傳統(tǒng)Lysholm空壓機通過轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)對空氣增壓,噪聲與出口壓力成正比例關(guān)系。因此,通常需要采用降噪的輔助設(shè)備(如消音器)來降低噪音,但該舉也消耗掉一部分空壓機的出口壓力(消音器產(chǎn)生沿程壓力損失和局部壓力損失)。相比于傳統(tǒng)Lysholm空壓機,渦輪增壓空壓機因無需內(nèi)部壓縮過程,噪音較小。所以,即使電堆的工作壓力提高,采用渦輪增壓空壓機可以降低降噪輔助設(shè)備數(shù)目和燃料電池系統(tǒng)體積。
除此之外,提高進堆壓力(即空壓機出口壓力)會提高氧氣分壓。當燃料電池工作在高負荷區(qū)間,也會提高電池單體單壓。下圖表示空壓機的壓比(出口和進口壓力比值)和燃料電池系統(tǒng)效率的變化關(guān)系,不難發(fā)現(xiàn),壓比提高有利于燃料電池系統(tǒng)效率攀升。因此,工作壓力的提高會降低燃料電池電堆中單電池的數(shù)目(功率輸出相同條件下),進一步降低燃料電池系統(tǒng)的體積和成本。
提高空壓機出口壓力不僅有利于提高輸出性能,降低系統(tǒng)成本和體積,而且也會提高電堆的相對濕度,減少加濕量。下圖表示空氣的溫度、壓力和電堆相對濕度關(guān)系,橫坐標為壓比,縱坐標為工作溫度,二維坐標區(qū)域的左上方為干燥狀態(tài),右下方為濕潤狀態(tài)??梢园l(fā)現(xiàn),隨著壓力的增加,電堆向右下方濕潤區(qū)域移動。該舉降低了加濕量,從而減少了加濕器的體積。即使電堆工作在高溫度區(qū)間,提高工作壓力也會使得電堆濕度維持在一個較為適宜的水平。這意味著,當垂直爬坡、迎風或散熱器散熱能力差時(三者都導致電堆溫度升高),電堆性能也會得到保障。
鑒于此,本田公司為Clarity燃料電池開發(fā)空氣供應(yīng)系統(tǒng)的目標有:1.通過提高空氣壓力實現(xiàn)電池輸出性能提高,減少了燃料電池單電池數(shù)目,降低系統(tǒng)體積和成本;2.通過提高空氣壓力減少加濕量,降低加濕器體積,增加燃料電池高溫工作區(qū)間;3.通過采用電動渦輪增壓空壓機實現(xiàn)降噪,取消了降噪輔助設(shè)備,降低了空氣供應(yīng)系統(tǒng)的體積;4.開發(fā)無傳感器控制的逆變器,實現(xiàn)了無旋轉(zhuǎn)變壓器電機的小型化,有助于減小燃料電池系統(tǒng)體積。