一种便携式空冷燃料电池系统技术方案

本发明专利技术公开了一种便携式空冷燃料电池系统，包括插接配合的底座和外壳，外壳内设有空冷电堆、氢气子系统、散热子系统和电气集成模块，所述底座设有用于外接用电设备的电源输出接口和检测信号传输接口，所述底座和外壳之间分别设有插接配合的插接公头和插接母头，插接公头和插接母头之间集成有在插接配合时各自导通的电源连接线和信号连接线，本发明专利技术便携式空冷燃料电池系统通过底座和外壳之间的插接配合组装，安装和拆卸均非常方便。采用适配48V DC，耐压0～30A的电源接线，并且，插接公头和插接母头之间集成有在插接配合时各自导通的电源连接线和信号连接线，从而不需要像常规燃料电池系统那样进行复杂的接线连接。电池系统那样进行复杂的接线连接。电池系统那样进行复杂的接线连接。

【技术实现步骤摘要】
一种便携式空冷燃料电池系统


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，特别是设计一种便携式空冷燃料电池系统。

技术介绍

[0002]空冷燃料电池是属于空气侧开放的体系，受环境影响大，因此导致维护和使用更换频次增高。原有空冷燃料电池系统由于接线复杂，设计臃肿，在使用过程中不太方便。
[0003]对于5kW以下的小型空冷燃料电池系统的应用场景，如基站备用电源、低速二轮车、便携电源等，这些场景需要较为便捷的应用体验，需要进行便捷维修、快速更换。
[0004]比如，公开号为CN107264710A本专利技术提供一种鞍乘型车辆，鞍乘型车辆具有空冷式的燃料电池单元，燃料电池单元在立管的后方且在枢轴框架的前方搭载于车体框架，将取入的外部空气用于氧气的供给以及设备的冷却，燃料电池单元在立管的下方朝向前方开设有外部空气的取入口，在枢轴的上方朝向后方开设有排出口，座椅框架被安装于主框架，具有兼有将从燃料电池单元排出的废气引导至乘员座椅的后方的排气管的形状的壳式结构。
[0005]另一方面，阴极开放式空冷燃料电池系统在利用风扇散热时，由于经风扇流向各个不同区域的空气流分布不均匀，致使电池组件内部容易出现局部过热的情况，从而导致阴极开放式空冷燃料电池系统在运行一段时间以后性能出现大幅度下降，影响阴极开放式空冷燃料电池系统的正常使用。
[0006]比如，公开号为CN111477915A的专利技术专利申请公开了一种阴极开放式空冷燃料电池系统，包括电池组件、风扇组件及扰流件，风扇组件与电池组件间隔设置，风扇组件用于抽吸空气流流向电池组件，以使空气流与电池组件进行热交换；扰流件设置于电池组件和风扇组件之间，扰流件用于对经风扇组件抽吸且流向电池组件的空气流进行扰动，以增强流向电池组件各个不同区域的空气流的分布均匀性。然而，上述现有技术中公开的扰流件还有改进的空间。
[0007]综合以上两点，开发一种即能改善空气流层分布且能够快速维护的空冷燃料电池系统是有必要的。

技术实现思路

[0008]本专利技术针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种便携式空冷燃料电池系统。
[0009]一种便携式空冷燃料电池系统，包括空冷电堆、氢气子系统、散热子系统和电气集成模块，所述便携式空冷燃料电池系统包括插接配合的底座和外壳，所述空冷电堆、氢气子系统、散热子系统和电气集成模块均设于所述外壳内，所述底座设有用于外接用电设备的电源输出接口和检测信号传输接口，
[0010]所述底座和外壳之间分别设有插接配合的插接公头和插接母头，插接公头和插接母头之间集成有在插接配合时各自导通的电源连接线和信号连接线，
[0011]其中，位于底座内的电源连接线连接插接公头和电源输出接口，信号连接线连接
插接公头和检测信号传输接口；位于外壳内的电源连接线和信号连接线各自连接插接母头和电气集成模块。
[0012]优选的，以所述外壳设有插接母头一端作为底部，所述空冷电堆的相对两侧分别设有空气进口和空气出口，空气进口和空气出口分别朝向外壳的两侧侧壁，且外壳侧壁上分别对应设有进气口和排气口；
[0013]散热子系统包括设于空冷电堆的空气进口一侧的扰流板和设于空冷电堆的空气出口一侧的风扇。
[0014]更优选的，所述进气口与排气口分别设有防尘挡板。防尘挡板用于减少灰尘进入外壳内。
[0015]更优选的，所述外壳的顶面还设有便于操作的把手。
[0016]更优选的，所述外壳的外形为圆柱形或方形。外壳的形状可以根据使用的场景来选择和优化，比如，应用于二轮车时可以采用圆柱形外壳；应用于通信基站或者个人便携电源，则可以采用方形外壳，便于水平放置及运输安装。
[0017]更优选的，所述扰流板包括从中心向外周成同心圆分布的中心动力孔、中部分流环孔和外层扰流环孔，所述中部分流环孔内和外层扰流环孔内分别设有从中心向外周辐射状布置的中部分流片和外层扰流片。中心动力孔处阻力较小，中心气流进入后，受外部压力减少影响，向四周扩散扰流，起到空气流分散的作用。中部分流环孔，通过环孔上特别设置凸起结构，进行扰流。外层扰流环孔，设置简单，孔径更小，气流阻力较大，将进一步迫使气流向中心阻力较小区域扩散，进一步扰流，提升效果。
[0018]进一步优选的，所述中部分流片和外层扰流片的数量分别为均匀分布的8～12个和16～24个。中部分流片和外层扰流片的数量不能过多，过多会使空气流经的空间变小，当然也不能过少，过少扰流的效果较差。经计算中部分流片在8～12个最佳，外层扰流片数量为中部分流片2倍左右最合适。
[0019]进一步优选的，所述中部分流片和外层扰流片在扰流板的轴向上倾斜设置，且中部分流片和外层扰流片的倾斜方向相反；所述中部分流片和外层扰流片在扰流板的周向上也倾斜设置，且中部分流片和外层扰流片的倾斜方向相反。
[0020]进一步优选的，所述中部分流片和外层扰流片在扰流板的轴向上的倾斜角度为20
°
～40
°
，在周向上的倾斜角度为20
°
～40
°
。中心动力孔的半径、中部分流环孔的环宽及外层扰流环孔的环宽之间的比例为1∶1～3∶2～4。
[0021]进一步优选的，中部分流片和外层扰流片的两面均凸设有间隔排列的扰流凸起。所述扰流凸起的形状为圆锥形、半球形、半椭球形或圆柱形。通过在中部分流片和外层扰流片的两面均凸设有间隔排列的扰流凸起，进一步对气流分配扰流，提高扰流效果。
[0022]进一步优选的，中心动力孔与中部分流环孔之间的连接部分上设有一圈均匀分布、用于分散中间空气的分散孔。靠近中心位置的气流由于受外围汇聚气流影响，所以设置分散孔有利于分散中间空气。所述外层扰流环孔的外周还设有一圈均匀分布、用于聚拢外围气流的聚拢孔。外周由于没有气流，气流会主要往中心方向走，所以设置聚拢孔有利于聚拢外围气流。所述扰流板为方形，四角上还设有安装孔。安装孔用于将扰流板固定安装在相应的位置上，比如，安装在电堆的进空气一侧。
[0023]电堆的空气出口一侧口径逐渐缩小形成集风罩，气流轴向进入风扇叶轮后，在旋
转叶轮的流道中沿着轴线方向流动，当叶轮旋转时，气体从进风口轴向进入叶轮，受到叶轮上叶片的推挤而使气体的能量升高，然后气体导入集风罩，进一步将气体动能转换为压力能。
[0024]本专利技术便携式空冷燃料电池系统通过在底座和外壳之间分别设有插接配合的插接公头和插接母头，从而可以实现快速的插接，安装和拆卸均非常方便。采用适配48V DC，耐压0～30A的电源接线，并且，插接公头和插接母头之间集成有在插接配合时各自导通的电源连接线和信号连接线，从而不需要像常规燃料电池系统那样进行复杂的接线连接。
[0025]本专利技术适合于5kW以下的小型空冷燃料电池系统的应用场景，如基站备用电源、低速二轮车、便携电源等。这些场景需要较为便捷的应用体验，本专利技术的快速接插优势可进行便捷维修、快速更换，大幅提升效率。本专利技术可以进行模块化组合，以增加输出功率，如多模块并联本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种便携式空冷燃料电池系统，包括空冷电堆、氢气子系统、散热子系统和电气集成模块，其特征在于，所述便携式空冷燃料电池系统包括插接配合的底座和外壳，所述空冷电堆、氢气子系统、散热子系统和电气集成模块均设于所述外壳内，所述底座设有用于外接用电设备的电源输出接口和检测信号传输接口，所述底座和外壳之间分别设有插接配合的插接公头和插接母头，插接公头和插接母头之间集成有在插接配合时各自导通的电源连接线和信号连接线，其中，位于底座内的电源连接线连接插接公头和电源输出接口，信号连接线连接插接公头和检测信号传输接口；位于外壳内的电源连接线和信号连接线各自连接插接母头和电气集成模块。2.根据权利要求1所述的便携式空冷燃料电池系统，其特征在于，以所述外壳设有插接母头一端作为底部，所述空冷电堆的相对两侧分别设有空气进口和空气出口，空气进口和空气出口分别朝向外壳的两侧侧壁，且外壳侧壁上分别对应设有进气口和排气口；散热子系统包括设于空冷电堆的空气进口一侧的扰流板和设于空冷电堆的空气出口一侧的风扇。3.根据权利要求2所述的便携式空冷燃料电池系统，其特征在于，所述进气口与排气口分别设有防尘挡板。4.根据权利要求2所述的便携式空冷燃料电池系统，其特征在于，所述外壳的顶面还设有便于操作的把手。5.根据权利要求2所述的便携式空冷燃料电池系统，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹家辉，全明容，蔡彬，李洪军，孙士琦，丁佳力，向德成，王习鹏，王畅，王健，仇鹏飞，
申请(专利权)人：浙江天能氢能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：