CN108400357A - 燃料电池动力系统及其汽车动力系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种燃料电池动力系统，包含空气供给模块、供氢模块和燃料电堆模块，燃料电堆模块设置有进气侧与排气侧，进气侧与空气供给模块和供氢模块连通，排气侧设置有冷却元件，冷却元件可控制空气供给模块进入燃料电堆模块的空气流速，空气供给模块包含进气管道，进气管道与燃料电堆模块连通。冷却元件可控制空气供给模块进入燃料电堆模块的空气流速，一方面可以满足燃料电堆模块反应所需的空气流量，另一方面也可以达到对燃料电堆模块的冷却效果。采用进气管道将空气输入燃料电堆模块，能起到防水防尘的作用。本发明提供的燃料电池动力系统，进气质量高且进气冷却方便、效果好，具有很大的实用价值。本发明还提供一种汽车动力系统。

Description

燃料电池动力系统及其汽车动力系统

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池动力系统。

背景技术

燃油动力系统和纯电动力系统是目前汽车等交通工具的主要动力系统，然而，传统的燃油动力系统和纯电动力系统，存在诸多不足。传统燃油动力系统作业噪音大，构成一定噪声污染，且传统燃油动力系统由于燃料不完全燃烧，其排放二氧化碳以及一氧化物等气体造成环境污染。纯电动力系统，在续航以及电池使用上存在一定弊端，具体为：纯电动力系统多以锂基电池作为动力源，而目前，锂基电池能量密度有限，导致放电续航能力也十分有限。基于锂基电池的纯电动力系统充电时间长达数小时，快速充电也需半个小时左右，且会对电池使用寿命构成一定影响。

燃料电池是一种将储存在燃料中的化学能，通过化学反应直接转变为电能的装置。燃料电池动力系统，是将燃料电池作为唯一或主要动力源的发电驱动装置，具有零排放、高效率、长续航等特点，是当今最前沿的动力技术之一。但目前的燃料电池动力系统，进气空气污染大、噪声大，且单独采用排风扇的风冷效果差。导致燃料电池动力系统工作性能不佳，使用寿命缩短。

因此，亟需开发一种污染小、进气方便、冷却效果好且能长期使用的燃料电池动力系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种污染小、进气方便、冷却效果好且能长期使用的燃料电池动力系统及具有该系统的汽车动力系统。

为实现上述目的，本发明提供一种燃料电池动力系统，包含空气供给模块、供氢模块和燃料电堆模块，所述燃料电堆模块设置有进气侧与排气侧，所述进气侧与所述空气供给模块和所述供氢模块连通，所述排气侧设置有冷却元件，所述冷却元件可控制所述空气供给模块进入所述燃料电堆模块的空气流速，所述空气供给模块包含进气管道，所述进气管道与所述燃料电堆模块连通。

较佳地，所述空气供给模块包括滤器，所述进气管道一端与所述滤器连通，所述进气管道另一端与所述燃料电堆模块连通。空气中多含有一些烟雾、灰尘、有害气体等污染物，这些污染物进入燃料电池会影响燃料电池的工作过程，在进气管道前连接滤器，可将空气中的污染物去除，减少进入燃料电堆模块的有害物质，为燃料电池的正常工作提供保障。

较佳地，所述进气管道由柔性材料构成。由进气管道进入燃料电堆模块的空气压力较大，柔性材料构成的进气管道可对较大压力的空气起到缓冲作用，减少空气进入燃料电堆模块的噪音，降低燃料电池的噪声污染。

较佳地，所述柔性材料为橡胶。橡胶可采用天然橡胶或合成橡胶，合成橡胶选用丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶中的一种。柔性材料也可为聚酯弹性体(TPEE)，TPEE弹性优良、易加工、软硬度可调，用其设计的进气管道形状更为灵活。

较佳地，所述进气管道呈异形结构。进气管道呈异形结构，可在一定程度上减少空间占用。

较佳地，所述异形结构为起始段为圆形，最末段为喇叭状，中间段为圆形向喇叭状过渡的扁长管。

较佳地，所述供氢模块包括氢气瓶，所述氢气瓶与所述燃料电堆模块间连接有供氢管路，所述供氢管路上设置有控制阀。

较佳地，所述燃料电堆模块还包括燃料电堆和电堆控制元件，所述电堆控制元件控制所述燃料电堆的输出功率。

较佳地，所述冷却元件连接所述燃料电堆。

本发明还提供汽车动力系统，包含上述所述的燃料电池动力系统。

较佳地，所述进气管道包含起始段、中间段和最末段，所述起始段位于所述汽车的前舱，所述中间段和所述最末段位于所述汽车的车身底盘下方。本发明提供的汽车动力系统，采用前舱进气，满足了汽车动力系统的高效运行条件及整体布置需求。将进气管道分为三段，将起始段置于前舱，可达到防尘防水的目的，将中间段和最末段置于汽车车身底盘的下方，可节省安装空间。

与现有技术相比，本发明提供的燃料电池动力系统，燃料电堆模块的排气侧设置有冷却元件，且冷却元件可控制空气供给模块进入燃料电堆模块的空气流速，一方面可以满足燃料电堆模块反应所需的空气流量，另一方面也可以达到对燃料电堆模块的冷却效果。燃料电池是将化学能转变电能的装置，借助氢气与氧气的反应，为汽车等工作装置提供动力。现有的燃料电池进气冷却装置没有将进气的空气流量与冷却的空气流量很好的结合起来，而本发明提供的燃料电池动力系统，冷却元件可以根据燃料电堆模块的温度调节空气供给模块进入燃料电堆模块的空气流速，从而改变燃料电堆模块的温度范围。此外，本发明提供的燃料电池动力系统，空气供给模块包含进气管道，采用进气管道将空气输入燃料电堆模块，能起到防水防尘的作用，不仅可以为燃料电堆模块提供较为干净的空气，也可以延长燃料电池的使用寿命。本发明提供的燃料电池动力系统，进气噪声小、进气质量高且进气冷却方便、效果好，延长了燃料电池的使用寿命，具有很大的实用价值。

附图说明

图1为本发明的燃料电池动力系统的结构示意图；

图2a为本发明的燃料电池动力系统的进气管道的轴视图；

图2b为本发明的燃料电池动力系统的进气管道的侧视图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术方案、构造特征、所实现的技术效果，以下结合具体实施方式并配合附图详予说明。

参见图1，本发明提供的燃料电池动力系统100。包含空气供给模块1、供氢模块2和燃料电堆模块3。燃料电堆模块3设置有进气侧和排气侧，空气供给模块1和供氢模块2从进气侧与燃料电堆模块3连通，燃料电堆模块3的排气侧设置有冷却元件32。空气供给模块1和供氢模块2分别提供氧化剂氧气和还原剂氢气给燃料电堆模块3，供燃料电堆模块3进行反应，产生电能。

空气供给模块1包括滤器11和进气管道12，进气管道12一端与滤器11连接，另一端与燃料电堆模块3的进气侧连通。外界空气先经过滤器11过滤后，再经过进气管道12进入燃料电堆模块3，可将空气中的一些灰尘、烟雾等污染物去除，保证了进入燃料电堆模块3的空气质量，延长燃料电堆模块3的使用寿命。进气管道12由柔性材料构成，柔性材料可采用橡胶或其他具有弹性的材料。对于橡胶，可采用天然橡胶或合成橡胶，合成橡胶可选用丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶中的一种。此外，柔性材料也可选用聚酯弹性体(TPEE)。在本实施例中，进气管道12为柔性材料TPEE制成的异形结构，具体为起始段121为圆形，最末段123为喇叭状，中间段122为圆形向喇叭状过渡的扁长管(如图2a、图2b所示)。柔性材料制成的进气管道12，当较大压力的空气进入进气管道12时，柔性进气管道12可减缓空气压力对管道的碰撞，减少空气进入燃料电堆模块3的噪音，而TPEE制成的进气管道12，弹性更大、形状更为灵活，其降噪效果也更为明显。将进气管道12设计为起始段121为圆形、最末段123为喇叭状，中间段122为圆形向喇叭状过渡的扁长管，最末段123的喇叭状设计为空气进入燃料电堆模块3提供了更多的便利，且喇叭状的设计也更有利于冷却元件32对燃料电堆模块3进行冷却。异形结构的进气管道12可减少空间占用，为燃料电池的使用提供更多便利。在此需说明的是，进气管道12不仅仅局限于异形结构，只要是本领域技术人员可想到的其他减少空间占用的结构也可。

供氢模块2包括氢气瓶21和供氢管路22，供氢管路22一端与氢气瓶21连通，另一端与燃料电堆模块3的进气侧连通，氢气瓶21可设置多个。氢气瓶21通过供氢管路22输送氢气进入燃料电堆模块3，在燃料电堆模块3内，空气供给模块1提供的空气与供氢模块2提供的氢气进行反应，维持燃料电池动力系统100的正常工作。

燃料电堆模块3除冷却元件32外，还包括燃料电堆31和电堆控制元件33，电堆控制元件33与燃料电堆31电性连接，可监控燃料电堆31的运行状况，并实时调节燃料电堆31的输出功率。冷却元件32与燃料电堆31连接，可检测燃料电堆31的工作温度，并根据检测结果实时调节空气供给模块1流入燃料电堆模块3的空气流速。冷却元件32可调节空气供给模块1进入燃料电堆模块3的空气流速，将空气供给模块1与燃料电池动力系统100的冷却功能很好的结合起来，在保证燃料电堆模块3充足反应气体的条件下，又能起到很好的冷却效果。

需要说明的是，本发明提供的燃料电池动力系统100可用于公交、汽车等的动力装置，例如可用于汽车动力系统，在汽车动力系统中可采用前舱进气的方式，将进气管道12分为三段，分别为起始段121、中间段122和最末段123，起始段121可设置于汽车的前舱，中间段122和最末段123可放置于汽车的车身底盘下方。采用前舱进气，满足了汽车动力系统的高效运行条件及整体布置需求。将进气管道12分为三段，将起始段121置于前舱，可达到防尘防水的目的，将中间段122和最末段123置于汽车车身底盘的下方，可节省安装空间。

本发明提供的燃料电池动力系统100，包含空气供给模块1、供氢模块2和燃料电堆模块3。其中，燃料电堆模块3的排气侧设置有冷却元件32，且冷却元件32可控制空气供给模块1进入燃料电堆模块3的空气流速，一方面可以满足燃料电堆模块3反应所需的空气流量，另一方面也可以达到对燃料电堆模块3的冷却效果。燃料电池是将化学能转变电能的装置，借助氢气与氧气的反应，为汽车等工作装置提供动力。现有的燃料电池进气冷却装置没有将进气的空气流量与冷却的空气流量很好的结合起来，而本发明提供的燃料电池动力系统100，冷却元件32可以根据燃料电堆模块3的温度调节空气供给模块1进入燃料电堆模块3的空气流速，从而改变燃料电堆模块3的温度范围。此外，本发明提供的燃料电池动力系统100，空气供给模块1包含进气管道12，采用进气管道12将空气输入燃料电堆模块3，能起到防水防尘的作用，不仅可以为燃料电堆模块3提供较为干净的空气，也可以延长燃料电池动力系统100的使用寿命。本发明提供的燃料电池动力系统100，进气噪声小、进气质量高且进气冷却方便、效果好，延长了燃料电池的使用寿命，具有很大的实用价值。

以上所揭露的仅为本发明的较佳实例而已，不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，均属于本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种燃料电池动力系统，其特征在于，包含空气供给模块、供氢模块和燃料电堆模块，所述燃料电堆模块设置有进气侧与排气侧，所述进气侧与所述空气供给模块和所述供氢模块连通，所述排气侧设置有冷却元件，所述冷却元件可控制所述空气供给模块进入所述燃料电堆模块的空气流速，所述空气供给模块包含进气管道，所述进气管道与所述燃料电堆模块连通。

2.如权利要求1所述的燃料电池动力系统，其特征在于，所述空气供给模块包括滤器，所述进气管道一端与所述滤器连通，所述进气管道另一端与所述燃料电堆模块连通。

3.如权利要求1所述的燃料电池动力系统，其特征在于，所述进气管道由柔性材料构成。

4.如权利要求3所述的燃料电池动力系统，其特征在于，所述柔性材料为橡胶。

5.如权利要求3所述的燃料电池动力系统，其特征在于，所述进气管道呈异形结构。

6.如权利要求5所述的燃料电池动力系统，其特征在于，所述异形结构为起始段为圆形，最末段为喇叭状，中间段为圆形向喇叭状过渡的扁长管。

7.如权利要求1所述的燃料电池动力系统，其特征在于，所述供氢模块包括氢气瓶，所述氢气瓶与所述燃料电堆模块间连接有供氢管路，所述供氢管路上设置有控制阀。

8.如权利要求1所述的燃料电池动力系统，其特征在于，所述燃料电堆模块还包括燃料电堆和电堆控制元件，所述电堆控制元件控制所述燃料电堆的输出功率。

9.如权利要求8所述的燃料电池动力系统，其特征在于，所述冷却元件连接所述燃料电堆。

10.一种汽车动力系统，其特征在于，包含如权利要求1-9任一项所述的燃料电池动力系统。