一种氢燃料电池的吹扫系统及其发动机技术方案

本发明专利技术提供了一种氢燃料电池的吹扫系统及其发动机，属于电堆吹扫技术领域，解决了现有技术吹扫不均匀、存在吹扫盲区的问题。该装置包括电堆PACK壳体，设于该壳体内的电堆、吹扫流道，设于该壳体外的空压机、中冷器。该壳体的一外侧壁上设有宝塔式进气吹扫口，该侧壁的顶部以及其对侧壁的顶部上设有与外界空气连通的电堆出风口，该侧壁的内侧设有与宝塔式进气吹扫口连通的吹扫流道组。吹扫流道组进一步包括多条纵向流道和一条贯穿所有纵向流道的横向流道。在纵向流道、横向流道的不同位置上分别设有用于对电堆各部位进行吹扫的内部吹扫出风口。空压机的输出端经中冷器后一路接电堆的空气进口为电堆发电供气，另一路接宝塔式进气吹扫口。进气吹扫口。进气吹扫口。

【技术实现步骤摘要】
一种氢燃料电池的吹扫系统及其发动机


[0001]本专利技术涉及电堆吹扫
，尤其涉及一种氢燃料电池的吹扫系统及其发动机。

技术介绍

[0002]随着新能源技术的不断发展，氢燃料电池因其能量转化效率高、运行无燃爆噪声、产物无污染，被广泛关注。为了使氢燃料电池能够稳定运行，电堆通常被封装于防护等级为IP68&IP6K9K的金属封装箱内部，形成电堆PACK壳体。随着燃料电池的不断运行，以及受到双极板密封胶圈的永久压缩回弹能力的限制，电堆PACK壳体内的双极板密封存在部分氢气外漏，严重影响电堆的安全稳定运行。
[0003]为了解决封装箱内部的氢气泄露问题，通常需要对封装箱体采用内部通风方案，进行气体稀释，从而避免壳体内部氢气浓度的上升。常用的内部通风方案有3种。
[0004]第一种参见专利CN201811015071.3，采用外部较小的轴流风机对电堆PACK壳体内部吹扫，通过控制风机的输出功率，调节进入电堆封装内部进气流量，进而控制电堆模块内部的气体浓度，从封装内部吹出的气体外排至大气，电堆内部泄露的氢气得到迅速散逸，以而保证了电堆的氢气外漏安全。缺点在于，随着电堆运行时间的加长，电堆外部泄露量会逐渐增大，对吹扫气体的需求也随之增加，因此对外部轴流风机的吹扫需要进行变参控制；另外，单独建立气路吹扫，系统设计比较复杂，零部件偏多，发动机故障率显著增加。
[0005]第二种参见专利CN202110475400.8，从发动机空气供给支路中进行气体分流，作为气源对电堆内部吹扫。该方法能够节省一定的零部件，简化发动机系统设计构成。但即使从发动机空气供给支路中做气体分流，但到达电堆壳体内部吹扫气的流动路径仍无法快速达到封装壳体内部各点，致使壳体内部仍然存在局部氢气浓度升高风险，尤其在一些特殊工况条件下，外排管路混合氢气后倒流到电堆封装箱体内部，与泄漏的氢气混合，在电堆内部高低压电气的作用下，存在一定的爆炸风险。
[0006]第三种参见专利CN202220289259.2，由于氢气的密度比较小的特点，出现泄漏后氢气会第一时间散逸到封装壳体顶部，部分电堆结构集成厂商在电堆壳体上部优化设计气体倒流槽，在上述进风方案不变的情况下，通过顶部导流槽进行氢气的导出和外排。该方案虽然能够将一部分气体倒流出去，但封装箱体上盖开设各种流向的导流槽道，极大浪费电堆封装的布置空间，部分区域无气体流动仍然存在氢气聚集的风险。
[0007]因此，如何能够让电堆内部吹扫气体流动更加合理有序，让吹扫流道加工成本得到合理降低，开发简单实用的吹扫流道，是目前丞需解决的技术难题。

技术实现思路

[0008]鉴于上述的分析，本专利技术实施例旨在提供一种氢燃料电池的吹扫系统及其发动机，用以解决现有技术吹扫不均匀、存在吹扫盲区的问题。
[0009]一方面，本专利技术实施例提供了一种氢燃料电池的吹扫系统，包括电堆PACK壳体，设
于该壳体内的电堆、吹扫流道，设于该壳体外的空压机、中冷器；
[0010]该壳体的一外侧壁上设有宝塔式进气吹扫口，该侧壁的顶部以及其对侧壁的顶部上设有至少一个与外界空气连通的电堆出风口，该侧壁的内侧设有与宝塔式进气吹扫口连通的吹扫流道组；吹扫流道组进一步包括多条纵向流道和一条贯穿所有纵向流道的横向流道；在纵向流道、横向流道的不同位置上分别设有用于对电堆各部位进行吹扫且平衡流道内气体流量与压力的内部吹扫出风口；
[0011]空压机的输出端经中冷器后一路接电堆的空气进口为电堆发电供气，另一路接宝塔式进气吹扫口为电堆吹扫供气。
[0012]上述技术方案的有益效果如下：在发动机冷却用中冷器后端取气，气体温度事宜，满足电堆内部吹扫要求。气体循环路径充分考虑密封的电堆PACK壳体内部电堆的泄露情况，通过设计不同点位的气体散逸点(内部吹扫出风口)，对各层级和各位置电堆的泄露点进行吹扫，简洁明了地对电堆进行多维度吹扫，吹扫气体散布均匀，封装箱体内部无气体积存死区，最终混合后气体外排至电堆PACK壳体外部。
[0013]基于上述装置的进一步改进，在空压机、中冷器之间的连接管路以及中冷器至宝塔式进气吹扫口之间的连接管路内均设置绕制的弹簧钢丝，以避免发动机启停过程中的负压影响连接管路的形状；并且，
[0014]弹簧钢丝的绕制形状与连接管路内部形状匹配。
[0015]进一步，在电堆PACK壳体上，纵向流道、横向流道的外侧均设置有用于改善流道结构强度的加强筋；并且，
[0016]宝塔式进气吹扫口、纵向流道、横向流道均设置于电堆PACK壳体的电堆封装后端盖板上；电堆PACK壳体内的电堆数量不止一个，通过压装或堆叠方式存放；
[0017]电堆封装后端盖板上纵向流道、横向流道的密封方式为：分别预制下沉式流道、盖板，且该下沉式流道和盖板通过搅拌摩擦焊进行一体成型。
[0018]进一步，氢燃料电池的吹扫系统还包括氢气浓度检测装置；并且，
[0019]该氢气浓度检测装置设置于电堆PACK壳体上电堆出风口的外侧，其传感器探头伸入所述电堆出风口内，以采集电堆出风口处的氢气浓度；
[0020]氢气浓度检测装置，用于监测到电堆出风口处的氢气浓度；以及，识别所述氢气浓度超过设计标准值时，向燃料电池控制器发出电堆内氢气浓度超标的预警，以使氢燃料电池紧急停机。
[0021]进一步，吹扫流道的外部气源供气管路采用异形硅橡胶管路；并且，
[0022]宝塔式进气吹扫口与吹扫流道之间密封连接；
[0023]电堆PACK壳体上无拉杆、无碟簧，其壳体包括通过搅拌摩擦焊焊接工艺形成的框梁式结构；在电堆PACK壳体的双侧设计法兰式悬置安装固定耳，以用于氢燃料电池在各车型上搭载；在电堆PACK壳体上还设有用于观测和拆装电堆铜排的维护入口。
[0024]进一步，在吹扫流道组上对电堆中每一存在氢气泄露的泄露点设置一个内部吹扫出风口，用于气体散逸；并且，
[0025]每一电堆出风口处均设置有用于气体单向流动的防水透气阀。
[0026]进一步，纵向流道的数量为4，从左到右依次为等距排布的第一纵向流道、第二纵向流道、第三纵向流道、第四纵向流道；并且，内部吹扫出风口进一步包括：
[0027]第一内部吹扫出风口，设置于第一纵向流道的顶端；
[0028]第二内部吹扫出风口，设置于第一纵向流道的底端；
[0029]第三内部吹扫出风口，设置于横向流道上第一纵向流道、第二纵向流道的中间位置；
[0030]第四内部吹扫出风口，设置于第二纵向流道的顶端；
[0031]第五内部吹扫出风口，设置于第二纵向流道的底端；
[0032]第六内部吹扫出风口，设置于第三纵向流道的顶端；
[0033]第七内部吹扫出风口，设置于横向流道上第三纵向流道、第四纵向流道的中间位置；
[0034]第八内部吹扫出风口，设置于第四纵向流道的顶端；
[0035]第九内部吹扫出风口，设置于第四纵向流道的底端。
[0036]进一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氢燃料电池的吹扫系统，其特征在于，包括电堆PACK壳体，设于该壳体内的电堆、吹扫流道，设于该壳体外的空压机、中冷器；该壳体的一外侧壁上设有宝塔式进气吹扫口(1)，该侧壁的顶部以及其对侧壁的顶部上设有至少一个与外界空气连通的电堆出风口(3)，该侧壁的内侧设有与宝塔式进气吹扫口(1)连通的吹扫流道组；吹扫流道组进一步包括多条纵向流道和一条贯穿所有纵向流道的横向流道；在纵向流道、横向流道的不同位置上分别设有用于对电堆各部位进行吹扫且平衡流道内气体流量与压力的内部吹扫出风口(2)；空压机的输出端经中冷器后一路接电堆的空气进口为电堆发电供气，另一路接宝塔式进气吹扫口(1)为电堆吹扫供气。2.根据权利要求1所述的氢燃料电池的吹扫系统，其特征在于，在空压机、中冷器之间的连接管路以及中冷器至宝塔式进气吹扫口(1)之间的连接管路内均设置绕制的弹簧钢丝，以避免发动机启停过程中的负压影响连接管路的形状；并且，弹簧钢丝的绕制形状与连接管路内部形状匹配。3.根据权利要求1或2所述的氢燃料电池的吹扫系统，其特征在于，在电堆PACK壳体上，纵向流道、横向流道的外侧均设置有用于改善流道结构强度的加强筋；并且，宝塔式进气吹扫口(1)、纵向流道、横向流道均设置于电堆PAC K壳体的电堆封装后端盖板上；电堆PACK壳体内的电堆数量不止一个，通过压装或堆叠方式存放；电堆封装后端盖板上纵向流道、横向流道的密封方式为：分别预制下沉式流道、盖板，且该下沉式流道和盖板通过搅拌摩擦焊进行一体成型。4.根据权利要求3所述的氢燃料电池的吹扫系统，其特征在于，还包括氢气浓度检测装置；并且，该氢气浓度检测装置设置于电堆PACK壳体上电堆出风口(3)的外侧，其传感器探头伸入所述电堆出风口(3)内，以采集电堆出风口(3)处的氢气浓度；氢气浓度检测装置，用于监测到电堆出风口(3)处的氢气浓度；以及，识别所述氢气浓度超过设计标准值时，向燃料电池控制器发出电堆内氢气浓度超标的预警，以使氢燃料电池紧急停机。5.根据权利要求4所述的氢燃料电池的吹扫系统，其特征在于，吹扫流道的外部气源供气管路采用异形硅橡胶管路；并且，宝塔式进气吹扫口(1)与吹扫流道之间密封连接；电堆PACK壳体上无拉杆、无碟簧，其壳体包括通过搅拌摩擦焊焊接工艺形成的框梁式结构；在电堆PACK壳体的双侧设计法兰式悬置安装固定耳，以用于氢燃料电池在各车型上搭载；在电堆PACK壳体上还设有用于观测和拆装电堆铜排的维护入口。6.根据权利要求5所述的氢燃料电池的吹扫系统，其特征在于，在吹扫流道组上对电堆中每一存在氢气泄露的泄露点设置一个内部吹扫出风口(2)，用于气体散逸；并且，每一电堆出风口(3)处均设置有用于气体单向流动的防水透气阀。7.根据权利要求6所述的氢燃料电池的吹扫系统，其特征在于，纵向流道的数量为4，从左到右依次为等距排布的第一纵向流道(5.1)、第二纵向流道(5.2)、第三纵向流道(5.3)、第四纵向流道(5.4)；并且，内部吹扫出风口(2)进一步包括：第一内部吹扫出风口(2.1)，设置于第一纵向流道(5...

【专利技术属性】
技术研发人员：李飞强，董志亮，周宝，高云庆，方川，
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：