CN107180980B - 燃料电池系统及有轨电车 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种燃料电池系统及有轨电车，用于安装在有轨电车的车厢顶部，包括：燃料电池以及阴极供气装置，阴极供气装置与燃料电池的阴极连通，用于将有轨电车的车厢中的恒温空气抽入燃料电池的阴极，通过阴极供气装置将车厢内部的恒温空气输送至燃料电池的阴极，使得进入到燃料电池阴极空气的温度适宜，燃料电池处在最佳的工作温度范围内。

Description

燃料电池系统及有轨电车

技术领域

本发明涉及轨道车辆制造技术领域，尤其涉及一种燃料电池系统及有轨电车。

背景技术

随着化石能源的逐渐匮乏，以及燃烧化石能源对环境的污染等问题日渐严峻，寻找新能源来代替化石能源成为亟待解决的问题，其中燃料电池以低污染、高能量密度的优点成为研究的热点，并且将燃料电池应用在有轨电车上已经成为探索的方向。

现有技术中应用在有轨电车的燃料电池一般安装在有轨电车的底盘上，该燃料电池的阳极与储氢装置连通，以通过储氢装置为阳极的化学反应提供氢气；燃料电池的阴极通过管路与外界环境连通，以使空气中的氧气进入燃料电池的阴极进行化学反应。此外，由于燃料电池的发热量较大，还设置了冷却装置为燃料电池冷却降温。

然而，现有技术中燃料电池对于工作温度的要求较高，阴极、阳极的进气温度直接影响到燃料电池的工作温度，由于有轨电车所处的外界环境温度变化较大，因此由大气进入阴极的空气温度不易控制，存在进入阴极的空气温度过高或者过低，燃料电池不能处在最佳的工作温度范围内，导致的燃料电池工作性能不佳的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种燃料电池系统及有轨电车，以解决进入燃料电池阴极的空气温度过高或者过低，使燃料电池不能处在最佳的工作温度范围内，导致的燃料电池工作性能不佳的问题。

本发明提供了一种燃料电池系统，用于安装在有轨电车的车厢顶部，包括：燃料电池以及阴极供气装置，所述阴极供气装置与所述燃料电池的阴极连通，用于将所述有轨电车中的恒温空气抽入所述燃料电池的阴极。

如上所述的燃料电池系统，优选地，所述恒温空气为所述车厢中由所述有轨电车的空调系统排出的空气；或者，所述恒温空气为所述空调系统的排风管路中的空气。

如上所述的燃料电池系统，优选地，还包括三通阀，所述三通阀的出口与所述燃料电池的阴极连通；所述三通阀的第一进口与所述阴极供气装置连通；所述三通阀的第二进口与外界环境中的空气连通。

如上所述的燃料电池系统，优选地，还包括控制器和传感器，所述传感器设置在所述车厢的外部，用于检测所述车厢外部的空气温度；所述控制器用于根据所述传感器检测到的温度控制所述三通阀的连通状态。

如上所述的燃料电池系统，优选地，还包括用于对所述燃料电池降温的冷却装置，所述冷却装置与所述有轨电车的空调系统连通以形成冷却循环回路。

如上所述的燃料电池系统，优选地，还包括储氢装置，所述储氢装置与所述燃料电池的阳极连通，用于为所述燃料电池的阳极供应氢气。

如上所述的燃料电池系统，优选地，还包括空气过滤器，所述空气过滤器设置在所述阴极供气装置与所述燃料电池的阴极之间。

如上所述的燃料电池系统，优选地，所述燃料电池、所述冷却装置和所述储氢装置沿着所述车厢的长度方向布置；且，所述燃料电池设置在所述冷却装置和所述储氢装置之间；或者，所述冷却装置设置在所述燃料电池和储氢装置之间。

如上所述的燃料电池系统，优选地，所述燃料电池系统为两套；两个所述空气过滤器沿所述车厢的宽度方向平行设置；两个所述燃料电池、两个所述冷却装置以及两个所述储氢装置沿所述车厢的长度方向关于两个所述空气过滤器对称设置。

本发明还提供一种有有轨电车，包括车厢、以及如上所述的燃料电池系统，所述燃料电池系统设置在所述车厢顶部。

本发明提供的燃料电池系统，通过阴极供气装置将车厢内部的恒温空气输送至燃料电池的阴极，使得进入到燃料电池阴极空气的温度适宜，燃料电池处在最佳的工作温度范围内。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的燃料电池系统的结构图；

图2为本发明一实施例提供的燃料电池系统由空调系统引入空气的结构图；

图3为本发明一实施例提供的燃料电池系统中燃料电池设置在冷却装置和储氢装置之间的示意图；

图4为本发明一实施例提供的燃料电池系统中冷却装置设置在燃料电池和储氢装置之间的示意图。

附图标记说明：

1、车厢； 2、燃料电池；

3、阴极供气装置； 4、空调系统；

5、三通阀； 6、传感器；

7、冷却装置； 8、储氢装置；

9、空气过滤器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明一实施例提供的燃料电池系统的结构图，请参照图1。本实施例提供一种燃料电池系统，用于安装在有轨电车的车厢1顶部，包括：燃料电池2以及阴极供气装置3，阴极供气装置3与燃料电池2的阴极连通，用于将有轨电车中的恒温空气抽入燃料电池2的阴极。

具体地，燃料电池2是一种通过对阴极和阳极分别输入氧化剂和燃料，以使氧化剂和燃料的化学能转换成电能的装置，本实施例提供的燃料电池系统的氧化剂为氧气，可以将空气作为燃料电池2的阴极反应物。阴极供气装置3可以是任何一种能够输送空气的装置，例如：风机或者压缩机；阴极供气装置3具有进气口和出气口，出气口与燃料电池2的阴极连通，进气口可以与车厢1内部连通，优选地，进气口与车厢1可以通过导气管连通，车厢1的顶部开设有通孔，导气管一端与阴极供气装置3连接，导气管的另一端由通孔伸入到车厢1内部。

具体地，有轨电车的车厢1内部会保持适合乘客的恒定温度，本领域的技术人员很容易想到，此恒定温度为一个范围，例如15℃-30℃，而燃料电池2的最佳工作温度范围一般为0℃-40℃，因此在此恒定温度下，燃料电池2处于最佳工作状态；阴极供气装置3通过导气管从车厢1内部抽取具有恒定温度的空气，并将空气输送至燃料电池2的阴极，使空气中的氧气在阴极发生化学反应。

本实施例提供的燃料电池系统，通过阴极供气装置3将车厢1内部的恒温空气输送至燃料电池2的阴极，使得进入到燃料电池2阴极空气的温度适宜，燃料电池2处在最佳的工作温度范围内。

图2为本发明一实施例提供的燃料电池系统由空调系统引入空气的结构图，请参照图2。具体地，恒温空气为车厢1中由有轨电车的空调系统4排出的空气；或者，恒温空气为空调系统4的排风管路中的空气。有轨电车的空调系统4向车厢1内部输入空气，以调节车厢1内部的温度，阴极供气装置3吸取车厢1内部的空气，输送至燃料电池2的阴极。或者，阴极供气装置3的进气口与空调系统4的排风管路连通，将空调系统4的排风管路内的空气输送至燃料电池2的阴极，空调系统4的排风管路内的空气温度更加稳定，而且不会因车厢1内部乘客的呼吸导致空气含氧量降低对燃料电池2的造成影响，再者，阴极供气装置3的进气口还可以与相邻的车厢的空调系统4的排风管路连通，从相邻的车厢的空调系统引入空气，增加了车厢1的气密性。

具体地，本实施例提供的燃料电池系统还包括三通阀5，三通阀5的出口与燃料电池2的阴极连通；三通阀5的第一进口与阴极供气装置3连通；三通阀5的第二进口与外界环境中的空气连通。优选地，三通阀5具有一个出口、两个进口以及阀芯，通过控制阀芯可以使第一进口与出口连通或者第二进口与出口连通，当第一进口与与出口连通时，阴极供气装置3将车厢1内的空气输送至燃料电池2的阴极；当第二进口与出口连通时，车厢1外部的空气可以直接进入到燃料电池2的阴极。工作人员可以根据车厢1外部的温度来操控阀芯，以便在车厢1外的空气温度合适时，使燃料电池2直接引入车厢1外的空气，减小有轨电车的空调系统4的负担。

具体地，本实施例提供的燃料电池系统还包括控制器和传感器6，传感器6设置在车厢1的外部，用于检测车厢1外部的空气温度；控制器用于根据传感器6检测到的温度控制三通阀5的连通状态。

具体地，传感器6可以是温度传感器或者其他能够检测车厢1外部温度的传感器，传感器6检测车厢1外部的温度，并将温度信号传递给控制器，可在控制器内预先设定一个温度范围，本领域的技术人员很容易想到，此温度范围就是燃料电池2阴极的最佳供气温度范围，例如：0℃-35℃；当外部温度处于此范围内时，控制器控制三通阀5的阀芯运动，使第二进口与出口连通，燃料电池2直接从车厢1外部引入空气；当外部温度不在此温度范围内时，控制器控制三通阀5的阀芯，使第一进口与出口连通，并启动通过阴极供气装置3，将车厢1内的空气输送至燃料电池2，实现了对燃料电池2阴极供气的自动控制。

图3为本发明一实施例提供的燃料电池系统中燃料电池设置在冷却装置和储氢装置之间的示意图；图4为本发明一实施例提供的燃料电池系统中冷却装置设置在燃料电池和储氢装置之间的示意图，请参照图3和图4。具体地，本实施例提供的燃料电池系统还包括用于对燃料电池2降温的冷却装置7，冷却装置7与有轨电车的空调系统4连通以形成冷却循环回路。冷却装置7对燃料电池2的温度进行调控，以保证燃料电池2不会因自身的发热导致过热或者因外部的温度较低导致过冷，影响燃料电池2工作。冷却循环回路可以是连接空调系统4、冷却装置7、燃料电池2的管路，用于在冷却装置7的作用下，将冷却介质由空调系统4引入到燃料电池2，对燃料电池2进行温度调节，之后将冷却介质输送至空调系统4；冷却介质可以是气体或者冷却液。

具体地，本实施例提供的燃料电池系统还包括储氢装置8，储氢装置8与燃料电池2的阳极连通，用于为燃料电池2的阳极供应氢气。储氢装置8可以控制对燃料电池2阴极供应氢气的速率，进而控制燃料电池2的输出功率。

具体地，本实施例提供的燃料电池系统还包括空气过滤器9，空气过滤器9设置在阴极供气装置3与燃料电池2的阴极之间。优选地，空气过滤器9设置在三通阀5与燃料电池2的阴极之间，空气过滤器9可以对由阴极供气装置3和车厢1外部引入的空气进行过滤，去除空气中的颗粒状的物体，例如：灰尘、柳絮等，防止颗粒状的物体进入阴极后对燃料电池2造成损坏。

具体地，燃料电池2、冷却装置7和储氢装置8沿着所述车厢1的长度方向布置；且，燃料电池2设置在冷却装置7和储氢装置8之间；或者，冷却装置7设置在燃料电池2和储氢装置8之间。燃料电池2、冷却装置7和储氢装置8均设置在车厢1的顶部，且沿着车厢1的长度方向布置，冷却装置7与燃料电池2相邻设置可以减小及冷却循环回路暴露在空气中的长度，进而减小冷却介质在输送过程中的温度变化。

继续参照图3和图4，优选地，燃料电池2系统为两套；两个空气过滤器9沿车厢1的宽度方向平行设置；两个燃料电池2、两个冷却装置7以及两个储氢装置8沿车厢1的长度方向关于两个空气过滤器9对称设置。空气过滤器9沿着车厢1的宽度方向设置，且设置在车厢1长度方向的中间位置，两个燃料电池2、两个冷却装置7以及两个储氢装置8均沿车厢1的长度方向设置且关于两个空气过滤器9对称设置。两套燃料电池2系统提高了冗余性能，有轨电车不会因其中的一套发生故障而断电；而且两个燃料电池2、两个冷却装置7以及两个储氢装置8对称设置，使车厢1顶部的重力分布更加均匀。

本发明另一实施例还提供一种有轨电车，其特征在于，包括车厢1、以及如上所述的燃料电池系统，燃料电池系统设置在车厢1顶部，用以为整个有轨电车提供电能。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种燃料电池系统，用于安装在有轨电车的车厢顶部，其特征在于，包括：燃料电池以及阴极供气装置，所述阴极供气装置与所述燃料电池的阴极连通，用于将所述有轨电车中的恒温空气抽入所述燃料电池的阴极；所述恒温空气为所述车厢中由所述有轨电车的空调系统排出的空气，或者，所述恒温空气为所述空调系统的排风管路中的空气；所述系统还包括三通阀，所述三通阀的出口与所述燃料电池的阴极连通；所述三通阀的第一进口与所述阴极供气装置连通；所述三通阀的第二进口与外界环境中的空气连通；

所述系统还包括控制器和传感器，所述传感器设置在所述车厢的外部，用于检测所述车厢外部的空气温度；所述控制器用于根据所述传感器检测到的温度控制所述三通阀的连通状态；当所述车厢外部的空气温度在预设温度范围时，所述控制器还用于控制所述三通阀的第二进口与出口连通；当所述车厢外部的空气温度不在所述预设温度范围时，所述控制器还用于控制所述三通阀的第一进口与出口连通。

2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括用于对所述燃料电池降温的冷却装置，所述冷却装置与所述有轨电车的空调系统连通以形成冷却循环回路。

3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括储氢装置，所述储氢装置与所述燃料电池的阳极连通，用于为所述燃料电池的阳极供应氢气。

4.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括空气过滤器，所述空气过滤器设置在所述阴极供气装置与所述燃料电池的阴极之间。

5.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池、所述冷却装置和所述储氢装置沿着所述车厢的长度方向布置；且，

所述燃料电池设置在所述冷却装置和所述储氢装置之间；

或者，所述冷却装置设置在所述燃料电池和储氢装置之间。

6.根据权利要求5所述的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池系统为两套；两个所述空气过滤器沿所述车厢的宽度方向平行设置；两个所述燃料电池、两个所述冷却装置以及两个所述储氢装置沿所述车厢的长度方向关于两个所述空气过滤器对称设置。

7.一种有轨电车，其特征在于，包括车厢、以及权利要求1-6任一项所述的燃料电池系统，所述燃料电池系统设置在所述车厢顶部。