辅助系统介绍

为了满足一定的输出功率和输出电压的需求，通常将燃料电池单体按照一定的方式组合成燃料电池堆，并配置相应的辅助设备，形成燃料电池系统。燃料电池堆是 PEMFC 发动机的核心，而辅助系统维持电堆持续、稳定、安全地工作，它包括氢气供应系统、空气供应系统和控制系统。

空气供应系统由空气滤清器、空压机、增湿器、背压调节阀、流量传感器、压力传感器以及相应管路等组成。空气系统的主要功能是保证电堆阴极电化学反应所需的氧气量。

控制器接收流量与压力传感器的信号，通过调节空压机的转速向电堆阴极供应空气（有效成分为氧气）。整个空气系统工作过程为：空气经过空气滤清器滤清后为洁净空气，再经过空压机加压到电堆所需要的压力条件，然后流经压力传感器、空气加湿器进入电堆参与反应，多余的空气直接排入大气。安装在阴极排气管路末端的背压阀用于调整电堆阴极的工作压力。低压PEMFC发动机系统中通常采用焓轮加湿器对供应的空气进行加湿，利用从阴极尾气中带出的反应生成水调节入堆空气湿度。高压PEMFC发动机系统则采用喷水或湿膜的方式进行加湿。具有合适流量、压力、湿度和温度的入堆空气可以保证PEMFC发动机正常工作所需要的氧气量，也能将电堆反应过程中生成的部分热量和水分带出电堆。

氢气供应系统为PEMFC发动机提供合适的阳极电化学反应条件，包括氢罐、压力调节阀、循环装置（循环泵或喷射装置）、加湿器、气水分离器、排水阀以及相应的管路等。

高压氢气存储在氢罐中，经过减压阀后降为所需要的压力，再通过电动调节阀、压力传感器、流量传感器、加湿器进入电堆。少量多余的氢气进入收集装置进行处理或经排气电磁阀排入大气。调节阀主要用来控制氢气的供应流量，以达到调节阳极工作压力的目的。加湿器则对氢气进行增湿。气水分离器分离循环氢气中的液态水分，避免进入电堆的氢气含湿量过高。气水分离器中的水分以及循环氢气中可能存在的杂质（由阴极渗透过来的氮气以及供应气体中本身存在的惰性气体等）通过气水分离器底部的排水阀排出电堆。循环泵或者喷射装置作为氢气供应系统的循环装置，为氢气在电堆内的流动提供动力，有两个作用：一是将电堆阳极内部的液态水排出，避免流场阻塞造成燃料电池失效；二是使氢气流量适合电堆运行要求，提高氢气的使用效率。