CN107331881A - 一种中高压燃料电池发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种中高压燃料电池发动机，包括分别与燃料电池电堆相连接的氢气供应子系统、空气供应子系统、温度控制子系统以及电力控制子系统，所述的氢气供应子系统包括依次连接的氢气瓶、组合瓶阀、过流阀、压力调节阀、进氢电磁阀和氢气循环泵；所述的空气供应子系统包括依次连接的空滤器、空压机、中冷器和增湿器；所述的温度控制子系统包括并排设置有去离子过滤器、加热器和散热器，所述燃料电池电堆、加热器和散热器三者之间设有温控三向阀，所述空气供应子系统中还设有副水箱。本发明结构合理、便于制造且安全高效。

Description

一种中高压燃料电池发动机
技术领域
本发明涉及一种中高压燃料电池发动机。
背景技术
鉴于石油资源的消耗和减排需求，发展新能源汽车成为国家重要战略。新能源汽车现阶段主要有混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车三大类。其中燃料电池汽车是氢和氧（或空气）直接经反应产生电能转换为动能的汽车，具有排放零污染、能量密度高和加氢速度快等优点，被认为是汽车清洁能源的终极解决方案。
氢燃料电池汽车的核心部件是燃料电池，但是由于氢气的易燃易爆和高压储存的特点带来了一定的安全隐患。安全可靠的储存、传输以及发生交通事故时的安全性，成了氢燃料电池汽车至关重要的性能。因此在设计燃料电池汽车的燃料电池发动机时，要保证各种情况下氢气的安全使用。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供一种结构合理、便于制造且安全高效的中高压燃料电池发动机。
为了实现上述发明目的，本发明采用了以下的技术方案：
一种中高压燃料电池发动机，包括分别与燃料电池电堆相连接的氢气供应子系统、空气供应子系统、温度控制子系统以及电力控制子系统，所述的氢气供应子系统包括依次连接的氢气瓶、组合瓶阀、过流阀、压力调节阀、进氢电磁阀和氢气循环泵；所述的空气供应子系统包括依次连接的空滤器、空压机、中冷器和增湿器；所述的温度控制子系统包括并排设置有去离子过滤器、加热器和散热器，所述燃料电池电堆、加热器和散热器三者之间设有温控三向阀，所述空气供应子系统中还设有用于冷却液热胀冷缩时的冷却液溢出及补偿的副水箱，所述的电力控制子系统包括用于将燃料电池电堆输出电压变换至整车负载电压平台的第一DCDC转换器和用于将母线电压降压至燃料电池发动机各子系统用电器电压平台的第二DCDC转换器。
作为优选方案：所述氢气循环泵与燃料电池电堆之间还连接有第一压力传感器，所述氢气循环泵与空气供应子系统之间还连接有吹扫电磁阀。
作为优选方案：所述增湿器与燃料电池电堆之间还设有第二压力传感器，所述增湿器上还连接有可控背压阀与消声器。
作为优选方案：所述温度控制子系统与燃料电池电堆之间设有多个温度传感器，所述温度控制子系统还设有用于控制冷却液流速的冷却水泵。
本发明通过在氢气供应子系统中设置组合瓶阀、过流阀、进氢电磁阀等阀体保证气瓶在高温、高压时卸荷，过流时切断通路；进氢电磁阀在关机时或者发生意外时切断回路；各个装置的组合使得氢气供应更加安全，空气供应子系统中通过增湿器将空气进行增湿，使电堆中的电化学反应效率更高；本发明的温度控制子系统中通过加热器和散热器可以有效控制燃料电池反应堆的温度在合理范围内，进一步保证了整个系统的安全性。
附图说明
图1是本发明的结构示意框图。
图2是本发明的氢气供应子系统的结构示意框图。
图3是本发明的空气供应子系统的结构示意框图。
图4是本发明的温度控制子系统的结构示意框图。
图5是本发明的电力控制子系统的结构示意框图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
如图1-5所示的一种中高压燃料电池发动机，包括分别与燃料电池电堆1相连接的氢气供应子系统2、空气供应子系统3、温度控制子系统4以及电力控制子系统5，所述的氢气供应子系统2包括依次连接的氢气瓶201、组合瓶阀202、过流阀203、压力调节阀204、进氢电磁阀205和氢气循环泵206；所述的空气供应子系统3包括依次连接的空滤器301、空压机302、中冷器303和增湿器304；所述的温度控制子系统4包括并排设置有去离子过滤器403、加热器405和散热器406，所述燃料电池电堆1、加热器405和散热器406三者之间设有温控三向阀407，所述空气供应子系统3中还设有用于冷却液热胀冷缩时的冷却液溢出及补偿的副水箱402，所述的电力控制子系统5包括用于将燃料电池电堆1输出电压变换至整车负载电压平台的第一DCDC转换器501和用于将母线电压降压至燃料电池发动机各子系统用电器电压平台的第二DCDC转换器502。
所述氢气循环泵206与燃料电池电堆1之间还连接有第一压力传感器207，所述氢气循环泵206与空气供应子系统之间还连接有吹扫电磁阀208。
所述增湿器304与燃料电池电堆1之间还设有第二压力传感器305，所述增湿器304上还连接有可控背压阀307与消声器306。
所述温度控制子系统4与燃料电池电堆1之间设有多个温度传感器401，所述温度控制子系统4还设有用于控制冷却液流速的冷却水泵404。
本发明的燃料电池电堆1利用氢气和氧气通过电化学反应生成水并释放出电能；氢气供应子系统2为电堆供应相应压力的氢气，并进行循环增湿，吹扫排水；空气供应子系统3为电堆供应相应压力、流量、温度的空气，并进行空气过滤及尾气增湿；温度控制子系统4将电堆温度控制在最佳反应温度，低温时进行加温，高温时进行冷却，并控制冷却液的电导率；电力控制子系统5将电堆输出的电压调整为负载电压，并为各子系统的电气部件提供电力。
本发明的氢气瓶201存储反应所需的氢气，储存方式可以为高压储氢也可以低温储氢；组合瓶阀202、过流阀203为安全部件，检测气瓶压力及温度，并在高温、高压时卸荷，过流时切断通路；压力调节阀204将压力调整至电堆所需要的压力值；进氢电磁阀205在关机时或者发生意外时切断回路；氢循环泵206用于循环增湿；压力传感器207用于监测流入电堆的氢气压力；吹扫电磁阀208用于控制电堆阳极的液态水及保持氢气纯净。
本发明的空滤器301带有物理过滤及化学过滤，能过滤掉空气中的尘埃及硫化物;空压机302将空气增压至电堆反应的压力；中冷器303将空气冷却至合适的温度；增湿器304将空气进行增湿，使电堆中的电化学反应效率更高；可控背压阀307依据电堆功率调节电堆中的空气压力；消声器307降低燃料电池发动机噪声。
本发明的温度传感器401用于监测出堆和入堆冷却液的温度；副水箱402用于冷却液热胀冷缩时的冷却液溢出及补偿；去离子过滤器403用于控制冷却液的电导率；冷却水泵404用于控制冷却液流速；加热器405用于低温时给冷却液加热至合适的温度；散热器406用于高温时给冷却液冷却至合适的温度；温控三向阀407用于高低温回路的切换，保证电堆的温度。
应当指出，以上实施例仅是本发明的代表性例子。本发明还可以有许多变形。凡是依据本发明的实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均应认为属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种中高压燃料电池发动机，其特征在于：包括分别与燃料电池电堆（1）相连接的氢气供应子系统（2）、空气供应子系统（3）、温度控制子系统（4）以及电力控制子系统（5），所述的氢气供应子系统（2）包括依次连接的氢气瓶（201）、组合瓶阀（202）、过流阀（203）、压力调节阀（204）、进氢电磁阀（205）和氢气循环泵（206）；所述的空气供应子系统（3）包括依次连接的空滤器（301）、空压机（302）、中冷器（303）和增湿器（304）；所述的温度控制子系统（4）包括并排设置有去离子过滤器（403）、加热器（405）和散热器（406），所述燃料电池电堆（1）、加热器（405）和散热器（406）三者之间设有温控三向阀（407），所述空气供应子系统（3）中还设有用于冷却液热胀冷缩时的冷却液溢出及补偿的副水箱（402），所述的电力控制子系统（5）包括用于将燃料电池电堆（1）输出电压变换至整车负载电压平台的第一DCDC转换器（501）和用于将母线电压降压至燃料电池发动机各子系统用电器电压平台的第二DCDC转换器（502）。
2.根据权利要求1所述的一种中高压燃料电池发动机，其特征在于：所述氢气循环泵（206）与燃料电池电堆（1）之间还连接有第一压力传感器（207），所述氢气循环泵（206）与空气供应子系统之间还连接有吹扫电磁阀（208）。
3.根据权利要求1所述的一种中高压燃料电池发动机，其特征在于：所述增湿器（304）与燃料电池电堆（1）之间还设有第二压力传感器（305），所述增湿器（304）上还连接有可控背压阀（307）与消声器（306）。
4.根据权利要求1所述的一种中高压燃料电池发动机，其特征在于：所述温度控制子系统（4）与燃料电池电堆（1）之间设有多个温度传感器（401），所述温度控制子系统（4）还设有用于控制冷却液流速的冷却水泵（404）。
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