燃料电池系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种燃料电池系统，包括燃料电池堆、电源管理系统和输送泵以及燃料电池热管理系统，燃料电池热管理系统包括冷却系统；冷却系统采用串联或者串并联组合的方式冷却燃料电池堆、电源管理系统以及输送泵，其中，电源管理系统和输送泵沿冷却介质的流动方向设置在燃料电池堆的上游。根据本实用新型专利技术的燃料电池系统，通过燃料电池热管理系统对燃料电池产生的热量进行综合管理，电源管理系统和输送泵沿冷却介质的流动方向设置在燃料电池堆的上游，冷却介质先冷却产热量小的部件，再冷却产热量大的部件，能够有效的减小冷却介质用量，提高热交换效率，使燃料电池系统各个部件有效散热，提高燃料电池系统效率、降低燃料电池系统运行成本。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及燃料电池领域，具体而言，涉及一种燃料电池系统。
技术介绍
燃料电池是一种环保、高效、长寿命的发电装置。以质子交换膜燃料电池(PEMFC)为例，燃料气体从阳极侧进入，氢原子在阳极失去电子变成质子，质子穿过质子交换膜到达阴极，电子同时经由外部回路也到达阴极，在阴极质子、电子与氧气结合生成水。燃料电池采用非燃烧的方式将化学能转化为电能，由于不受卡诺循环的限制其直接发电效率可高达45%。以电池堆为核心发电装置，燃料电池系统集成了电源管理和热量管理等模块，具有热、电、水、气统筹管理的特征。燃料电池系统产品从固定式电站，到移动式电源；从电动汽车，到航天飞船；从军用装备，到民用产品，均有着广泛的应用空间。通常燃料电池的气体供应由空气泵提供，空气泵的效率约为30 80%。在空气泵输送空气时，空气泵自身也会产生一部分的热量，约为泵输入功率的70 20%。同时，在燃料电池系统中，电源管理系统在工作时也会产生热能，约为输出电能的5 10%。这些产热部件产生的热量如果不及时转移出去会使产热部件的温度超过规定温度从而影响到性能及寿命。同时，如果可以有效利用这部分热量，还可以提高系统的效率。燃料电池作为供电电源使用时，产热效率约为70 % 50 %，热量一部分通过循环冷却介质带走，一部分通过尾气带走。循环冷却介质带走的热量通常为50 70%，尾气带走的热量通常为50 30%。现有的技术调研发现，目前燃料电池的研究主要集中在如何实现燃料电池堆的有效冷却，没有形成高效的综合热管理优化系统，同时燃料电池堆、尾气以及燃料电池堆运行过程中电气等附件产生的热量未被有效利用，这会增加燃料电池的运行成本。
技术实现思路
本技术旨在提供一种提高燃料电池系统效率、降低燃料电池系统运行成本的燃料电池系统。本技术提供了一种燃料电池系统，包括，燃料电池堆、电源管理系统和输送泵，燃料电池系统还包括燃料电池热管理系统，燃料电池热管理系统包括冷却系统；冷却系统采用串联或者串并联组合的方式冷却燃料电池堆、电源管理系统以及输送泵，其中，电源管理系统和输送泵沿冷却介质的流动方向设置在燃料电池堆的上游。进一步地，燃料电池系统为不间断电源系统，冷却系统还包括散热器，散热器沿冷却介质的流动方向设置在燃料电池堆的下游。进一步地，冷却系统采用串联的方式冷却燃料电池系统，输送泵、电源管理系统、燃料电池堆以及散热器沿冷却介质的流动方向依次设置。进一步地，冷却系统采用串并联组合的方式冷却燃料电池系统，输送泵和电源管理系统并联设置，然后沿冷却介质的流动方向依次设置燃料电池堆和散热器。进一步地，燃料电池系统为热电联供系统；燃料电池堆包括燃料电池堆本体和用于冷却燃料电池堆本体的燃料电池堆换热器；冷却系统还包括用于吸收尾气热量的尾气换热器。进一步地，冷却系统采用串联的方式冷却燃料电池系统；输送泵、电源管理系统、燃料电池堆换热器沿冷却介质的流动方向依次串联设置；尾气换热器沿冷却系统的第一冷却管路的冷却介质的流动方向串联设置在燃料电池堆换热器的下游或者由冷却系统的第二冷却管路冷却，第一冷却管路与第二冷却管路并联。进一步地，冷却系统采用串并联组合的方式冷却燃料电池系统；输送泵和电源管理系统并联设置，然后与燃料电池堆换热器沿冷却介质的流动方向串联设置；尾气换热器沿冷却系统的第一冷却管路的冷却介质的流动方向串联设置在燃料电池堆换热器的上游或者由冷却系统的第二冷却管路冷却，第一冷却管路与第二冷却管路并联。进一步地，输送泵和电源管理系统采用外部缠绕冷却管路或者在产热部位安装冷却夹套的方式冷却。、根据本技术的燃料电池系统，通过燃料电池热管理系统对燃料电池产生的热量进行综合管理，电源管理系统和输送泵沿冷却介质的流动方向设置在燃料电池堆的上游，即冷却介质先冷却产热量小的部件，再冷却产热量大的部件，能够有效的减小冷却介质用量，提高热交换效率，使燃料电池系统各个部件有效散热，提高燃料电池系统效率、降低燃料电池系统运行成本。附图说明构成本申请的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中图I是根据本技术的燃料电池系统的第一实施例的结构示意图；图2是根据本技术的燃料电池系统的第二实施例的结构示意图；图3是根据本技术的燃料电池系统的第三实施例的结构示意图；以及图4是根据本技术的燃料电池系统的第四实施例的结构示意图。具体实施方式下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。如图I至4所示，根据本技术的燃料电池系统，包括，燃料电池堆30、电源管理系统20和输送泵10，燃料电池系统还包括燃料电池热管理系统，燃料电池热管理系统包括冷却系统；冷却系统采用串联或者串并联组合的方式冷却燃料电池堆30、电源管理系统20以及输送泵10，其中，电源管理系统20和输送泵10沿冷却介质的流动方向设置在燃料电池堆30的上游。本技术的燃料电池系统，通过燃料电池热管理系统对燃料电池系统产生的热量综合管理，电源管理系统20和输送泵10沿冷却介质的流动方向设置在燃料电池堆30的上游，即冷却介质先冷却产热量小的部件，再冷却产热量大的部件，能够有效的减小冷却介质用量，提高热交换效率，使燃料电池系统各个部件有效散热。如图I所示，根据本技术的第一实施例，燃料电池系统为不间断电源系统，SP燃料电池系统仅提供电能，燃料电池热管理系统的主要功能为有效冷却系统各个部件，防止散热不充分而导致系统部件高温，影响系统供电性能。输送泵10为燃料电池堆30沿S3所示方向输送空气等物质，燃料沿图示S6方向输送到燃料电池堆30。燃料电池堆30电化学反应产生电能，同时产生一定热量。燃料电池热管理系统的冷却系统还包括散热器60，冷却系统吸收燃料电池系统发电过程中产生的热量，冷却介质吸收的热量最终由散热器60散发到周围环境中，电池堆产生的阳极尾气和阴极尾气沿S4和S5所示方向直接排放大气。冷却系统采用串联的方式冷却燃料电池系统，输送泵10、电源管理系统20、燃料电池堆30以及散热器60沿冷却介质的流动方向依次设置，散热器60的出口端与输送泵冷却装置11的入口端连接构成冷却介质循环回路，回路中设置有液体泵33提供冷却介质循环的动力。由于输送泵10、电源管理系统20产热量均较小，冷却系统中也可以采用电源管理系统20、输送泵10、燃料电池堆30以及散热器60依次设置。散热器60沿冷却介质的流动方向设置在燃料电池堆30的下游，经过燃料电池堆30的冷却介质由于带走了燃料电池堆30产生的大量热量而温度较高，此时冷却介质温度 和环境温度的温差较大，有利于散发冷却介质中含有的热量，能以更小的能耗散出同样的热量，有利于提高燃料电池系统效率、降低燃料电池系统运行成本。优选地，散热器60具有风扇61，当冷却介质温度过高时，启动风扇61促进散热，有利于将冷却介质更快的降低到合适的温度，保障系统的正常运行。如图2所示，根据本技术的第二实施例，冷却系统采用串并联组合的方式冷却燃料电池系统，输送泵冷却装置11和电源管理系统冷却装置21并联设置，然后沿冷却介质的流动方向依次设置燃料电池堆30和散热器60。由于输送泵10、电源管理系统20产热量相对燃料电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统，包括，燃料电池堆、电源管理系统和输送泵，其特征在于，所述燃料电池系统还包括燃料电池热管理系统，所述燃料电池热管理系统包括冷却系统；所述冷却系统采用串联或者串并联组合的方式冷却所述燃料电池堆、所述电源管理系统以及所述输送泵，其中，所述电源管理系统和所述输送泵沿冷却介质的流动方向设置在所述燃料电池堆的上游。

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池系统，包括，燃料电池堆、电源管理系统和输送泵，其特征在于， 所述燃料电池系统还包括燃料电池热管理系统，所述燃料电池热管理系统包括冷却系统； 所述冷却系统采用串联或者串并联组合的方式冷却所述燃料电池堆、所述电源管理系统以及所述输送泵，其中，所述电源管理系统和所述输送泵沿冷却介质的流动方向设置在所述燃料电池堆的上游。2.根据权利要求I所述的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池系统为不间断电源系统，所述冷却系统还包括散热器，所述散热器沿冷却介质的流动方向设置在所述燃料电池堆的下游。3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，所述冷却系统采用串联的方式冷却所述燃料电池系统，所述输送泵、所述电源管理系统、所述燃料电池堆以及所述散热器沿冷却介质的流动方向依次设置。4.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，所述冷却系统采用串并联组合的方式冷却所述燃料电池系统，所述输送泵和所述电源管理系统并联设置，然后沿冷却介质的流动方向依次设置所述燃料电池堆和所述散热器。5.根据权利要求I所述的燃料电池系统，其特征在于， 所述燃料电池系统为热电联供系统； 所述燃料电池堆包括燃料电...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤浩，杨海玉，雷姣，方源，张占奎，
申请(专利权)人：中国东方电气集团有限公司，
类型：实用新型
国别省市：