一种燃料电池能量管理系统技术方案

本申请涉及一种燃料电池能量管理系统，包括燃料电池电堆、氢气系统、空气系统和冷却系统，所述燃料电池电堆分别与所述氢气系统、所述空气系统、所述冷却系统连接；所述氢气系统包括通过氢气管路依次连接的储氢瓶、电磁阀、第一涡轮及第一传感器；所述第一传感器与所述燃料电池电堆连接，所述第一涡轮与所述空气系统连接；所述空气系统包括通过空气管路依次连接的空气滤清器、第二涡轮、中冷器和第二传感器，所述第二传感器与所述燃料电池电堆连接，所述第二涡轮与所述第一涡轮同轴连接。本申请利用氢气的高压势能来压缩空气，进而有效节约能源并提高系统效率，能够将电堆运行产生的废热供给储氢瓶，保证供氢流量的同时有效减小散热器的功耗。热器的功耗。热器的功耗。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池能量管理系统


[0001]本专利技术属于燃料电池
，尤其涉及一种燃料电池能量管理系统。

技术介绍

[0002]氢燃料电池是以氢气为燃料、通过电化学反应将燃料中的化学能转变为电能的发电装置，具有能量转换效率高、零排放、无噪声等优点。氢气的安全、高效和低成本储运是氢能产业链中至关重要的一环。在各种储氢技术中，液态储氢量高，但能耗较高且技术不成熟；高压气态储氢的质量储氢密度较大，且充放氢的速率都很快，但是体积储氢密度相对较低；固态储氢体积储氢密度高、氢气纯度高，但是，其质量储氢量相对较低，且吸放氢过程需要与外界进行热量交换。
[0003]固态高压复合储氢是指利用高平台压力的储氢材料填装的储氢装置，这种储氢方式既有固态储氢体积密度大的优势，同时也有高压储氢充放氢速率快的特点，并且能通过高压充分利用固态储氢粉末堆垛密度有限导致的空闲空间；相对于高压气态储氢，由于固态储氢接近恒压放氢，其持续放氢能力增强。
[0004]在燃料电池系统中，供氢系统氢瓶中的高压氢气需要通过多级减压装置减压至2bar左右进入电堆，在这个过程中损失了大量的压力势能，而空气路和冷却路则需要额外的能量来保证空气(空压机)的进堆压力和冷却液(水泵)的流动，造成能源的浪费，不利于能量的综合利用。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于解决现有的燃料电池系统能源浪费、很难满足实际使用的需要等技术问题，提供一种燃料电池能量管理系统。本申请利用热交换器将电堆的废热供给固态储氢，能够提高系统效率，有效节约能源并降低成本。
[0006]为实现上述目的，本专利技术实施例提出一种燃料电池能量管理系统，包括燃料电池电堆、氢气系统、空气系统和冷却系统，所述燃料电池电堆分别与所述氢气系统、所述空气系统、所述冷却系统连接；
[0007]所述氢气系统包括通过氢气管路依次连接的储氢瓶、电磁阀、第一涡轮及第一传感器；所述第一传感器与所述燃料电池电堆连接，所述第一涡轮与所述空气系统连接；
[0008]所述空气系统包括通过空气管路依次连接的空气滤清器、第二涡轮、中冷器和第二传感器，所述第二传感器与所述燃料电池电堆连接，所述第二涡轮与所述第一涡轮同轴连接。
[0009]作为优选的实施方式，所述第一传感器包括相连接的第一温度传感器和第一压力传感器，所述第一温度传感器与所述第一涡轮连接，所述第一压力传感器与所述燃料电池电堆连接。这样，能够很好的监测进堆氢气的压力和温度。
[0010]作为优选的实施方式，所述第一涡轮与所述第一温度传感器之间设置有减压阀。通过减压阀，能够对氢气进一步减压。
[0011]作为优选的实施方式，所述储氢瓶与所述电磁阀之间设置有用于检测所述储氢瓶出口压力的瓶口压力传感器。
[0012]作为优选的实施方式，所述储氢瓶为固态高压复合储氢瓶。这样，能够提供的高压氢气更多，能用于转换的高压势能也就更多。
[0013]作为优选的实施方式，所述空气滤清器与所述第二涡轮之间设置有空气流量传感器。外界空气通过空气滤清器过滤后，经过第二涡轮增压和中冷器冷却后进入电堆。
[0014]作为优选的实施方式，所述第二传感器包括相连接的第二温度传感器和第二压力传感器，所述第二温度传感器与所述中冷器连接，所述第二压力传感器与所述燃料电池电堆连接。这样，能够很好的监测进堆空气的压力和温度。
[0015]作为优选的实施方式，所述冷却系统包括依次连接的第一水泵、第一三通电磁阀、热交换器、散热器和第二水泵；所述第一水泵与所述储氢瓶连接，所述第二水泵与所述燃料电池电堆连接。
[0016]作为优选的实施方式，所述第一水泵与所述储氢瓶之间设置有第三温度传感器；所述第二水泵与所述燃料电池电堆之间设置有第四传感器。
[0017]作为优选的实施方式，所述第四传感器包括相连接的第四温度传感器和第四压力传感器，所述第四温度传感器与所述第二水泵连接，所述第四压力传感器与所述燃料电池电堆连接。
[0018]作为优选的实施方式，所述冷却系统还包括第一PTC加热器、第二三通电磁阀和第二PTC加热器；所述第一PTC加热器分别与所述第一三通电磁阀、所述储氢瓶、所述热交换器连接；所述第二三通电磁阀分别与所述热交换器、所述第二PTC加热器、所述燃料电池电堆连接；所述第二PTC加热器分别与所述散热器、所述第二水泵连接。
[0019]作为优选的实施方式，所述储氢瓶与所述热交换器之间设置有第五传感器，所述第五传感器包括相连接的第五温度传感器和第五压力传感器；所述第五温度传感器与所述储氢瓶连接；所述第五压力传感器分别与所述第一PTC加热器、所述热交换器连接。
[0020]作为优选的实施方式，所述第二三通电磁阀与所述燃料电池电堆之间设置有第六温度传感器。
[0021]在本申请实施例中，冷却系统包括第一回路和第二回路：其中，第一回路主要用于给储氢瓶供热，以保证储氢瓶在低温时的冷启动和氢气的供给流量；第一回路的冷却液通过第一水泵增压后，通过第一三通电磁阀进入第一PTC加热器或热交换器，然后通过冷却液管路进入燃料电池电堆。第二回路主要用于冷却燃料电池电堆，以保证燃料电池电堆温度正常；第二回路的冷却液通过第二三通电磁阀后，依次经过热交换器、散热器或者依次经过第二PTC加热器，然后经过第二水泵增压后进入燃料电池电堆。
[0022]本申请通过设置第一涡轮和第二涡轮并使其同轴连接形成涡轮传动机构，这样能够很好的利用储氢瓶中氢气的高压势能，储氢瓶中的高压氢气驱动第一涡轮转动，第一涡轮转动将氢气的压力势能转化为机械能，第一涡轮转动带动同轴转动的第二涡轮，第二涡轮转动将空气压缩而实现将第二涡轮转动的机械能转化为空气的压力势能，从而能够很好的利用氢气的高压势能来压缩空气，进而有效节约能源并提高系统效率。通过设置热交换器，能够将燃料电池电堆运行时产生的废热供给储氢瓶，这样能够保证供氢流量的同时有效减小散热器的功耗。本申请能够提高系统效率，有效节约能源并降低成本。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
[0024]图1为本专利技术一实施例的燃料电池能量管理系统的结构示意图。
[0025]本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0026]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
[0027]需要说明，若本专利技术实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、顶、底
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池能量管理系统，其特征在于，包括燃料电池电堆、氢气系统、空气系统和冷却系统，所述燃料电池电堆分别与所述氢气系统、所述空气系统、所述冷却系统连接；所述氢气系统包括通过氢气管路依次连接的储氢瓶、电磁阀、第一涡轮及第一传感器；所述第一传感器与所述燃料电池电堆连接，所述第一涡轮与所述空气系统连接；所述空气系统包括通过空气管路依次连接的空气滤清器、第二涡轮、中冷器和第二传感器，所述第二传感器与所述燃料电池电堆连接，所述第二涡轮与所述第一涡轮同轴连接。2.根据权利要求1所述的燃料电池能量管理系统，其特征在于，所述第一传感器包括相连接的第一温度传感器和第一压力传感器，所述第一温度传感器与所述第一涡轮连接，所述第一压力传感器与所述燃料电池电堆连接。3.根据权利要求2所述的燃料电池能量管理系统，其特征在于，所述第一涡轮与所述第一温度传感器之间设置有减压阀；所述储氢瓶与所述电磁阀之间设置有用于检测所述储氢瓶出口压力的瓶口压力传感器；所述储氢瓶为固态高压复合储氢瓶。4.根据权利要求1所述的燃料电池能量管理系统，其特征在于，所述空气滤清器与所述第二涡轮之间设置有空气流量传感器。5.根据权利要求1所述的燃料电池能量管理系统，其特征在于，所述第二传感器包括相连接的第二温度传感器和第二压力传感器，所述第二温度传感器与所述中冷器连接，所述第二压力传感器与所述燃料电池电堆连接。6.根据权利要求1所述的燃料电池...

【专利技术属性】
技术研发人员：李众宇，
申请(专利权)人：深圳市雄韬电源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：