一种低温进气的燃料电池系统及车辆技术方案

本发明专利技术涉及燃料电池系统领域，具体涉及一种低温进气的燃料电池系统及车辆。低温进气的燃料电池系统包括分别与电堆相连通的空气路及氢路，所述氢路与所述空气路通过第一换热器进行热交换，所述第一换热器在所述氢路中设置液氢容器的下游，在所述空气路中设置在空压机的上游。本发明专利技术利用液氢降低空压机入口处空气的温度，从而降低了对空压机的性能需求，增加了对小体积、低重量、功耗低的空压机的选择，进一步提高整体燃料电池系统的功率密度。另外，由于经液氢冷却后的低温空气压缩后出气温度会明显低于常温气体经过压缩后的气体温度，故本发明专利技术实施例的燃料电池系统可以取消中冷器，进一步简化燃料电池系统的结构。进一步简化燃料电池系统的结构。进一步简化燃料电池系统的结构。

【技术实现步骤摘要】
一种低温进气的燃料电池系统及车辆


[0001]本专利技术涉及燃料电池系统领域，具体涉及一种低温进气的燃料电池系统及车辆。

技术介绍

[0002]氢燃料电池是将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置，具有无污染、无噪声及高效率等优点；其中，氢燃料电池系统的空气路需要由空压机为电堆提供适当质量流量、压力的空气与氢气发生反应产生电能。当前氢燃料电池系统的空气路进气均是由空压机从大气中直接吸取空气，进入空压机的气体密度随大气密度变化而变化，与常温常压的环境相比，当燃料电池系统运行在高温或高海拔等空气密度稀薄的地域时，空压机需要压缩更多体积的空气才能满足电堆对空气质量流量及压力的需求，对空压机的性能要求更高，而为了保证空压机性能，必然会带来其体积、重量、功耗的增加，进而导致系统的功率密度减小；另外，经过空压机压缩后的气体温度会显著升高，故现有氢燃料电池系统必须要经过中冷器冷却压缩后的空气温度，当空气温度降温达到电堆需求的适宜气体温度后再进入电堆，导致系统管路连接更加复杂。

技术实现思路

[0003]鉴于现有技术中存在的技术缺陷和技术弊端，本专利技术实施例提供克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种低温进气的燃料电池系统及车辆。
[0004]作为本专利技术实施例的一个方面，提供了一种低温进气的燃料电池系统，包括分别与电堆相连通的空气路及氢路，所述氢路与所述空气路通过第一换热器进行热交换，所述第一换热器的氢路入口与液氢容器相连通，所述第一换热器的空气路出口与空压机的进气口相连通。
[0005]进一步地，所述燃料电池系统还包括液氢汽化器，所述液氢容器与所述第一换热器及所述液氢汽化器的进口通过三通阀及液氢传输管路连通，第一换热器的氢路出口及液氢汽化器的出气口与电堆相连通。
[0006]进一步地，所述液氢传输管路设置为绝热材料，和/或所述液氢传输管道外周设置绝热层。
[0007]进一步地，所述液氢容器的出口设置有控制阀，所述控制阀与所述控制器通讯连接。
[0008]进一步地，所述燃料电池系统还包括设置在空压机的下游与电堆之间的第二换热器，所述氢路与所述空气路通过第二换热器进行热交换后将气体输送至电堆。
[0009]进一步地，所述第二换热器的空气路入口与空压机的出气口相连通，所述第二换热器的空气路出口与电堆相连通，所述第二换热器的氢路入口与第一换热器的氢路出口相连通，所述第二换热器的氢路出口与电堆相连通。
[0010]进一步地，所述第一换热器的空气路入口的上游管路设置有空气过滤装置，所述空气过滤装置与大气相连通；或
[0011]所述第一换热器的空气路出口与空压机之间设置有空气过滤装置，所述第一换热器空气路进口与大气相连通。
[0012]进一步地，所述燃料电池系统还包括控制器，所述控制器分别与参数采集传感器、执行器通讯连接，所述控制器根据参数采集传感器采集的工况参数调节所述执行器的工作参数。
[0013]进一步地，所述参数采集传感器包括温度传感器、压力传感器、流量计中的一种或多种；所述执行器包括三通阀、空压机、控制阀、液氢汽化器中的一种或多种。
[0014]作为本专利技术实施例的再一方面，提供了一种车辆，其特征在于，所述车辆包括如上述任意一实施例中的低温进气的燃料电池系统。
[0015]本专利技术实施例至少实现了至少如下技术效果：
[0016]1、本专利技术实施例利用液氢降低空压机入口处空气的温度，进而提高空气密度，随着空气密度增加，空压机入口的质量流量及压力均会提高，由于在相同的入堆目标压力和目标流量的条件下，空压机对高密度的空气所做的功要小于低密度的空气所做的功，故降低了对空压机的性能。
[0017]2、由于本专利技术实施例的燃料电池系统对空压机的性能要求低，故可选择小体积、低重量、功耗低的空压机，从而提高整体燃料电池系统的功率密度。
[0018]3、经液氢冷却后的低温空气压缩后出气温度会明显低于常温气体经过压缩后的气体温度，故本专利技术实施例的燃料电池系统可以取消中冷器，将压缩后的空气不经过中冷器冷却直接进入电堆，进一步简化了燃料电池系统的结构。
[0019]本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图等中所记载的结构来实现和获得。
[0020]下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0021]附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：
[0022]图1为本专利技术实施例一的燃料电池系统示意图；
[0023]图2为本专利技术实施例二的燃料电池系统示意图；
[0024]图3为本专利技术实施例三的燃料电池系统示意图。
[0025]附图说明：1、电堆；2、第一换热器；3、液氢容器；4、空压机；5、液氢汽化器；6、三通阀；7、控制阀；8、第二换热器；9、空气过滤装置；10、控制器。
具体实施方式
[0026]为详细说明本专利技术的
技术实现思路
、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
[0027]附图和以下说明描述了本专利技术的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本专利技术。为了教导本专利技术技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将落在本专利技术的保护范围内。本领域技术人员应
该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本专利技术的多个变型。由此，本专利技术并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。
[0028]实施例一
[0029]结合图1所示，本实施例提供一种低温进气的燃料电池系统，燃料电池系统包括氢路及空气路，在空气路中将进入空压机4的空气通过第一换热器2与氢路中的液氢进行热交换，从而实现降低空气的温度及液氢的汽化，所述第一换热器2的氢路入口与液氢容器3相连通，汽化后的氢气进入电堆1；所述第一换热器2的空气路出口与空压机4的进气口相连通，空压机4在将低温空气压缩后传输给电堆1。
[0030]在本实施例液氢容器3可以是液氢瓶，液氢瓶与第一换热器2之间通过液氢传输管路进行连通，其中液氢瓶及液氢传输管路可以由绝热材料制造，或可以液氢瓶及液氢传输管路外围设置由绝热材料制造的绝热层，例如由绝热材料严实包裹。在本实施例第一换热器2为进气预冷器，即液氢
‑
空气换热器，能够将液氢的冷能传给空气，同时将空气的热能传递给液氢。
[0031]在本实施例中，还可以包括控制路，通过控制器10(FCU)控制控制阀7的开度及空压机4的运行参数，保证空气热量气化的液氢足够燃料电池系统的需求，空压机4压缩后的空气满足电堆1的温度、压力、流量等需求。其中控制阀7可以是瓶口阀。
[0032]在本实施例中空气过滤装置9设置在第一换热器2空气路的出口及空压机4的进气口之间，对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低温进气的燃料电池系统，包括分别与电堆相连通的空气路及氢路，其特征在于，所述氢路与所述空气路通过第一换热器进行热交换，所述第一换热器的氢路入口与液氢容器相连通，所述第一换热器的空气路出口与空压机的进气口相连通。2.如权利要求1所述低温进气的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池系统还包括液氢汽化器，所述液氢容器与所述第一换热器及所述液氢汽化器的进口通过三通阀及液氢传输管路连通，第一换热器的氢路出口及液氢汽化器的出气口与电堆相连通。3.如权利要求2所述低温进气的燃料电池系统，其特征在于，所述液氢传输管路设置为绝热材料，和/或所述液氢传输管道外周设置绝热层。4.如权利要求2所述的低温进气的燃料电池系统，其特征在于，所述液氢容器的出口设置有控制阀，所述控制阀与所述控制器通讯连接。5.如权利要求1所述低温进气的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池系统还包括设置在空压机的下游与电堆之间的第二换热器，所述氢路与所述空气路通过第二换热器进行热交换后将气体输送至电堆。6.如权利要求5所述的低温进气的燃料电池系统，其特征在于，所述第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：方川，李鹏伟，
申请(专利权)人：北京亿华通科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：