一种燃料电池系统的制作方法

本申请涉及燃料电池，具体而言，涉及一种燃料电池系统。

背景技术：

1、在燃料电池系统中，空压机能够为电堆提供其所需的特定流量和压力下的空气。但是，由于空压机电机所消耗的功率非常大，约占系统功率的15%~20%，不利于整个燃料电池系统的经济性提升。为了降低空压机的电机功耗，现有技术提出了采用带能量回收式空压机的技术方案，该方案通过电堆排出的尾排气体来推动膨胀机做功，膨胀机与压气机进行同轴连接，从而达到降低电机功耗的目的。不过，在这种情况下，压气机的出口流量和压力无法做到解耦，也就是当空压机转速不变时，难以调节电堆的排气背压，从而导致入堆空气压力也无法调节。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中带能量回收式的空压机电堆排气背压难以调节的问题，本申请通过将电堆排出的部分气体通入到空压机的入口，通过调节通入到空压机入口的气体流量大小，能够在降低电机功耗的基础上，还能够调节电堆的入堆空气压力。

2、本申请通过以下方式实现：本申请提供一种燃料电池系统，包括空压机、电堆、以及膨胀机，所述膨胀机与所述空压机的电机同轴转动，所述空压机的出口与电堆的入口连通，所述电堆的出口通过第一管路与所述膨胀机的入口连通，所述电堆的出口还通过第二管路与所述空压机的入口连通。

3、作为一种优选的实施方式，所述第二管路上设置有第一流量控制阀。

4、作为一种优选的实施方式，所述第二管路上还设置有氮气分离器。

5、作为一种优选的实施方式，所述燃料电池系统还设置有氧气源，所述氧气源排出的氧气与所述第二管路排出的气体混合后通入所述空压机的入口。

6、作为一种优选的实施方式，所述氧气源的出口设置有第二流量控制阀，所述燃料电池系统的控制装置根据所述第二管路的气体流量控制所述氧气源排出的氧气流量。

7、作为一种优选的实施方式，所述燃料电池系统还设置有增湿器，所述空压机排出的气体流经所述增湿器后流入所述电堆的入口。

8、作为一种优选的实施方式，所述燃料电池系统还设置有中冷器，所述空压机排出的气体流经所述中冷器后流入所述电堆的入口。

9、作为一种优选的实施方式，所述燃料电池系统还设置有分水器，所述电堆的出口排出的气体流经所述分水器后，一部分通过第一管路通入所述膨胀机的入口，一部分通过第二管路通入所述空压机的入口。

10、作为一种优选的实施方式，所述燃料电池系统还设置有储水罐，所述分水器分离的液态水储存于所述储水罐中。

11、作为一种优选的实施方式，所述空压机的上游还设置有空气过滤器和空气流量计。

12、与现有技术相比，本申请至少具有如下技术效果：

13、1、本申请的燃料电池系统通过在膨胀机的入口增加一个和空压机的入口连通的第二管路，能够调节电堆的排气背压；另外，第二管路中的气体的能量能够被空压机回收利用，第一管路中的气体的能量能够被膨胀机回收利用，空压机的电机功耗得以降低，整个燃料电池系统更加经济可靠；而且，由于第二管路内的气体由电堆的出口排出，该部分气体内具有较高的水分，通入到空压机内能够增加空压机出口的空气湿度，有效降低增湿器的负荷。

14、2、在第二管路上设置有第一流量控制阀，第一流量控制阀能够控制第二管路的流量，能够根据需求调节进入到空压机内的空气流量，在不调整空压机转速的情况下调整电堆的入堆空气压力，从而实现流量和压力的解耦。

15、3、在第二管路上设置氮气分离器，氮气分离器能够分离出第二管路内的氮气，提升进入到空压机入口的气体的氧气含量，进而提升了电堆入口的氧气浓度，保证电堆能够高效工作。

16、4、由于第二管路内的气体实际上是电堆排出的尾气，其中氮气的浓度较高，若直接通入到空压机内，容易导致电堆入口处的空气的氮气浓度过高，影响燃料电池系统的发电效率。本申请的燃料电池系统设置有氧气源，氧气源排出的氧气与第二管路排出的气体混合，能够提升进入到空压机内的气体中的氧气含量，避免电堆入口侧的氧气浓度过低影响燃料电池系统的发电效率。

17、5、氧气源的出口设置有第二流量调节阀，第二流量调节阀能够根据第二管路内的气流流量调整氧气的排出量，进而保证进入到空压机内的空气的氧气浓度维持恒定，保证电堆高效稳定的发电，避免由于氧气浓度波动导致的电堆发电波动。

技术特征：

1.一种燃料电池系统，包括空压机、电堆、以及膨胀机，所述膨胀机与所述空压机的电机同轴转动，所述空压机的出口与电堆的入口连通，所述电堆的出口通过第一管路与所述膨胀机的入口连通，其特征在于，所述电堆的出口还通过第二管路与所述空压机的入口连通。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池系统，其特征在于，所述第二管路上设置有第一流量控制阀。

3.根据权利要求1或2所述的一种燃料电池系统，其特征在于，所述第二管路上还设置有氮气分离器。

4.根据权利要求1或2所述的一种燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池系统还设置有氧气源，所述氧气源排出的氧气与所述第二管路排出的气体混合后通入所述空压机的入口。

5.根据权利要求4所述的一种燃料电池系统，其特征在于，所述氧气源的出口设置有第二流量控制阀，所述燃料电池系统的控制装置根据所述第二管路的气体流量控制所述氧气源排出的氧气流量。

6.根据权利要求1所述的一种燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池系统还设置有增湿器，所述空压机排出的气体流经所述增湿器后流入所述电堆的入口。

7.根据权利要求1所述的一种燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池系统还设置有中冷器，所述空压机排出的气体流经所述中冷器后流入所述电堆的入口。

8.根据权利要求1所述的一种燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池系统还设置有分水器，所述电堆的出口排出的气体流经所述分水器后，一部分通过第一管路通入所述膨胀机的入口，一部分通过第二管路通入所述空压机的入口。

9.根据权利要求8所述的一种燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池系统还设置有储水罐，所述分水器分离的液态水储存于所述储水罐中。

10.根据权利要求1所述的一种燃料电池系统，其特征在于，所述空压机的上游还设置有空气过滤器和空气流量计。

技术总结
本申请提供一种燃料电池系统，包括空压机、电堆、以及膨胀机，所述膨胀机与所述空压机的电机同轴转动，所述空压机的出口与电堆的入口连通，所述电堆的出口通过第一管路与所述膨胀机的入口连通，所述电堆的出口还通过第二管路与所述空压机的入口连通。本申请的燃料电池系统能够调节电堆的排气背压，降低空压机的电机功耗，还能有效降低增湿器的负荷。

技术研发人员：胡智,田大洋,黄潜
受保护的技术使用者：上海重塑能源科技有限公司
技术研发日：20240301
技术公布日：2024/11/18