一种燃料电池系统技术方案

本申请提供一种燃料电池系统，包括电堆、空压机、中冷器、分水器、增湿器及尾排管，增湿器具有第一入口、第一出口、第二入口和第二出口，空压机通过中冷器与第一入口连通，第一出口与电堆的阴极入口连通，电堆的阴极出口与第二入口连通，空气依次流经空压机、中冷器、第一入口、第一出口、电堆的阴极入口、电堆的阴极出口、第二入口、第二出口后从尾排管排出，电堆的阳极与分水器连通，分水器与第二入口连通。本申请的增湿器能够充分利用自身生成的水，不断地循环利用，通过增湿器干侧入口和湿侧入口之间的湿热交换和水分传输，最终使进入电堆阴极的空气满足反应要求，确保系统寿命。确保系统寿命。确保系统寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池系统


[0001]本申请涉及燃料电池
，具体的，涉及一种燃料电池系统。

技术介绍

[0002]随着空气污染的日益加重，近年来全世界各国都在积极寻找无污染的绿色能源。由于燃料电池的燃料是氢和氧，生成物是清洁的水，它本身工作不产生一氧化碳和二氧化碳，也没有硫和微粒排出，是真正的绿色能源。
[0003]温度和湿度对燃料电池的使用至关重要，控制不当会严重影响燃料电池的性能及寿命，对于对向流的燃料电池来说，进气温度过高容易导致入口膜电极变干失效；相对湿度过低同样容易导致膜电极变干，性能下降，且容易形成针孔，最终导致氢空互窜，相对湿度过高则容易造成水淹，导致性能变差。
[0004]随着大功率燃料电池的商用化，尤其是大功率重卡使用工况，受限于整车的布置空间，散热能力受到限制，这就要求系统的操作温度不断提高，导致增湿器干侧入口温度（与电堆冷却入口温度相当）和增湿器的湿侧入口温度（与电堆冷却出口温度相当）变高，导致阴极入口处空气温度同步升高，相对湿度降低，由于浓差作用，膜电极的含水量反而逐渐降低最终导致膜干烧穿故障。
[0005]因此，现有技术亟需解决由于增湿器干侧入口温度过高导致的电堆的阴极入口温度过高的问题。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术中由于散热不足导致的电堆阴极入口温度过高导致膜电极干烧的问题，本申请通过将分水器内的水通入增湿器的湿侧入口，利用水分蒸发散热降低增湿器干侧入口处温度，进而达到降低电堆阴极入口温度的目的。
[0007]为了解决上述技术问题，本申请提供一种燃料电池系统，包括电堆、空压机、中冷器、分水器、增湿器及尾排管，所述增湿器具有第一入口、第一出口、第二入口和第二出口，所述空压机通过中冷器与所述第一入口连通，所述第一出口与所述电堆的阴极入口连通，所述电堆的阴极出口与所述第二入口连通，空气依次流经空压机、中冷器、所述第一入口、所述第一出口、所述电堆的阴极入口、所述电堆的阴极出口、所述第二入口、所述第二出口后从所述尾排管排出，所述电堆的阳极与所述分水器连通，所述分水器与所述第二入口连通。本申请的分水器与电堆的阳极连通，分水器用于分离和存储电堆阳极产生的液体水，由于分水器与增湿器的第二入口（湿侧入口）连通，分水器内的水可以流入增湿器的第二入口，从第二入口进入增湿器的水蒸发吸热，能够有效降低第一入口（干侧入口）处的空气温度，同时，更多的水分从第二入口传输到第一入口能够提升从第一入口处进入的空气湿度，从而确保从第一出口处流出的空气的温度和湿度能够满足电堆的使用需求，不至于使膜电极变干烧坏。本申请的增湿器能够充分利用自身生成的水，不断地循环利用，通过增湿器干侧入口（第一入口）和湿侧入口（第二入口）之间的湿热交换和水分传输，最终使进入电堆阴
极的空气满足反应要求，确保系统寿命。相比其他的增湿方案，本申请不需要额外的功耗，系统效率高，增湿器的使用寿命长。
[0008]作为优选，所述分水器上设置有第一电磁阀，所述分水器通过所述第一电磁阀与所述第二入口连通。通过在分水器和第二入口之间设置第一电磁阀，可以通过第一电磁阀控制分水器与第二入口之间是否导通，可以选择性的当电堆的阴极入口处温度或湿度不满足电堆的工作需求时开启第一电磁阀，此时分水器内的水可以通入到第二入口，进而与第一入口处发生湿热交换，使得从第一出口排出的空气满足使用需求。
[0009]作为优选，所述分水器上设置有第二电磁阀，所述分水器通过所述第二电磁阀与所述尾排管连通。分水器通过第二电磁阀与尾排管导通，当电堆的阴极入口处的空气的温度和湿度满足反应需求时，此时无需调整电堆阴极入口处的空气状态，故此时第一电磁阀关闭，为了便于分水器内的水分排出，在分水器和尾排管之间设置第二电磁阀，此时控制第二电磁阀导通即可完成分水器内的水分排放。
[0010]作为优选，还包括控制器，所述控制器能控制所述第一电磁阀或所述第二电磁阀启闭。本申请通过设置控制器，控制器能够根据电堆的阴极入口处的空气状态选择性的开启第一电磁阀或第二电磁阀以决定是否改变电堆阴极入口处的空气状态。
[0011]作为优选，所述第一入口处设置有第三电磁阀，所述第二出口处设置有第四电磁阀，所述空压机停止工作时，所述第三电磁阀和所述第四电磁阀关闭。由于部分氢气能够通过第一电磁阀进入到增湿器内，当空压机停止工作时，需要将增湿器的第一入口和第二出口关闭，使得氢气不会窜到高压器件，保证安全的同时起到密封保氢的功能。
[0012]作为优选，所述中冷器与所述尾排管之间设置有第五电磁阀。中冷器和尾排管连通，中冷器和尾排管之间设置第五电磁阀，第五电磁阀开启时能够旁通部分空气流量，防止发生喘振，另外能够对尾排管内的氢气进行稀释，防止氢气排放浓度过高导致安全问题。
[0013]作为优选，所述第二入口和所述第二出口之间设置有旁通管路，所述旁通管路上设置有第六电磁阀。当电堆阴极入口处的空气湿度过高时，此时可以打开第六电磁阀，使得部分湿空气旁通过增湿器，最终进入增湿器第二入口处的湿空气的流量减少，进而减少了增湿器湿侧和干侧之间的水分传输，最终提高了电堆阴极入口处的空气湿度。
[0014]作为优选，所述第一出口和所述电堆的阴极入口之间设置有第一温压传感器，所述第二入口和所述电堆的阴极出口之间设置有第二温压传感器。增湿器第一出口和电堆的阴极入口之间设置第一温压传感器能够检测电堆阴极入口处的空气的温度和压力，电堆阴极出口和增湿器第二入口之间设置第二温压传感器能够检测电堆阴极出口处的空气的温度和压力。
[0015]作为优选，所述电堆的冷却液入口设置有第一温度传感器，所述电堆的冷却液出口设置有第二温度传感器。第一温度传感器和第二温度传感器能够检测流入和流出电堆的冷却液的温度。
[0016]作为优选，所述空压机的空气入口处还设置有流量计。通过在空压机的入口处设置流量计，流量计能够测算进入空压机的空气流量。
[0017]与现有技术相比，本申请至少有如下技术效果：本申请的分水器与电堆的阳极连通，分水器用于分离和存储电堆阳极产生的液体水，由于分水器与增湿器的第二入口（湿侧入口）连通，分水器内的水可以流入增湿器的第二入口，从第二入口进入增湿器的水蒸发吸
热，能够有效降低第一入口（干侧入口）处的空气温度，同时，更多的水分从第二入口传输到第一入口能够提升从第一入口处进入的空气湿度，从而确保从第一出口处流出的空气的温度和湿度能够满足电堆的使用需求，不至于使膜电极变干烧坏。本申请的增湿器能够充分利用自身生成的水，不断地循环利用，通过增湿器干侧入口（第一入口）和湿侧入口（第二入口）之间的湿热交换和水分传输，最终使进入电堆阴极的空气满足反应要求，确保系统寿命。相比其他的增湿方案，本申请不需要额外的功耗，系统效率高，增湿器的使用寿命长。
附图说明
[0018]图1是本申请的燃料电池系统的结构示意图。
[0019]图中所标注的各个部件的名称如下：1、控制器；2、流量计；3、空压机；4、中冷器；5、增湿器；51、第一入口；52、第一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池系统，包括电堆、空压机、中冷器、分水器、增湿器及尾排管，所述增湿器具有第一入口、第一出口、第二入口和第二出口，所述空压机通过中冷器与所述第一入口连通，所述第一出口与所述电堆的阴极入口连通，所述电堆的阴极出口与所述第二入口连通，空气依次流经空压机、中冷器、所述第一入口、所述第一出口、所述电堆的阴极入口、所述电堆的阴极出口、所述第二入口、所述第二出口后从所述尾排管排出，其特征在于，所述电堆的阳极与所述分水器连通，所述分水器与所述第二入口连通。2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述分水器上设置有第一电磁阀，所述分水器通过所述第一电磁阀与所述第二入口连通。3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，所述分水器上设置有第二电磁阀，所述分水器通过所述第二电磁阀与所述尾排管连通。4.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括控制器，所述控制器能控制所述第一电磁阀或所述第二电磁阀启闭。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋恩杰，何一凡，施昕，王琦，翟双，
申请(专利权)人：上海重塑能源科技有限公司，
类型：新型
国别省市：