一种防喘振空气控制装置及车载燃料电池发动机的制作方法

1.本实用新型涉及车载燃料电池发动机技术领域，尤其涉及一种防喘振空气控制装置及车载燃料电池发动机。


背景技术：

2.空压机是车载车载燃料电池发动机中非常重要的零部件，主要为燃料电池提供所需要的空气流量和空气入堆压力。车载车载燃料电池发动机对于空气的流量、压力均具有较高的需求，需要空压机有较高的转速和较小的功率。
3.现有车载车载燃料电池发动机中，零部件较多，集成度较低，系统集成较为繁琐。需要同时控制空压机、进气节气门和旁通阀来控制空气路的入堆流量和压力，使得控制逻辑较为复杂。且，容易引起空压机喘振，甚至造成空压机的损坏。


技术实现要素：

4.本实用新型实施例旨在提供一种防喘振空气控制装置及车载燃料电池发动机，用以解决现有空气控制装置控制逻辑复杂且容易造成空压机喘振的问题。
5.一方面，本实用新型实施例提供了一种防喘振空气控制装置，包括空压机、电控三通阀和控制器；其中，
6.空压机的出口与电控三通阀的入口进行集成连接，使得电控三通阀的主路出口和旁通出口均作为空压机的出口；
7.控制器的输出端分别与空压机、电控三通阀的控制端连接，通过控制所述主路出口和旁通出口的开度，来控制主路气体和旁通路气体的通断。
8.上述技术方案的有益效果如下：将空压机和三通阀进行了集成，同时只需要使用一个控制器可实现空压机和三通阀的控制，提高了整个车载燃料电池发动机的整体集成度。通过空压机的旁通功能，能够有效避免空压机喘振，待空压机的运行状态（即空压机的入口、主路出口处空气流量和压力）接近空压机喘振线时，调整空压机的转速和旁通出口开度，能够使空压机远离喘振并提高效率。
9.基于上述装置的进一步改进，还包括空气过滤器；其中，
10.空气过滤器的出口与空压机的入口进行集成连接，使得空气过滤器的入口作为空压机的入口。
11.进一步，该装置还包括中冷器；其中，
12.空压机的主路出口经中冷器与燃料电池电堆的空气入口连接。
13.进一步，该装置还包括增湿器；其中，
14.空压机的主路出口依次经中冷器、增湿器与燃料电池电堆的空气入口连接。
15.进一步，所述控制器进一步包括依次连接的数据采集单元、数据处理与控制单元、执行单元。
16.进一步，所述数据采集单元进一步包括分别布设于空压机的入口、主路出口处的
压力传感器和流量计。
17.进一步，所述控制器在空压机的入口空气流量高于空压机喘振线流量时，控制旁通出口完全打开;在空压机的入口空气流量低于空压机喘振线流量时，主路出口开度、旁通出口的开度设定为事先标定的值。
18.进一步，所述控制器在整车关机时，将空压机的主路出口和旁通出口的开度设定为事先标定的值，使得主路气体对燃料电池电堆进行吹扫，吹扫达预设时间后，控制主路出口完全关闭，旁通出口完全打开。
19.进一步，所述执行单元进一步包括用于分别控制所述主路出口和旁通出口的开度的控制开关，以及用于控制空压机转速的控制开关。
20.与现有技术相比，上述进一步改进方案至少具有如下有益效果之一：
21.1、整车关机时，空压机在停止运行时，空压机出口自动切换至旁通路，此时主路为密封状态，可以实现燃料电池空气路密封，避免主路泄露造成空气入堆形成氢氧界面对燃料电池电堆造成损耗；
22.2、在车载燃料电池发动机关机时，通过控制三通阀的开度可以实现空压机对燃料电池电堆进行吹扫或降低尾排氢浓度；
23.3、集成的控制器可以在空压机运行状态接近喘振保护线时通过开启旁通路进行泄压的方式避免空压机发生喘振，实现保护空压机的目的；
24.4、使用较少的零部件可以增加系统的集成度。
25.另一方面，本实用新型实施例提供了一种包括上述防喘振空气控制装置的车载燃料电池发动机，还包括燃料电池电堆、氢喷设备、混排管；其中，
26.燃料电池电堆的空气入口与防喘振空气控制装置的主路出口连接，氢气入口与氢喷设备的输出端连接；燃料电池电堆的气体出口、防喘振空气控制装置的旁路出口分别与混排管的输出端连接。
27.上述技术方案具有如下有益效果：使用较少的零部件可以增加系统的集成度。控制器可以在空压机运行状态接近喘振保护线（喘振限）时通过开启旁通路进行泄压的方式避免空压机发生喘振，实现了保护空压机的目的。
28.提供实用新型内容部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。实用新型内容部分无意标识本公开的重要特征或必要特征，也无意限制本公开的范围。
附图说明
29.通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
30.图1示出了实施例1防喘振空气控制装置组成示意图；
31.图2示出了实施例2防喘振空气控制装置组成示意图。
[0032] 附图标记：
[0033]1‑ꢀ
空气过滤器；2
‑ꢀ
流量计；3
‑ꢀ
空压机电机，给空压机提供动力
[0034]4‑ꢀ
具有旁通功能的空压机；5
‑ꢀ
控制器；6
‑ꢀ
中冷器；
[0035]7‑ꢀ
旁通出口处的流量计；8
‑ꢀ
增湿器；9
‑ꢀ
燃料电池电堆；
[0036]
10
‑ꢀ
氢喷设备；11
‑ꢀ
氢气源；12
‑ꢀ
混排管。
具体实施方式
[0037]
下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
[0038]
在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。
[0039]
实施例1
[0040]
本实用新型的一个实施例，公开了一种防喘振空气控制装置，包括空压机、电控三通阀和控制器。
[0041]
空压机为车载燃料电池发动机使用的离心式空气压缩机，用于提供满足空气流量和压力需求的入堆气体。
[0042]
电控三通阀为电压或电流控制的有一个入口、两个出口（主路出口和旁通出口）的阀门。
[0043]
空压机的出口与电控三通阀的入口进行集成连接，使得电控三通阀的主路出口和旁通出口均作为空压机的出口；控制器的输出端分别与空压机、电控三通阀的控制端连接。
[0044]
控制器通过控制所述主路出口和旁通出口的开度，来控制主路气体和旁通路气体的通断，实现防止喘振。
[0045]
控制器还包括判定空压机喘振的程序，可选地，该程序参见专利201820798483.8或者专利202022204174.3。
[0046]
与现有技术相比，本实施例将空压机和三通阀进行了集成，同时只需要使用一个控制器可实现空压机和三通阀的控制，提高了整个车载燃料电池发动机的整体集成度。通过空压机的旁通功能，能够有效避免空压机喘振，待空压机的运行状态（即空压机的入口、主路出口处空气流量和压力）接近空压机喘振线时，调整空压机的转速和旁通出口开度，能够使空压机远离喘振并提高效率。
[0047]
实施例2
[0048]
在实施例1的基础上进行改进，该防喘振空气控制装置还包括空气过滤器。空气过滤器的出口与空压机的入口进行集成连接，使得空气过滤器的入口作为空压机的入口，如图2所示。
[0049]
优选地，该防喘振空气控制装置还包括中冷器。其中，空压机的主路出口经中冷器与燃料电池电堆的空气入口连接。
[0050]
优选地，该防喘振空气控制装置还包括增湿器；其中，空压机的主路出口依次经中冷器、增湿器与燃料电池电堆的空气入口连接。
[0051]
优选地，所述控制器进一步包括依次连接的数据采集单元、数据处理与控制单元、执行单元。
[0052]
数据采集单元，布设于空压机的入口、主路出口处，用于实时监测布设位置处的空气流量和压力，发送至数据处理与控制单元。
[0053]
优选地，所述数据采集单元进一步包括分别布设于空压机的入口、主路出口处的压力传感器和流量计。
[0054]
数据处理与控制单元，用于判断空压机是否可能发生喘振（参见专利201820798483.8或者专利202022204174.3），如果可能发生喘振，通过执行单元控制空压机使其远离喘振并提高效率。
[0055]
执行单元，用于根据数据处理与控制单元的控制，调整空压机的转速和主路出口、旁通出口的开度（开启程度）。
[0056]
优选地，所述执行单元进一步包括用于分别控制所述主路出口和旁通出口的开度的控制开关，以及用于控制空压机转速的控制开关。
[0057]
优选地，所述控制器在空压机的入口空气流量高于空压机喘振线（参见专利201820798483.8或者专利202022204174.3）流量时，控制旁通出口完全打开;在空压机的入口空气流量低于空压机喘振线流量时，主路出口开度、旁通出口的开度设定为事先标定的值。
[0058]
优选地，所述控制器在整车关机时，将空压机的主路出口和旁通出口的开度设定为事先标定的值，使得主路气体对燃料电池电堆进行吹扫，吹扫达预设时间后，控制主路出口完全关闭，旁通出口完全打开。使得主路达到密封。
[0059]
与实施例1相比，本实施例提供的防喘振空气控制装置具有如下有益效果：
[0060]
1、整车关机时，空压机在停止运行时，空压机出口自动切换至旁通路，此时主路为密封状态，可以实现燃料电池空气路密封，避免主路泄露造成空气入堆形成氢氧界面对燃料电池电堆造成损耗；
[0061]
2、在车载燃料电池发动机关机时，通过控制三通阀的开度可以实现空压机对燃料电池电堆进行吹扫或降低尾排氢浓度；
[0062]
3、集成的控制器可以在空压机运行状态接近喘振保护线时通过开启旁通路进行泄压的方式避免空压机发生喘振，实现保护空压机的目的；
[0063]
4、使用较少的零部件可以增加系统的集成度。
[0064]
实施例3
[0065]
本实用新型的另一个实施例，公开了一种车载燃料电池发动机，除了包括实施例1或2所述防喘振空气控制装置，还包括燃料电池电堆、氢喷设备、混排管。
[0066]
其中，燃料电池电堆的空气入口与防喘振空气控制装置的主路出口连接，氢气入口与氢喷设备的输出端连接；燃料电池电堆的气体出口、防喘振空气控制装置的旁路出口分别与混排管的输出端连接。
[0067]
燃料电池电堆，作为车载燃料电池发动机的最核心部件，用于提供电能。
[0068]
混排管，作为气体混合排放管道。
[0069]
与现有技术相比，本实施例提供的车载燃料电池发动机使用较少的零部件可以增加系统的集成度。控制器可以在空压机运行状态接近喘振保护线（喘振限）时通过开启旁通
路进行泄压的方式避免空压机发生喘振，实现了保护空压机的目的。
[0070]
本实用新型不涉及任何软件方面的改进，仅需要将各个具有相应功能的装置通过本实用新型实施例所给出的连接关系进行连接即可。而至于各个相应功能的硬件装置之间的连接方式，均是本领域技术人员可以采用现有技术实现的，在此不做详细说明。
[0071]
以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对现有技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。