着国家对环境污染的重视程度的提高以及绿色发展的目标，被称为“终极环保发动机”的质子交换膜燃料电池作为清洁、无污染、高效的发电装置，已应用于燃料汽车，并进行了示范推广。对于车用燃料系统来说，空气供应系统对其是不可缺少的辅助系统。现有的燃料电池空气供应系统都不能很好地在高海拔低氧工况下工作，如何创新地提出一种车用质子交换膜燃料电池空气供应系统，使燃料电池汽车既能在正常行驶工况下又能在高海拔低氧工况下行驶并保证燃料电池高效且稳定的运行，是本领域中亟待解决的问题。专利技术专利CN201811554594.5提出了一种燃料电池空气供应系统及空气供应方法，该专利存在的不足是，只提供了低温环境下，燃料电池的快速暖机启动的方法，无法在高海拔低氧快速暖机启动，未能提供特殊工况下的燃料电池空气供应方法；专利技术专利CN201910690153.6提出了一种燃料电池发动机用空气供给系统及方法，只提供了一种可能量回收，提高能量利用效率的空气供给系统及方法，亦未能提供高海拔低氧工况下的燃料电池空气供应方法。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提出一种车用质子交换膜燃料电池空气供应系统及工作方法，旨在通过利用三通阀阀门的切换和储氧气罐储存高压氧气的手段对燃料电池空气供应系统中供应的气体进行切换，使燃料电池汽车既能在正常行驶工况下又能在高海拔低氧工况下行驶并保证燃料电池高效且稳定的运行，使燃料电池可以快速暖机，减短其启动的时间。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种车用质子交换膜燃料电池空气供应系统，所述车用质子交换膜燃料电池空气供应系统包括空气滤清器、空气流量计、空压机、储氧气罐、三通比例阀、中冷器、散热器、冷却风扇、水泵、增湿器、混合器、循环泵、燃料电池堆、排水阀、水汽分离器和三通阀。所述三通比例阀包括第一阀门、第二阀门和第三阀门，所述中冷器包括第一入口、第一出口、第二入口和第二出口，所述燃料电池堆包括阴极入口、阴极出口、阳极入口和阳极出口，所述三通阀包括第一阀门、第二阀门以及第三阀门。具体地，所述车用质子交换膜燃料电池空气供应系统中，所述空气流量计通过送风管道一端与空气滤清器连接，另一端与空压机进风口相连，所述空压机出风口通过送风管道和三通比例阀的第一阀门连接，所述储氧气罐通过氧气管道与三通比例阀的第三阀门相连接，所述三通比例阀的第二阀门通过送风管道与中冷器的第二入口相连接，所述中冷器的第一入口通过冷却液管道与水泵的一端相连接，所述散热器的一端通过冷却液管道与水泵的另一端相连接，散热器的另一端通过冷却液管道与中冷器的第一出口相连接，所述冷却风扇装配于散热器后方，所述中冷器的第二出口通过送风管道与增湿器一端相连接，所述增湿器的另一端通过管道与混合器相连接，所述混合器又通过管道与燃料电池堆的阴极入口相连接，所述燃料电池堆的阴极出口通过管道与三通阀的第一阀门相连接，所述三通阀的第三阀门通过排风管道与增湿器相连接，所述三通阀的第二阀门通过管道与水汽分离器相连接，所述水汽分离器排水端通过管道与排水阀相连接，水汽分离器排气端通过排风管道与循环泵进气口相连接，所述循环泵的排气口通过排风管道与混合器相连接。优选地，所述空压机为燃料电池用两级增压式超高速电动空压机，可充分提高进入燃料电池堆的环境空气的流量和压力，进而提高燃料电池堆的效率和寿命。优选地，所述储氧气罐是能够承受一定压力且密封性好的容器设备，储氧气罐装有高氧气浓度的气体，装配于距离燃料电池堆较远的位置，满足其不得靠近热源的使用规范。本专利技术提供了一种车用质子交换膜燃料电池空气供应系统的工作方法，包括燃料电池低温预启动、正常行驶工况下燃料电池空气供应系统以及高海拔低氧工况下燃料电池空气供应系统的工作方法。所述燃料电池低温预启动工作方法，其工作实现在于，当整车控制器检测到燃料电池处于低温的环境下，其控制冷却风扇不工作，控制空压机全功率运行，使环境空气经过空压机增压升温而不通过中冷器冷却后进入燃料电池堆，给燃料电池堆升温加热，所述燃料电池低温预启动工作方法起到了辅助加热的作用，实现了燃料电池堆的快速暖机，提高了燃料电池的寿命和系统运行的稳定性。所述正常行驶工况下燃料电池空气供应系统的工作方法，其工作实现在于，当燃料电池汽车行驶在正常工况下，整车控制器控制三通比例阀的第一阀门和第二阀门导通，其第三阀门关闭，整车控制器控制三通阀的第一阀门和第三阀门导通，其第二阀门关闭，环境空气依次通过空气滤清器、空气流量计、空压机、三通比例阀、中冷器、增湿器和混合器过滤清洁、增压、冷却和增湿后流进燃料电池堆的阴极入口，未反应的环境空气和反应产物水从燃料电池堆阴极出口流经三通阀和增湿器后增湿排出。所述高海拔低氧工况下燃料电池空气供应系统的工作方法，其工作实现在于，当汽车行驶在高海拔低氧工况下，整车控制器控制三通比例阀的第三阀门和第二阀门导通，其第一阀门关闭，整车控制器控制三通阀的第一阀门和第二阀门导通，其第三阀门关闭，整车控制器控制空压机不工作，储氧气罐里的高压氧气依次通过三通比例阀、中冷器、增湿器和混合器冷却和增湿后流进燃料电池堆的阴极入口，未反应的高压氧气反应产物水从燃料电池堆阴极出口通过三通阀流进水汽分离器，分离后的水通过排水阀排出，分离后的高压氧气通过循环泵流入混合器，在与从增湿器流来的高压氧气混合后流进燃料电池堆的阴极入口，保证了储氧气罐里的高压氧气的充分利用。可以根据整车控制器控制三通比例阀和三通阀的不同阀门之间的导通和关闭以及空压机的启停进而控制正常行驶工况下燃料电池空气供应系统的工作方法和高海拔低氧工况下燃料电池空气供应系统的工作方法的切换。当监控系统检测到环境中氧气含量低于燃料电池堆反应空气含氧量阈值时，整车控制器控制燃料电池汽车由正常行驶工况下燃料电池空气供应系统的工作方法转变成高海拔低氧工况下燃料电池空气供应系统的工作方法。可以通过监控环境空气中氧气的稀薄程度，整车控制器根据燃料电池堆的工作状态智能地调节三通比例阀的第一阀门和第三阀门的开度，节约储氧气罐的高压氧气用量。本专利技术与现有技术相比，有益成果在于：1)该空气供给系统能使燃料电池汽车既能在正常行驶工况下又能在高海拔低氧工况下行驶并保证燃料电池高效且稳定的运行。2)该空气供给系统实现了燃料电池堆的快速暖机，提高了燃料电池的寿命和系统运行的稳定性。附图说明图1为本专利技术一种车用质子交换膜燃料电池空气供应系统及工作方法的结构示意图。图中：1-空气滤清器、2-空气流量计、3-空压机、4-储氧气罐、5-三通比例阀、6-中冷器、7-散热器、8-冷却风扇、9-增湿器、10-混合器、11-循环泵、12-燃料电池堆、13-排水阀、14-水汽分离器、15-三通阀、16-水泵、51-三通比例阀第一阀门、52-三通比例阀第二阀门、53-三通比例阀第三阀门、61-第一入口、6本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种车用质子交换膜燃料电池空气供应系统，其特征在于，包括：空气滤清器、空气流量计、空压机、储氧气罐、三通比例阀、中冷器、散热器、冷却风扇、水泵、增湿器、混合器、循环泵、燃料电池堆、排水阀、水汽分离器和三通阀。/n

【技术特征摘要】
1.一种车用质子交换膜燃料电池空气供应系统，其特征在于，包括：空气滤清器、空气流量计、空压机、储氧气罐、三通比例阀、中冷器、散热器、冷却风扇、水泵、增湿器、混合器、循环泵、燃料电池堆、排水阀、水汽分离器和三通阀。


2.根据权利要求1所述的车用质子交换膜燃料电池空气供应系统，其特征在于，所述三通比例阀包括第一阀门、第二阀门和第三阀门，所述中冷器包括第一入口、第一出口、第二入口和第二出口，所述燃料电池堆包括阴极入口、阴极出口、阳极入口和阳极出口，所述三通阀包括第一阀门、第二阀门以及第三阀门。


3.根据权利要求1所述的车用质子交换膜燃料电池空气供应系统，其特征在于，所述车用质子交换膜燃料电池空气供应系统中，所述空气流量计通过送风管道一端与空气滤清器连接，另一端与空压机进风口相连，所述空压机出风口通过送风管道和三通比例阀的第一阀门连接，所述储氧气罐通过氧气管道与三通比例阀的第三阀门相连接，所述三通比例阀的第二阀门通过送风管道与中冷器的第二入口相连接，所述中冷器的第一入口通过冷却液管道与水泵的一端相连接，所述散热器的一端通过冷却液管道与水泵的另一端相连接，散热器的另一端通过冷却液管道与中冷器的第一出口相连接，所述冷却风扇装配于散热器后方，所述中冷器的第二出口通过送风管道与增湿器一端相连接，所述增湿器的另一端通过管道与混合器相连接，所述混合器又通过管道与燃料电池堆的阴极入口相连接，所述燃料电池堆的阴极出口通过管道与三通阀的第一阀门相连接，所述三通阀的第三阀门通过排风管道与增湿器相连接，所述三通阀的第二阀门通过管道与水汽分离器相连接，所述水汽分离器排水端通过管道与排水阀相连接，水汽分离器排气端通过排风管道与循环泵进气口相连接，所述循环泵的排气口通过排风管道与混合器相连接。


4.一种车用质子交换膜燃料电池空气供应系统的工作方法，其特征在于，包括燃料电池低温预启动工作方法、正常行驶工况下燃料电池空气供应系统工作方法以及高海拔低氧工况下燃料电池空气供应系统的工作方法。


5.根据权利要求4所述的车用质子交换膜燃料电池空气供应系统的工作方法，其特征在于，所述燃料电池...

【专利技术属性】
技术研发人员：衣丰艳，鲁大钢，申阳，周稼铭，王金波，王兴茂，苏晴晴，
申请(专利权)人：山东交通学院，
类型：发明
国别省市：山东;37