氢燃料电池系统技术方案

本发明专利技术公开了一种氢燃料电池系统，该氢燃料电池系统包括电堆模块、冷却模块和空气供给模块；电堆模块设有与冷却模块连接的冷却液入口和冷却液出口；冷却模块包括储液箱、水泵、散热器和节温器；空气供给模块包括依次连接的空气压缩机、中冷器和增湿器，增湿器与电堆模块连接；节温器的出口与入堆模块连接；中冷器中设有散热管，该散热管的入口与节温器的出口连接，散热管的出口与水泵的入口连接。本发明专利技术充分利用空气供给模块中产生的热能，以及节温器的灵活调节流量的功能来维持电堆模块内的温度，不管是在炎热或是寒冷的环境，本氢燃料电池系统均能够快速适应，具有广泛推广应用价值。

Hydrogen Fuel Cell System

【技术实现步骤摘要】
氢燃料电池系统
本专利技术涉及燃料电池领域，具体涉及一种氢燃料电池系统。
技术介绍
氢燃料电池是一种清洁、高效的绿色环保电源，可广泛应用于汽车动力、备用电源、分布式电站等许多领域。质子交换膜式氢燃料电池是其中应用较为广泛的一类。该类型的氢燃料电池由于电化学反应产生的水会残留在电堆的内部，在冰点以下的低温环境中会发生结冰，这就对整个燃料电池系统的启动造成影响，尤其在极低的环境中可能会出现启动缓慢、甚至无法启动等问题。氢燃料电池的环境适应性决定着其能否广泛应用于民用和军用等商业化市场的重要因素，特别是在交通领域中，低温下的冷启动是氢燃料电池汽车面临的重要挑战之一。现有的氢燃料电池在低温环境下使用时，需要在冷却液回路上装加热器、加热棒等大功率的加热设备，并配备相应的供电电源，通过加热冷却液，快速升高电堆内部的温度后再启动。相应地，该种针对冷却液回路增设加热器的方式增加了氢燃料电池的体积、重量和成本。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提出一种氢燃料电池系统，旨在解决现有技术中针对冷却液回路增设加热器的方法增加了氢燃料电池的体积、重量和成本的问题。为实现上述目的，本专利技术提出一种氢燃料电池系统，该氢燃料电池系统包括电堆模块、冷却模块和空气供给模块；所述电堆模块设有与所述冷却模块连接的冷却液入口和冷却液出口；所述冷却模块包括储液箱、水泵、散热器和节温器；所述空气供给模块包括依次连接的空气压缩机、中冷器和增湿器，所述增湿器与所述电堆模块连接；所述水泵的入口与储液箱的出口连接，所述水泵的出口具有两条支路，其中一支路连接所述节温器的第一入口，另一支路连接所述散热器的入口，所述散热器的出口与节温器的第二入口连接，所述节温器的出口与所述冷却液入口连接，所述冷却液出口与所述水泵的入口连接；所述中冷器中设有散热管，该散热管的入口与所述节温器的出口连接，散热管的出口与所述水泵的入口连接。优选地，所述空气供给模块还包括入堆节气门、尾排节气门和吹扫电磁阀；所述电堆模块还设有空气入口和空气出口；所述入堆节气门的进气口与所述增湿器连接，所述入堆节气门的出气口与所述电堆模块的空气入口连接；所述尾排节气门的进气口与所述电堆模块的空气出口连接；所述吹扫电磁阀的进气口与所述中冷器连接，所述吹扫电磁阀的出气口与所述电堆模块的空气入口连通。优选地，氢燃料电池系统还包括通风管道和尾排模块，所述尾排模块包括消音器和排气阀，所述电堆模块还设有通风入口和通风出口，所述通风管道的两端分别与所述中冷器和所述电堆模块的通风入口连通，所述电堆模块的空气出口、消音器和排气阀依次连接，所述电堆模块的通风出口与所述排气阀连接。优选地，所述空气供给模块还包括相互串联且位于所述空气压缩机和消音器之间的旁路流量计和旁通阀。优选地，氢燃料电池系统还包括控制器和氢气浓度传感器，所述氢气浓度传感器设置于所述排气阀的出口位置，所述控制器与所述氢气浓度传感器电连接。优选地，氢燃料电池系统还包括设置于所述电堆模块的通风出口的温度传感器，所述温度传感器与所述控制器电连接。优选地，氢燃料电池系统还包括氢气供给模块，所述电堆模块还设有与所述氢气供给系统连通的氢气入口和氢气出口；所述氢气供给模块包括储氢罐、供氢电磁阀、氢气喷射器、气水分离器、氢气循环泵、补水阀和尾排电磁阀；所述储氢罐、供氢电磁阀和氢气喷射器依次连接，且所述氢气喷射器的出气口与所述电堆模块的氢气入口连接；所述气水分离器的入口与所述电堆模块的氢气出口连接，所述氢气循环泵的入口和出口分别连接所述气水分离器的出口和所述电堆模块的氢气入口，所述气水分离器的出口还与所述补水阀的入口连接，所述补水阀的出口与所述水泵的入口连接；所述尾排电磁阀的进气口与所述电堆模块的氢气出口连接，所述尾排电磁阀的出气口与所述排气阀连接。优选地，所述尾排电磁阀和所述氢气循环泵上均设有加热组件。优选地，所述氢气循环泵的出口与所述电堆模块的氢气入口之间还设有控制阀。优选地，氢燃料电池系统还包括两端分别连接所述空气压缩机与所述电堆模块的冷却液入口的冷却路吹扫电磁阀、和设置于所述水泵上的排液阀，所述空气压缩机、冷却路吹扫电磁阀、电堆模块和排液阀依次连通构成排液通道。本专利技术中，中冷器的散热管的两端分别与冷却模块中的水泵和节温器连接形成循环回路，令该回路中的冷却液吸收中冷器的散热管中的热量后升温，再经节温器的调节，以一定温度输入至入堆模块中，以维持入堆模块中的温度在一定范围内，防止其内部结冰影响性能。本专利技术充分利用空气供给模块中产生的热能，以及节温器的灵活调节流量的功能来维持电堆模块内的温度，不管是在炎热或是寒冷的环境，本氢燃料电池系统均能够快速适应，具有广泛推广应用价值。附图说明图1为本专利技术氢燃料电池系统一实施例的结构示意图。具体实施方式下面将详细描述本专利技术的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同标号表示相同的元件或具有相同功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制，基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。为解决上述技术问题，本专利技术提出一种氢燃料电池系统，该氢燃料电池系统包括电堆模块21、冷却模块和空气供给模块；电堆模块21设有与冷却模块连接的冷却液入口和冷却液出口；冷却模块包括储液箱41、水泵37、散热器38和节温器39；空气供给模块包括依次连接的空气压缩机5、中冷器6和增湿器7，增湿器7与电堆模块21连接；水泵37的入口与储液箱41的出口连接，水泵37的出口具有两条支路，其中一支路连接节温器39的第一入口，另一支路连接散热器38的入口，散热器38的出口与节温器39的第二入口连接，节温器39的出口与冷却液入口连接，冷却液出口与水泵37的入口连接；中冷器6中设有散热管，该散热管的入口与节温器39的出口连接，散热管的出口与水泵37的入口连接。氢燃料电池系统中的电堆模块是氢燃料电池的核心部件，由多个单体电池以串联方式层叠组合而成，单体电池由两双极板、两催化层、质子交换膜和两碳纸组成。其中，双极板起流体分配以及固定作用，两双极板上分别具有氢气导流通道和空气导流通道，以分别通入所需的氢气和空气(需要空气中的氧气)。两催化层是由催化剂和催化剂载体构成的薄层，分别用于催化电池阴阳两电极上的电化学反应。质子交换膜位于两催化层之间，用于传导氢离子通过、隔离反应气体。碳纸位于催化层与双极板之间，主要起到传导质子、导电、传热和导水的作用。实际上，层叠的单体电池外还包裹有一层封装层，以将上述部件全部包裹并固定，本实施例中所述的冷却模块则用于向封装层内输入冷却液，以将电堆模块21内温度维持在一定区间，该封装层上(即电堆模块上)对应设有冷却液入口和冷却液出口。电堆工作时，氢气和空气分别进入氢气导流通道和空气导流通道，通过与催化层接触进行电化学反应，阳极反应产生的电子通过外电路到达阴极，则在外电路上形成电流。本实施例中，空气供给模块的作用是为电堆模块21的阴极提供所需的氧气，其中，空气压缩机5用于吸收外部空气，中冷器6用于对空气压缩机5排出的空气降温，增湿器7用于将空气增湿后输入至电堆模块21中。空气压缩机5一般采用离心式空压机，其输出的空气温度很高，在高转本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氢燃料电池系统，其特征在于，包括电堆模块、冷却模块和空气供给模块；所述电堆模块设有与所述冷却模块连接的冷却液入口和冷却液出口；所述冷却模块包括储液箱、水泵、散热器和节温器；所述空气供给模块包括依次连接的空气压缩机、中冷器和增湿器，所述增湿器与所述电堆模块连接；所述水泵的入口与储液箱的出口连接，所述水泵的出口具有两条支路，其中一支路连接所述节温器的第一入口，另一支路连接所述散热器的入口，所述散热器的出口与节温器的第二入口连接，所述节温器的出口与所述冷却液入口连接，所述冷却液出口与所述水泵的入口连接；所述中冷器中设有散热管，该散热管的入口与所述节温器的出口连接，散热管的出口与所述水泵的入口连接。

【技术特征摘要】
1.一种氢燃料电池系统，其特征在于，包括电堆模块、冷却模块和空气供给模块；所述电堆模块设有与所述冷却模块连接的冷却液入口和冷却液出口；所述冷却模块包括储液箱、水泵、散热器和节温器；所述空气供给模块包括依次连接的空气压缩机、中冷器和增湿器，所述增湿器与所述电堆模块连接；所述水泵的入口与储液箱的出口连接，所述水泵的出口具有两条支路，其中一支路连接所述节温器的第一入口，另一支路连接所述散热器的入口，所述散热器的出口与节温器的第二入口连接，所述节温器的出口与所述冷却液入口连接，所述冷却液出口与所述水泵的入口连接；所述中冷器中设有散热管，该散热管的入口与所述节温器的出口连接，散热管的出口与所述水泵的入口连接。2.根据权利要求1所述的氢燃料电池系统，其特征在于，所述空气供给模块还包括入堆节气门、尾排节气门和吹扫电磁阀；所述电堆模块还设有空气入口和空气出口；所述入堆节气门的进气口与所述增湿器连接，所述入堆节气门的出气口与所述电堆模块的空气入口连接；所述尾排节气门的进气口与所述电堆模块的空气出口连接；所述吹扫电磁阀的进气口与所述中冷器连接，所述吹扫电磁阀的出气口与所述电堆模块的空气入口连通。3.根据权利要求1所述的氢燃料电池系统，其特征在于，还包括通风管道和尾排模块，所述尾排模块包括消音器和排气阀，所述电堆模块还设有通风入口和通风出口，所述通风管道的两端分别与所述中冷器和所述电堆模块的通风入口连通，所述电堆模块的空气出口、消音器和排气阀依次连接，所述电堆模块的通风出口与所述排气阀连接。4.根据权利要求3所述的氢燃料电池系统，其特征在于，所述空气供给模块还包括相互串联且位于所述空气压缩机和消音器之间的旁路...

【专利技术属性】
技术研发人员：石宝宝，郭玉平，彭旭，彭晖，
申请(专利权)人：深圳国氢新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44