一種車用燃料電池空氣供給裝置的製作方法

2023-04-26 23:54:46 1

專利名稱：一種車用燃料電池空氣供給裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於燃料電池電動汽車控制方法，特別是一種車用燃料電池空氣供給裝置。
背景技術：
燃料電池是一種以氫氣為燃料，以氧氣為氧化劑，將燃料的化學能直接轉化為電能的電化學裝置，它不受卡諾循環的限制，只要有足夠的氫氣和氧氣，可以長時間連續運行，並且具有比能量高、噪音小、無汙染、零排放和能量轉換效率高等特點，可廣泛應用於小型電站、通信電源、機器人電源、汽車、電力系統、家庭生活等各領域。燃料電池技術被認為是21世紀首選的潔淨、高效發電技術。燃料電池按其電解質的不同，可分為鹼性燃料電池、磷酸型燃料電池、質子交換膜燃料電池、熔融碳酸鹽型燃料電池及固體氧化物燃料電池等。近十年來，尤以質子交換膜燃料電池(PEMFC)的發展最快，日益受到各國政府、企業和科研機構的重視。據國際能源機構(IEA)統計，全球每年能源科技研發公共資金中約12%投入到燃料電池研發。近幾年，各國政府及各大公司加大投資力度，成功開發了各種型號的燃料電池，並正在應用到或擬用到人們日常生活的各個方面，如電站、可攜式電源、移動機器人電源、各種車輛用動力電源以及家用電源等。目前，全世界每年用於燃料電池研究與開發的經費估計在8億美元左右，除了美國、加拿大、日本、德國和義大利等工業國家外，許多發展中國家也在進行或著手進行燃料電池的研究與開發。我國政府也非常重視燃料電池發電技術的研究，在國家863計劃的支持下，經過「十五」和「十一五」的刻苦攻關，在燃料電池及燃料電池汽車研究研究方面已取得突破性的進展，中科院大連化物所研製出50kW燃料電池發動機，上海神力公司研製出IOOkW大巴車燃料電池發動機，清華大學、同濟大學分別研製出了系列化的燃料電池大巴車和燃料電池轎車，武漢理工大學已研製成功IkW 50kW級系列燃料電池系統以及「楚天I號」燃料電池電動轎車和「楚天2號」燃料電池輕型客車。車用質子交換膜燃料電池輸出電流與參與反應的氫氣、氧氣流量成正比，車輛啟動、加速及高速行駛時所需的功率大，相應的氫氣、氧氣需求量較大，減速、低速行駛時所需氣體流量較小。車用燃料電池氧氣供給一般是利用空氣壓縮機，將空氣以一定的流量及壓力輸出燃料電池，利用空氣中的氧氣作為氧化劑，與氫氣進行電化學反應。車輛在道路上行駛時速度及加速度波動非常頻繁，這就要求空氣供給量能快速變化以適應負載的變化。但空氣壓縮機的動態響應有一定的時滯，其動態響應過程一般需要幾秒鐘，但氫氣與氧氣的電化學反應工程是毫秒級，所以空氣供給變化速度與實際需求間存在矛盾。如果氧氣供給不足，就會產生氧氣飢餓，損壞燃料電池；如果一直保持大空氣量供給，空氣壓縮及消耗的功率就很大，降低能源效率。因此，需要一種好的空氣供給控制方法來解決這一問題。
發明內容[0006]本實用新型旨在提供一種高效的車用燃料電池空氣供給裝置，以克服現有方法的不足。為了實現上述目的，本實用新型所採用的技術方案是:一種車用燃料電池空氣供給裝置，所述空氣供給裝置包括至少一個空氣供給控制器、GPS/GIS接口、遙測器、流量計以及空氣壓縮機，其特點是:空氣供給控制器輸入端與GPS/GIS接口、遙測器、流量計以及車速傳感器相連，空氣供給控制器的輸出端與空氣壓縮機相接，空氣壓縮機輸出經流量計後與車用燃料電池相通。所述流量計的輸出還與所述空氣供給控制器相連接。本實用新型與現有技術相比，其優點是對空氣供給進行提前預測控制，消除了空氣壓縮機動態響應時間的影響，可避免氧氣飢餓、提高燃料電池供電效率及壽命。

圖1為本實用新型的結構框圖。圖2為本實用新型的空氣供給控制框圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型做進一步的詳細說明，但該實施例不應理解為對本實用新型的限制。本實用新型硬體結構如圖1所示，包括一個空氣供給控制器、GPS/GIS接口、遙測器、流量計和空氣壓縮機。空氣供給控制器輸入端與GPS/GIS接口、車速傳感器、遙測器和流量計相連，輸出端與空氣壓縮機相連，通過控制其轉速來調節空氣流量，空氣壓縮機輸出的空氣經流量計後進入燃料電池。上述空氣供給控制器通過GPS/GIS接口實時獲取汽車行駛路段的路面類型、平均車速、平均坡度等信息；通過車速傳感器測量實時採集本車速度；通過遙測器實時採集前車速度；通過流量計實時採集空氣壓縮機輸出的空氣流量，計算出期望的空氣流量後，用它減去實時檢測到的實際空氣流量，形成偏差，通過優化控制，使得偏差儘快趨近於0，即時使實際的空氣流量與期望的空氣流量一致(如圖2)。這種方法的優點是將下一時刻的期望流量當作當前時刻的控制目標，對空氣流量進行提前預測控制，克服空壓機本身動態響應的時間延遲，快速提供車載燃料電池所需空氣，又不會使得空氣供給量太大而減低效率。本說明書中未作詳細描述的內容屬於本領域專業技術人員公知的現有技術。
權利要求1.種車用燃料電池空氣供給裝置，所述空氣供給裝置包括至少一個空氣供給控制器、GPS/GIS接口、遙測器、流量計以及空氣壓縮機，其特徵在於:空氣供給控制器輸入端與GPS/GIS接口、遙測器、流量計以及車速傳感器相連，空氣供給控制器的輸出端與空氣壓縮機相接，空氣壓縮機輸出經流量計後與車用燃料電池相通。
2.據權利要求1所述的車用燃料電池空氣供給裝置，其特徵在於:所述流量計的輸出還與所述空氣供給控制器相連接。
專利摘要本實用新型涉及一種車用燃料電池空氣供給裝置，包括空氣供給控制器、GPS/GIS接口、遙測器、流量計和空氣壓縮機，所述空氣供給控制器通過GPS/GIS接口實時獲取汽車行駛路段的路面類型、平均車速、平均坡度等信息，通過車速傳感器測量實時採集本車速度，通過遙測器實時採集前車速度，並經加權平均得到本車下一時刻的期望車速，根據期望車速和平均坡度計算出下一時刻的期望功率，據此計算出期望的空氣供給量，再通過優化控制使得實際空氣流量迅速與期望流量一致，克服空氣壓縮機本身動態響應時滯的影響，避免氧氣飢餓，實現對空氣供給的預測控制，提高燃料電池供電效率及壽命。
文檔編號H01M8/04GK202930480SQ20122057819
公開日2013年5月8日 申請日期2012年11月6日 優先權日2012年11月6日
發明者陳啟宏, 全書海, 張立炎, 謝長君, 鄧堅 申請人:武漢理工大學