燃料电池空气系统的制作方法

本技术涉及燃料电池，尤其涉及一种燃料电池空气系统。

背景技术：

1、燃料电池在高海拔地区或高空运行时，由于空气绝对压力以及氧气浓度(空气中氧气所占百分比)的降低，极易造成燃料电池堆阴极的氧分压过低，进而导致燃料电池因欠气而出现性能降低，甚至出现燃料电池单片电压过低而导致反极，造成燃料电池损坏。

2、现有技术中，燃料电池在高海拔地区或高空运行时，通常通过提高空压机转速的方式缓解燃料电池堆性能的降低。然而由于空气绝对压力以及氧气浓度均随着海拔的升高而降低，导致燃料电池在高海拔运行时，提高空压机转速无法使阴极空气压力与过量空气系数与燃料电池在平原地区运行时阴极空气压力和过量空气系数均保持相同，具体地，提高空压机转速使燃料电池堆阴极空气压力与平原地区燃料电池堆阴极空气压力相等时，会出现过量空气系数偏低，而使燃料电池堆过量空气系数与平原地区燃料电池堆过量空气系数相等时，则会出现空气压力偏高，导致需要在燃料电池堆阴极空气压力与过量空气系数中做出取舍，进而导致燃料电池堆性能无法达到平原地区的水平。此外，受限于空压机的压比，在高海拔过高时，难以继续通过提高空压机转速将燃料电池堆的性能维持在最优范围。

3、因此，亟需一种燃料电池空气系统，以解决上述问题。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种燃料电池空气系统，提高燃料电池堆在高海拔地区和高空运行时的性能及使用寿命。

2、为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

3、燃料电池空气系统，包括：

4、进气组件，其进气口与大气连通；

5、混合器，所述进气组件的出气口与所述混合器连通；

6、氧气补偿系统，其包括制氧装置和第一比例阀，所述制氧装置的出气口与所述混合器连通，用于向所述混合器补充供氧，所述第一比例阀设置于所述制氧装置与所述混合器的连通管路上；

7、空压机，其进气口与所述混合器连通，出气口与燃料电池堆的空气进气口连通；

8、增压器，其设置于所述混合器与所述空压机的连通管路上；

9、进气支路，其一端连通至所述混合器与所述增压器的连通管路上，另一端连通至所述增压器与所述空压机的连通管路上；

10、第二比例阀，其设置于所述进气支路上。

11、作为优选，所述进气组件包括：

12、过滤器，其进气口与大气连通；

13、单向阀，所述过滤器的出气口与所述单向阀的进气口连通，所述单向阀的出气口与所述混合器连通。

14、作为优选，还包括第一氧气浓度传感器，所述第一氧气浓度传感器设置于所述过滤器与所述单向阀的连通管路上。

15、作为优选，还包括第二氧气浓度传感器，所述第二氧气浓度传感器设置于所述增压器与所述空压机的连通管路上。

16、作为优选，还包括：

17、第一压力传感器，其设置于所述过滤器与所述单向阀的连通管路上；

18、第二压力传感器，其设置于所述增压器与所述空压机的连通管路上。

19、作为优选，所述氧气补偿系统还包括缓冲罐，所述缓冲罐设置于所述氧气补偿系统的出气口与所述第一比例阀的连通管路上。

20、作为优选，还包括加湿器，所述空压机的出气口经所述加湿器的加湿端与所述燃料电池堆的空气进气口连通，所述燃料电池堆的空气出气口经所述加湿器的干燥端可选择地与大气连通。

21、作为优选，还包括中冷器，所述中冷器设置于所述空压机与所述加湿器的连通管路上。

22、作为优选，还包括第三比例阀，所述第三比例阀设置于所述空压机与所述中冷器的连通管路上。

23、作为优选，还包括第三压力传感器，所述第三压力传感器设置于所述中冷器与所述加湿器的连通管路上。

24、本实用新型的有益效果：

25、本实用新型提供一种燃料电池空气系统，燃料电池堆在高海拔地区或高空运行时，通过氧气补偿系统的制氧装置制成氧气，制成的氧气经第一比例阀进入混合器，与经进气组件进入混合器的空气混合，以提高混合器中的空气的氧气浓度，同时通过增压器对混合后的空气进行增压，以提高空压机进气口的空气压力，使空压机进气口处的空气压力和氧气浓度均与平原地区燃料电池堆的空压机前的空气压力和氧气浓度接近甚至相同，进而使燃料电池堆阴极的空气压力及过量空气系数均满足设计要求，以提高燃料电池堆性能和使用寿命。相比现有技术中通过提高空压机的转速以改善燃料电池堆在高海拔地区及高空运行时的性能，本实施例中以增压器配合氧气补偿系统实现对燃料电池堆阴极的空气压力及氧气浓度的补偿，对燃料电池堆的性能改善效果更好，并且不受空压机的压比限制，以一个小增压比的增压器即可满足对空压机进气压力的提升需要，使燃料电池堆能够更好地适应更高的海拔环境。

技术特征：

1.燃料电池空气系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的燃料电池空气系统，其特征在于，所述进气组件(11)包括：

3.根据权利要求2所述的燃料电池空气系统，其特征在于，还包括第一氧气浓度传感器(18)，所述第一氧气浓度传感器(18)设置于所述过滤器(111)与所述单向阀(112)的连通管路上。

4.根据权利要求3所述的燃料电池空气系统，其特征在于，还包括第二氧气浓度传感器(19)，所述第二氧气浓度传感器(19)设置于所述增压器(15)与所述空压机(14)的连通管路上。

5.根据权利要求2-4任一项所述的燃料电池空气系统，其特征在于，还包括：

6.根据权利要求1所述的燃料电池空气系统，其特征在于，所述氧气补偿系统(13)还包括缓冲罐(133)，所述缓冲罐(133)设置于所述氧气补偿系统(13)的出气口与所述第一比例阀(132)的连通管路上。

7.根据权利要求1所述的燃料电池空气系统，其特征在于，还包括加湿器(22)，所述空压机(14)的出气口经所述加湿器(22)的加湿端与所述燃料电池堆(100)的空气进气口连通，所述燃料电池堆(100)的空气出气口经所述加湿器(22)的干燥端可选择地与大气连通。

8.根据权利要求7所述的燃料电池空气系统，其特征在于，还包括中冷器(23)，所述中冷器(23)设置于所述空压机(14)与所述加湿器(22)的连通管路上。

9.根据权利要求8所述的燃料电池空气系统，其特征在于，还包括第三比例阀(24)，所述第三比例阀(24)设置于所述空压机(14)与所述中冷器(23)的连通管路上。

10.根据权利要求8所述的燃料电池空气系统，其特征在于，还包括第三压力传感器(25)，所述第三压力传感器(25)设置于所述中冷器(23)与所述加湿器(22)的连通管路上。

技术总结
本技术属于燃料电池技术领域，公开了一种燃料电池空气系统，包括进气组件、混合器、氧气补偿系统、空压机、增压器、进气支路和第二比例阀。进气组件进气口与大气连通。进气组件的出气口与混合器连通。氧气补偿系统包括制氧装置和第一比例阀，制氧装置的出气口与混合器连通，用于向混合器补充供氧，第一比例阀设置于制氧装置与混合器的连通管路上。空压机进气口与混合器连通，出气口与燃料电池堆的空气进气口连通。增压器设置于混合器与空压机的连通管路上。进气支路一端连通至混合器与增压器的连通管路上，另一端连通至增压器与空压机的连通管路上。第二比例阀设置于进气支路上。

技术研发人员：乔兴年,王彦波,丁玉川,时保帆,赵小军,朱秀丽
受保护的技术使用者：山东国创燃料电池技术创新中心有限公司
技术研发日：20230330
技术公布日：2024/1/13