CN110380095A - 集成燃料电池发电系统和装置及其配置方法 - Google Patents

Abstract

集成燃料电池发电系统和装置及其配置方法，其中所述集成燃料电池发电装置包括：一燃料电池堆；和多个配置部件，其中以所述燃料电池堆为参考，在所述燃料电池堆的多个侧方集成所述配置部件，所述配置部件配合所述燃料电池堆进行发电，从而优化所述燃料电池装置的集成配置。

Description

集成燃料电池发电系统和装置及其配置方法

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，更详而言之，涉及一集成燃料电池发电系统和装置及其配置方法。

背景技术

燃料电池技术是一种清洁高效的发电技术，被逐渐地应用到各个领域，比如交通运输和固定发电站等。在多种燃料电池中，质子交换膜燃料电池是其中重要的一类，其具有温度低、启动快、比功率高、结构简单、操作方便等优点，被公认为电动汽车、固定发电站等的首选能源。

质子交换膜燃料电池的运行需要一系列辅助设备与燃料电池堆配合工作构成发电系统。为了确保质子交换膜燃料电池堆的正常工作，通常将电堆、氢气和氧气处理系统、水热管理系统以及其他部件进行集成，构成燃料电池发电机或者燃料电池发动机。

但是目前现有技术中燃料电池的集成方案较少，典型方案只有较少数生产厂家，且方案中都存在一些问题。

首先，一些集成方案中，主要将部件集成于电堆的一个或两个侧方，从而将部件整体集中于一个区域，但是同时造成空间的拥挤，热量积聚，同时不同部件之间的配置关系比较复杂。

其次，一些集成方案中，采用平铺式的设计理念，整个系统集成做成扁平状放置在车辆底盘上，集成度较低。这种类型在商用车上的通用性也比较缠，整车布置困难，整车需要的改动较大。

第三，一些集成方案中，集成了电机、电机控制器和变速箱等部件，集成技术难度较大，且对于不同车型的通用性比较差，难易移植。

第四，一些集成方案中，减少了集成部件，降低了集成难度，但是缺少了一些必要部件，如增压器、水泵等，防护等级不高，只适用于固定式发电机。也就是说，现有技术中，对于集成难度、集成部件之间并没有良好的平衡关系。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一集成燃料电池发电系统和装置及其配置方法，其以燃料电池堆为参考，在燃料电池堆的多个侧方分别布置，充分利用布置空间。

本发明的一个目的在于提供一集成燃料电池发电系统和装置及其配置方法，其依据燃料电池布局，在燃料电池堆的六个方向分别布置配置部件。

本发明的一个目的在于提供一集成燃料电池发电系统和装置及其配置方法，其平衡配置部件和集成度，使得集成难度不会太高，且不会缺少必要的部件。

本发明的一个目的在于提供一集成燃料电池发电系统和装置及其配置方法，其在燃料电池堆设置外集成架组件，使得配置部件能够被方便地配置于预定位置。

本发明的一个目的在于提供一集成燃料电池发电系统和装置及其配置方法，其根据配置位置设计外集成架组件的构造，从而使得配置部件被固定于所述配置架时，处于预期的配置位置。

本发明的一个目的在于提供一集成燃料电池发电系统和装置及其配置方法，其整体配置形状相对规整，安装通用性强，适于被设置于不同类型的车体。

本发明的一个目的在于提供一集成燃料电池发电系统和装置及其配置方法，在一些实施例中，在燃料电池堆的一侧方布置有启动模块、电堆氢气排水电磁阀、纯化柱、节温器、电堆水泵。

本发明的一个目的在于提供一集成燃料电池发电系统和装置及其配置方法，在一些实施例中，在燃料电池堆的一侧方布置有氢气循环泵、加湿器、冷却水泵。

本发明的一个目的在于提供一集成燃料电池发电系统和装置及其配置方法，在一些实施例中，在燃料电池的一侧方布置有电压转换器和固定部件。

本发明的一个目的在于提供一集成燃料电池发电系统和装置及其配置方法，在一些实施例中，在燃料电池的一侧方布置有电堆托架。

本发明的一个目的在于提供一燃料电池发电装置及其配置方法，在一些实施例中，在燃料电池的一侧方布置有氢气压力温度传感器、空气温度压力传感器、冷却液压力温度传感器、氢气进气电磁阀。

本发明的一个目的在于提供一燃料电池发电装置及其配置方法，在一些实施例中，在燃料电池的一侧方设置有增压器和增压器控制器。

本发明的一个目的在于提供一燃料电池发电装置及其配置方法，其中所述增压器和所述增压器控制装置被集成一增压器模块，方便安装和拆卸，减少空间的占用。

本发明的一个目的在于提供一燃料电池发电装置及其配置方法，其在燃料电池堆的入口和出口集成压力温度传感器，控制和监测氢气、空气和冷却液的流量。

本发明的一个目的在于提供一燃料电池发电装置及其配置方法，其在电堆的冷却液出口设置有节温器，从而根据冷却液的温度更加高效地进行冷却。

本发明的一个目的在于提供一燃料电池发电装置及其配置方法，其集成有启动模块来启动电压转换器。

本发明的一个目的在于提供一燃料电池发电装置及其配置方法，其设置有固定部件，方便吊装。

为了实现以上至少一目的，本发明的一方面提一集成燃料电池发电装置，其包括：

一燃料电池堆；和

多个配置部件，其中以所述燃料电池堆为参考，在所述燃料电池堆的多个侧方集成所述配置部件，所述配置部件配合所述燃料电池堆进行发电。

根据一些实施例，所述燃料电池堆的具有六侧方，分别为一前侧方、一后侧方、一左侧方、一右侧方、一上侧方和和一下侧方，其中所述前侧方设有一氢气入口、一氢气出口、一空气入口、一空气出口、一冷却液入口和一冷却液出口，所述氢气入口和所述氢气出口连通所述燃料电池堆，以便为所述燃料电池堆提供氢气，所述空气入口和所述空气出口连通所述燃料电池堆，以便为所述燃料电池堆提供空气，所述冷却液入口和所述冷却液出口连通所述燃料电池堆，以便为所述燃料电池堆提供冷却液。

根据一些实施例，所述配置部件包括一氢气进气电磁阀，被集成于所述氢气入口，控制所述氢气入口通过的氢气。

根据一些实施例，所述配置部件包括一电堆氢气排水电磁阀，所述电堆氢气排水电磁阀被集成于所述氢气出口。

根据一些实施例，所述配置部件包括至少一压力温度传感器，被选择性地集成于所述氢气入口、所述氢气出口、所述空气入口、所述空气出口、所述冷却液入口和所述冷却液出口。

根据一些实施例，所述压力温度传感器包括两氢气压力温度传感器、两空气压力温度传感器、两冷却液压力温度传感器，分别被集成于所述氢气入口、所述氢气出口、所述空气入口、所述空气出口、所述冷却液入口和所述冷却液出口。

根据一些实施例，所述配置部件包括一增压器模块，所述增压器模块被集成于所述燃料电池堆的后方。

根据一些实施例，所述增压器模块包括一增压器和一增压器控制器，所述增压器控制器控制所述增压器。

根据一些实施例，所述配置部件包括一电压转换器，所述转换器电连接所述燃料电池堆，用于转换所述燃料电池堆电压，所述电压转换器被集成于所述燃料电池堆的上侧方。

根据一些实施例，所述配置部件包括一固定部件，所述固定部件被集成于所述燃料电池堆上侧方，用于固定所述集成燃料电池发电装置。

根据一些实施例，所述配置部件包括一启动模块，所述启动模块用于启动所述电压转换器，所述启动模块被集成于所述燃料电池堆的左方。

根据一些实施例，所述配置部件包括一纯化柱，所述纯化柱连通于所述冷却液入口，用于纯化进入所述燃料电池堆的冷却液，所述纯化柱被集成于所述燃料电池堆的左侧方。

根据一些实施例，所述配置部件包括一节温器，所述节温器用于控制所述冷却液出口的冷却液的流向，所述节温器被集成于所述燃料电池堆的左侧方。

根据一些实施例，所述配置部件包括一电堆水泵，所述电堆水泵用于向所述燃料电池堆的所述冷却液入口提供冷却液，所述电堆水泵被集成于所述燃料电池堆的左侧方。

根据一些实施例，所述配置部件包括一氢气循环泵，所述氢气循环泵连接所述氢气出口，用于氢气循环，所述氢气循环泵被集成于所述燃料电池堆右侧方。

根据一些实施例，所述配置部件包括一加湿器，所述加湿器用于加湿所述增压器增压后的空气，所述加湿器被集成于所述燃料电池堆右侧方。

根据一些实施例，所述配置部件包括一增压器冷却水泵，所述增压器冷却水泵用于为所述增压器模块进行冷却，所述增压器冷却水泵被集成于所述燃料电池堆右侧方。

根据一些实施例，所述燃料电池堆包括一电堆和一外集成架组件，所述外集成架组件封装所述电堆，且所述多个配置部件提供集成位置。

根据一些实施例，所述外集成架组件包括一前端架和一后端架，所述电堆被夹持于所述前端架和所述后端件之间以形成封闭的燃料电池结构，所述前端架和所述后端件为所述前侧方和所述后侧方的集成部件提供集成位置。

根据一些实施例，所述外集成架组件包括一配置架，所述配置架被设置于所述电堆的至少两侧方，为所述燃料电池堆的上侧方、下侧方、左侧方和右侧方中的至少两侧方提供集成位置。

根据一些实施例，所述外集成架组件包括一电堆托架，所述电堆托架被配置于所述燃料电池堆下侧方。

根据一些实施例，所述氢气入口、所述空气入口和所述冷却液入口靠近所述燃料电池堆上方位置，所述氢气出口、所述空气出口和所述冷却液出口靠近所述燃料电池堆下方位置。

根据一些实施例，所述多个配置部件选自组合：一启动模块、一电堆氢气排水电磁阀、一纯化柱、一节温器、一电堆水泵、一氢气循环泵、一加湿器、一冷却水泵、一电压转换器、一固定部件、一电堆托架、一氢气压力温度传感器、一空气温度压力传感器、一冷却液压力温度传感器、一氢气进气电磁阀、一增压器、一增压器控制器、一电控控制器以及一电堆排气背压阀中的一种或多种。

根据一些实施例，燃料电池堆具有六侧方，分别为一前侧方、一后侧方、一左侧方、一右侧方、一上侧方和和一下侧方，所述氢气压力温度传感器、所述空气压力温度传感器、所述冷却液压力温度传感器、所述氢气进气电磁阀和所述电堆氢气排水电磁阀被集成于所述燃料电池堆的前侧方。

根据一些实施例，所述增压器和所述增压器控制器被集成于所述燃料电池堆的后侧方。

根据一些实施例，所述启动模块、所述纯化柱、所述节温器和所述电堆水泵被集成于所述燃料电池堆的左侧方。

根据一些实施例，所述氢气循环泵、所述加湿器和所述增压器冷却水泵被集成于所述燃料电池堆的右侧方。

根据一些实施例，所述电压转换器和所述固定部件被集成于所述燃料电池堆上侧方。

本发明的另一方面提供一集成燃料电池堆发电系统，其包括：

一氢气供给装置；

一过滤器；

一水箱；和

一所述的集成燃料电池发电装置；其中所述氢气存储装置为所述燃料电池堆装置提供氢气，所述过滤器为所述燃料电池堆提供过滤空气，所述水箱为所述燃料电池发电装置提供冷却液。

根据一些实施例，所述集成燃料电池堆发电系统包括一热交换组件，用于散失所述燃料电池堆发电装置产生的热量。

根据一些实施例，所述集成燃料电池堆发电系统包括一控制装置，所述控制装置控制所述集成燃料电池堆装置工作。

本发明的另一方面提供一集成燃料电池堆配置方法，其包括步骤：

(A)以一电堆为依附设置一外集成组件，封装所述电堆；和

(B)以所述电堆为参考，依附所述外集成架组件，在多个侧方集成多个配置部件。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的集成燃料电池发电装置一个角度立体示意图。

图2是根据本发明的上述实施例的集成燃料电池发电装置另一个角度立体示意图。

图3是根据本发明的上述实施例的集成燃料电池发电装置的主要部件分解示意图。

图4是根据本发明的上述实施例的集成燃料电池发电装置的另一角度的主要部件分解示意图。

图5是根据本发明的上述实施例的集成燃料电池发电装置的燃料电池堆示意图。

图6是根据本发明的上述实施例的集成燃料电池发电系统示意图。

图7是根据本发明上述实施例的集成燃料电池发电系统工作原理示意图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其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，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

参照图1至图7，是根据本发明的集成燃料电池发电装置100和发电系统1。所述集成燃料电池发电装置100包括至少一燃料电池堆10和多个配置部件20，各所述配置部件20以所述燃料电池堆10为依附，分别被配置于所述燃料电池堆10的多个侧方。也就是说，在本发明中，充分利用所述燃料电池堆10的各侧方的空间，别布置所述配置部件20，而不是集中于一侧或两侧。

所述集成燃料电池发电装置100被应用于一发电系统1，配合燃料电池发电系统1的其他部件产生电能。具体地，参照图6，图7，所述燃料电池发电系统1可以包括所述集成燃料电池发电装置100、一氢气供给装置200、一控制装置300、一过滤器400和一水箱500。所述氢气供给装置200向所述集成燃料电池发电装置100传送氢气，以提供反应燃料，所述过滤器400过滤空气，向所述集成燃料电池发电装置100反应的空气，所述冷却水箱500向所述集成燃料电池发电装置100提供冷却液，所述控制装置300控制所述燃料电池系统的工作，即控制所述集成燃料电池发电装置100、所述氢气供给装置200、所述过滤器400和所述水箱500的工作。所述集成燃料电池装置100可以连接于一热交换组件600，比如中冷器，用于散失所述集成燃料电池装置100在工作的过程中产生的热量。

进一步，所述燃料电池堆10具有六侧方，所述多个配置部件20分别选择性地布置于所述燃料电池的六个所述侧方的多个，比如设置于其中三个以及以上侧方。

所述六侧方，分别为第一侧方110，即所述燃料电池堆10的前侧方，第二侧方120，即，所述燃料电池堆10的后侧方，第三侧方130，即，所述燃料电池堆10的左侧方，第四侧方140，即所述燃料电池堆10的右侧方，第五侧方150，即，所述燃料电池堆10的上侧方，第六侧方160，即所述燃料电池堆10的下侧方。

值得一提的是，“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”等表示方向的关系，只是为了便于理解，并不本发明的限制。

进一步地，为了方便说明，以所述燃料电池堆10为参考建立XYZ坐标系，进一步，定义所述燃料电池堆10的右侧方延伸方向为X正轴方向，以燃料电池堆10的左侧方延伸方向为X负轴方向，以燃料电池堆10上侧方延伸方向为Y正轴方向，以燃料电池堆10下侧方延伸方向为Y负轴方向，以燃料电池堆10前侧方延伸方向为Z正轴方向，以燃料电池堆10后侧方为Z负轴方向。

所述配置部件20举例地但不限于一启动模块231、一电堆氢气排水电磁阀215、一纯化柱232、一节温器233、一电堆水泵234、一氢气循环泵241、一加湿器242、一冷却水泵、一电压转换器251、一固定部件、一电堆托架124、一氢气压力温度传感器211、一空气压力温度传感器212、一冷却液压力温度传感器213、一氢气进气电磁阀214、一增压器2211、一增压器控制器2212、一电控控制器以及一电堆排气背压阀。

进一步，参照图3至图5，所述燃料电池堆10包括一电堆11和一外集成架组件12，所述外集成架组件12被配置于所述电堆11的外部，用于集成所述配置部件20。所述外集成架组件12依附所述电堆11设置，以便于在封装所述电堆11的同时，提供外部集成位置。具体地，所述外集成架组件12以所述电堆11的六侧面为参考，选择性地布置于所述电堆11的多个侧面，所述多个侧面举例地但不限于，两侧、三侧、四侧、五侧或六侧。优选地，在所述电堆11的三侧面、四侧面、五侧面或六侧面配置所述外集成架组件12。所述配置的方式举例地但不限于螺栓固定的方式。

所述外集成架组件12包括一前端架121和一后端架122，所述电堆11被设置于所述前端架121和所述后端架122之间，以形成封闭燃料电池结构。具体地，所述电堆11被压紧固定于所述前端架121和所述后端架122之间。

所述前端架121朝向Z正轴方向，所述后端架122朝向Z负轴方向。

所述前端架121和所述后端架122分别被设置于所述燃料电池堆10的其中两侧方，以便于固定所述燃料电池堆10，同时为设置于所述燃料电池堆10对应侧方的所述配置部件20提供安装位置。也就是说，在本发明的这个实施例中，所述前端架121和所述后端架122既起到燃料电池基本结构部件的作用，同时也起到固定外部件的作用。

在本发明的这个实施例中，所述燃料电池是质子交换膜燃料电池。也就是说，通过氢气和氧气与质子交换膜的反应产生电能。因此需要通过所述接口向所述燃料电池堆10内部输送“燃料”如氢气和氧气以及冷却液，从而实现燃料电池产生电能，即发电过程。

所述前端架121和所述后端架122可以是传统的平板状结构，在本发明的这个实施例中，所述前端架121和所述后端架122是网状的支架结构，从而减少原材料的使用，同时方便为所述配置部件20的提供安装固定位置。

进一步，所述前端架121设有多个接口，分别连通于所述电堆11内部，以便于通过所述接口向所述燃料电池提供反应材料，产生电能。

具体地，参照图3，图5，所述前端架121设有一氢气入口101和一氢气出口102，所述氢气入口101连通于所述电堆11内部，用于向所述燃料电池堆10传送氢气，所述氢气出口102连通于所述电堆11内部，以便于回收反应残留的氢气。也就是说，所述前端架121的多个接口中，其中一个所述接口是氢气入口101，另一个所述接口是氢气出口102。举例地，氢气可以被存储于所述供给装置，从而通过所述供给装置向所述氢气入口101输送氢气。也就是说，在一些状态下，所述供给装置气体连通于所述氢气入口101。

进一步，所述氢气进气电磁阀214被设置于所述前端板的所述氢气入口101，以通过所述氢气进气电磁阀214控制氢气的通断。换句话说，通过所述氢气电磁阀控制所述供给装置和所述燃料电池堆10的氢气通断。

也就是说，所述配置部件20的所述氢气进气电磁阀214被集成于所述燃料电池堆10的第一侧方110，即布置于所述燃料电池堆10的Z正轴方向。

所述配置部件20中的一所述氢气压力温度传感器211被设置于所述氢气入口101，一所述氢气压力温度传感器211被设置于所述氢气出口102，以便于控制和监测进出所述氢气入口101和所述氢气出口102的氢气。在一些实施例中，通过氢气压力温度传感器211监测进出所述燃料电池堆10的所述电堆11的氢气的状态，通过所述氢气进气电磁阀214控制氢气，即，控制进出所述电堆11的氢气。

进一步，所述氢气进气电磁阀214被设置于所述前端板的所述氢气入口101，以通过所述氢气进气电磁阀214控制氢气的通断，也就是说，所述配置部件20的所述氢气进气电磁阀214被设置于所述燃料电池堆10的第一侧方110，即布置于所述燃料电池堆10的Z正轴方向。换句话说，通过所述氢气电磁阀控制所述供给装置和所述燃料电池堆10的氢气通断。更具体地，在所述燃料电池发电系统1中，所述氢气压力温度传感器211监测氢气的状态，所述控制装置300控制所述氢气电磁阀的动作，从而控制进出的氢气。

更具体地，在本发明的这个实施例中，所述氢气入口101被设置于所述前端架121的靠近上方位置，所述氢气出口102被设置于所述前端架121靠近下方位置。也就是说，氢气从所述电堆11的靠近上方位置进入所述电堆11，从所述电堆11靠近下方位置反应后的剩余部分流出。即，一所述氢气压力温度传感器211被集成于所述燃料电池的第一侧方110靠近上方位置，一所述氢气压力温度传感器211被集成于所述燃料电池的第一侧方110靠近下方位置。

所述配置部件20中的所述电堆氢气排水电磁阀215被设置于所述氢气出口102，所述电堆氢气排水电磁阀215用于排掉电堆11工作时氢气通道上产生的水，防止因为氢气通道“水淹”而造成的电堆11工作不良。也就是说，所述电堆氢气排水电磁阀215被配置于所述电堆11的第一侧方110，即前方。更具体地，所述电堆氢气排水电磁阀215被固定于所述前端架121。

进一步，所述前端架121设有一空气入口103和一空气出口104，所述空气入口103和所述空气出口104连通于所述电堆11内部，用于向所述燃料电池堆10传送空气，更具体地，传送反应燃料需要的氧气。也就是说，所述前端架121的多个接口中，其中一个所述接口是空气入口103，另一个所述接口是空气出口104。举例地，空气可以直接从外部空间获取，从而通过外部空间向所述空气入口103输送空气。

还值得一提的是，所述空气入口103和所述空气出口104传输的气体可以是纯氧气，氧气可以被存储一氧气供给装置，传输气体的类型并不是本发明的限制。进入所述电堆11的空气可以是通过所述空气过滤器400过滤后的空气。

所述配置部件20中的一所述空气压力温度传感器212被设置于所述空气入口103，一所述空气压力温度传感器212被设置于所述空气出口104，以便于控制和监测进出所述空气入口103和所述空气出口104的空气。也就是说，所述空气压力温度传感器212被集成于所述燃料电池堆10的第一侧方110。

更具体地，在本发明的这个实施例中，所述空气入口103被设置于所述前端架121的靠近上方位置，所述空气出口104被设置于所述前端架121靠近下方位置。也就是说，空气从所述电堆11的靠近上方位置进入所述电堆11，从所述电堆11靠近下方位置反应后的剩余部分流出。即，一所述空气压力温度传感器212被集成于所述燃料电池的第一侧方110靠近上方位置，一所述空气压力温度传感器212被集成于所述燃料电池的第一侧方110靠近下方位置。

所述前端架121设有一冷却液入口105和一冷却液出口106，所述冷却液入口105和所述冷却液出口106连通于所述电堆11内部，用于向所述燃料电池堆10传送冷却液，更具体地，传送反应燃料需要的氧气。也就是说，所述前端架121的多个接口中，其中一个所述接口是冷却液入口105，另一个所述接口是冷却液出口106。举例地，冷却液可以直接从所述燃料电池发电系统1的所述水箱500获取，从而通过所述水箱500向所述冷却液入口105输送冷却液。

所述配置部件20中的一所述冷却液压力温度传感器213被设置于所述冷却液入口105，一所述冷却液压力温度传感器213被设置于所述冷却液出口106，以便于控制和监测进出所述冷却液入口105和所述冷却液出口106的冷却液。也就是说，所述冷却液压力温度传感器213被集成于所述燃料电池堆10的第一侧方110。

在所述燃料电池发电系统1中，所述冷却液压力温度传感器213传动信息至所述控制装置300，通过所述控制装置300控制所述集成燃料电池发电装置100工作。

值得一提的是，在本发明的这个实施例中，所述燃料电池堆10集成多个温度压力传感器，分别监测对应的介质，比如氢气、空气和冷却液。即所述氢气压力温度传感器211、所述空气压力温度传感器212和所述冷却液压力温度传感器213分别为集成于所述氢气入口101、所述氢气出口102、所述空气入口103、所述空气出口104、所述冷却液入口105和所述冷却液出口106，本领域的技术人员可以理解的是，在本发明的发明构思的基础上，可以选择性地集成所述压力温度传感器，比如选择在所述氢气入口101、所述氢气出口102、所述空气入口103、所述空气出口104、所述冷却液入口105和所述冷却液出口106中的一个或多个集成所述压力温度传感器。

更具体地，在本发明的这个实施例中，所述冷却液入口105被设置于所述前端架121的靠近上方位置，所述冷却液出口106被设置于所述前端架121靠近下方位置。也就是说，冷却液从所述电堆11的靠近上方位置进入所述电堆11，从所述电堆11靠近下方位置流出。即，一所述冷却液压力温度传感器213被设置于所述燃料电池的第一侧方110靠近上方位置，一所述冷却液压力温度传感器213被设置于所述燃料电池的第一侧方110靠近下方位置。

所述外集成架组件12包括一配置架123和一电堆托架124，所述配置架123和所述电推托架配合所述前端架121和所述后端架122配置于所述电堆11的周侧。更具体地，在本发明的这个实施例中，所述配置架123被配置于所述前端架121和所述后端架122之间的至少两侧面。

进一步，所述配置架123和所述电堆托架124配合所述前端架121以及所述后端件分别被设置于所述电堆11的六侧方。

在本发明的这个实施例中，所述配置架123被设置于所述电堆11的第三侧方130、第四侧方140以及第五侧方150。也就是说，所述配置架123在所述电堆11的左侧、右侧以及上侧为所述配置部件20提供配置位置。

所述电堆托架124被设置于所述电堆11的第六侧方160，即所述电堆托架124被设置于所述电堆11的下方，以便于为所述集成燃料电池以及配置部件20提供支撑，方便将所述集成燃料电池堆10装置被安装或固定。

进一步，在本发明的这个实施例中，所述电推托架向两端延伸，以便于提供安装固定的位置。也就是说，所述电堆托架124向Z轴的两个方向延伸。

根据本发明的这个实施例，参照图2，图3，图4，所述电堆11的第二侧方120集成有所述增压器2211和增压器控制器2212，所述增压器2211和所述增压控制器相互配合为所述电堆11提供压缩空气。所述增压器控制器2212控制所述增压器2211的工作。

进一步，所述增压器2211气体连通于位于第一侧方110的所述空气入口103。也就是说，经过所述增压器2211增压后的空气进入所述空气入口103，并且通过所述空气压力温度传感器212的监测。在所述燃料电池发电系统1中，所述增压器控制器2212信息连通于所述控制器，通过所述控制器控制所述增压器控制器2212以及所述增压器2211。

进一步，在所述燃料电池发电系统1中，所述过滤器400连通于所述增压器2211，经过所述过滤器400过滤空气，被所述增压器2211吸入，增压后传向所述燃料电池堆10。经过所述增压器2211增压后的空气，压力和温度都升高，因此通过一热交换组件600来降低温度。所述热交换组件600被设置于所述集成燃料电池发电装置100之外，也就是说，所述热交换组件600并没有直接集成于所述燃料电池堆10。增压后的空气经过所述热交换组件600冷却后传回所述燃料电池堆10。

所述增压器2211是所述燃料电池发电系统1中除所述电堆11和所述控制器外的一个核心零部件，对于燃料电池堆10的性能和可靠性至关重要，增压器2211直接决定了燃料电池堆10的氧气“燃料”的补给量，也会直接影响电堆11对负载的相应速度，当增压器2211受“污染”时，可能会导致电堆11功率急剧下降。

在本发明的这个实施例中，所述增压器2211和所述增压器控制器2212构成一增压器模块221，被整体地设置于所述燃料电池堆10的后方，即第二侧方120，且方便运输和固定。

更具体地，所述增压器模块221被固定于所述电堆托架124，也就是说，所述电推托架的延伸部分为所述增压器模块221提供固定位置。

在本发明的这个实施例中，所述增压器2211包括一压气机、一电机、一热交换机和一油罐。所述电机驱动所述压气机驱动工作，所述油罐用于容纳润滑油，以便于润滑所述增压器2211的轴承，保证所述压气机的高速运转的可靠性。所述热交换器用于为所述压气机进行冷却作用，保证所述压气机的高速运转。

进一步，所述增压器控制器2212被固定于所述电堆托架124，所述电机、所述压气机、所述油罐和所述热交换器被固定于所述增压器控制器2212。

参照图2至图4，所述燃料电池堆10的第三侧方130的设有一所述启动模块231，所述启动模块231用于为所述电压转换器251预充电而启动所述电压转换器251。也就是说，所述配置部件20中的所述启动模块231被设置于所述燃料电池堆10的左侧。

进一步，所述启动模块231被固定于所述燃料电池堆10的所述配置架123，位于所述电堆11的左侧。更具体地，所述启动模块231被设置于靠近上方的位置，以便于电连接所述电压转换器251。所述启动模块231被设置于横向延伸的中部位置，以便于两侧分别固定其他配置部件20。

所述燃料电池堆10的第三侧方130配置有所述纯化柱232，所述纯化柱232用于去除电堆11冷去液中的离子，避免电堆11内部“短路”。也就是说，所述纯化柱232被设置于所述电堆11的左侧。所述纯化柱232被固定于所述配置架123，位于所述电堆11的左侧。

所述纯化柱232液体连通于所述冷却液入口105，以便于纯化进入所述电堆11内部的冷却液。在本发明的一些实施例中，所述纯化柱232液体连通于所述水箱500，以便于由所述水箱500存储的冷却液进入所述电堆11前，先经过所述纯化柱232的纯化作用。

在本发明的这个实施例中，所述纯化柱232被设置于所述启动模块231下方，以便于充分利用所述然电池堆的第三侧方130空间。

所述燃料电池堆10的第三侧方130布置有所述节温器233和所述电堆水泵234，所述节温器233和所述电堆水泵234通过管道连接于所述冷却液出口106，当电堆冷却液温度小于节温器233设定值时，电堆冷却液直接通过冷却液回到水泵，经所述电堆水泵234加压后又回到电堆11，当电堆冷却液温度大于节温器233设定值时，所述节温器233内部通道打开，电堆冷却液通过管路进入一电堆散热器，在所述电堆散热器中经风扇冷却再回到电堆11，周而复始。

也就是说，所述节温器233控制所述冷却液的流向，从而更加高效地进行冷却。所述电堆散热器被设置于所述集成燃料电池发电装置100的外部，并没有集成于所述集成燃料电池装置。即，在所述燃料电池发电系统1中，所述节温器233通过管路连通于外部的所述电堆散热器。

所述节温器233和所述电堆冷却水泵234被固定于所述配置架123，位于所述电堆11的左侧。

进一步，所述节温器233和所述电堆水泵234被设置于所述启动模块231和所述纯化柱232的前方靠近位置。也就是说，所述节温器233和所述电堆水泵234靠近所述冷却液入口105和所述冷却液出口106位置。

所述电堆水泵234被设置于所述节温器233下方位置，以充分利用所述燃料电池堆10的左侧的空间。

参照图1，图3，所述燃料电池堆10的第四侧方140布置有所述氢气循环泵241，所述氢气循环泵241用于将所述电堆11反应残留的氢气输送进入下一个电堆11循环反应。所述氢气循环泵241被固定于所述配置架123，位于所述电堆11的右侧。

所述燃料电池堆10的第四侧方140布置有所述加湿器242，所述加湿器242用于对进入所述电堆11的空气进行加湿，避免进入所述电堆11内部空气过干，保证电堆11发电性能和可靠性。所述加湿器242被固定于所述配置架123，位于所述电堆11的右侧。

在一些实施例中，所述加湿器242气体连通于空气入口103，所述增压器2211气体连接于所述增压器2211，以使得增压后的气体通过所述加湿器242的加湿作用后再通过所述空气入口103进入所述电堆11。

在一些实施例中，所述加湿器242连接于所述热交换组件600，所述热交换组件600连接于所述增压器2211，所述增压器2211连接于所述过滤器400。也就是说，在工作的过程中，空气的流通路径是，外部空气经过所述过滤器400的过滤作用被所述增压器2211吸入，增加压力，进而被传送至所述热交换组件600进行冷却降温，降温后的空气被传送至所述加湿器242进行加湿作用，而后通过所述空气入口103进入所述电堆11进行反应。

另一方面，空气中没有参与反应的其他气体和水从所述电堆11排除，并且进入所述加湿器242为所述电堆11进行加湿，而后排放。也就是说，所述加湿器242气体连通于位于所述燃料电池堆10前侧所述空气入口103和所述空气出口104。

所述燃料电池堆10的第四侧方140布置有所述增压器冷却水泵243，所述增压器冷却水泵243，用于为所述增压器2211进行冷却。所述增压器冷却水泵243被固定于所述配置架123，位于所述电堆11的右侧。所述增压器冷却水泵243被设置于所述氢气循环泵241后方位置，以充分利用所述电堆11的右侧横向空间位置。

参照图1至图4，所述燃料电池堆10的第五侧方150布置有所述电压转换器251，所述电压转换器251用于转换所述电堆11产生电能的电压，以便于适用不同等级的电压需求。

所述电压转换器251可以包括一高压DC和一低压DC，所述高压DC将所述电堆11输出的电压升高，传输给高压配电器后，为电机、增压器2211或其他高压电器提供电能。所述低压DC将所述电堆11输出的电压降低，可以为风扇、水泵、电磁阀等低压电器供电。

所述电压转换器251被固定于所述配置架123，位于所述电堆11上方位置。

在一些实施例中，所述燃料电池堆10的第五侧方150设置有所述固定部件，以便于将所述集成燃料电池装置固定于被应用的设备，比如方便固定于车体或者方便吊装搬运。

所述固定部件被固定于所述配置架123，在一些实施例中，所述固定部件一体连接于所述配置架123。所述固定部件可以是吊耳。

在一些实施中，可以在所述电堆11一侧或几侧选择性地布置所述控制装置300、电堆排气背压阀。

参照图2和图4，所述电推托架124被设置于所述燃料电池堆10的第六侧方160，也就是说，所述电推托架124被设置于所述燃料电池堆10的下侧方，底部位置，以便于为所述燃料电池堆10提供整体的支撑，且所述电堆托架124可以为集成于所述第一侧方和所述第二侧方的配置部件20提供安装固定位置。

所述燃料电池发电系统1的工作过程是：

燃料电池堆10在工作时需要三种介质，分别是氢气、空气、冷却液，氢气和空气是反应物，冷却液对电堆11起着冷却作用。氢气从所述氢气储存装置上出来后经过减压和调压进入所述氢气进气电磁阀214，所述氢气进气电磁阀214用来控制车用燃料电池的氢气通断。然后从电堆前端架121上方的所述氢气入口101进入所述电堆11，氢气进入所述电堆11经过化学反应，一次反应不完的氢气从所述电堆前端架121的下方出来后进入位于右侧的所述氢气循环泵241，氢气循环泵241泵气后再进入下一个电堆11循环。在电堆氢气的出口上设置有所述电堆氢气排水电磁阀，主要是用来排掉电堆11工作时氢气通道上产生的水，防止因为氢气通道“水淹”而造成电堆11工作不良。在电堆11的氢气入口101和出口102设计有所述压力温度传感器211以用来控制和监测氢气流量。空气经过过滤被位于电堆11后侧的所述增压器2211吸入增压，压力和温度同时升高，为了防止空气温度过热和增加密度，增压升温后的空气经过所述热交换组件600后再进入位于所述电堆11右侧所述加湿器242，加湿以后进入燃料电池。空气中的氧气和氢离子在电堆11中反应生成水，空气中不参与反应的其他气体和水(有两种形态，一种是水蒸气、一种是液态水)从所述电堆11排出，进入所述加湿器242给电堆11空气进气进行加湿，然后排放掉。在电堆11空气入口103和出口104设有所述压力温度传感器212用来控制和监测空气流量。电堆11在进行氢气和氧气反应的过程中会产生热量，需要冷却液及时将这些热量带走，所以电堆水泵234会从所述水箱500抽水给电堆11进行冷却。由于电堆11在不同工况下产生的热是不一样的，所以在电堆冷却液出口106会安装一个位于所述电堆11左侧的所述节温器233，当冷却液温度不高时，冷却液会直接回到位于所述电堆11左侧的所述电堆水泵234再次进入电堆11，当冷却液温度很高时，所述节温器233会将冷却液引入散热器进行冷却，然后在回到所述电堆水泵234，在电堆11冷却液入口105和出口上设有所述压力温度传感器，用来控制和检测冷却液流量。电堆11产生的电进入位于所述电堆11上方的所述电压转化器转化成预定范围电压，如260～700V高压直流电，用于电机的驱动或给动力电池充电，或者低压直流电。位于所述电堆11左侧的所述启动模块231用来给所述电压转换器251预充电用来启动所述电压转换器251。

根据本发明的上述实施例，本发明提供一集成燃料电池配置方法，所述方法包括步骤：

S1：以一电堆11为依附设置一外集成架组件12，封装所述电堆11；和

S2：以所述电堆11为参考，依附所述外集成架组件12，在多个侧方集成配置部件20。

所述步骤S1中，所述外集成架组件12举例地但不限于，所述前端架121、所述后端架122、所述电堆托架124和所述配置架123。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (32)

1.一集成燃料电池发电装置，其特征在于，包括：

一燃料电池堆；和

多个配置部件，其中以所述燃料电池堆为参考，在所述燃料电池堆的多个侧方集成所述配置部件，所述配置部件配合所述燃料电池堆进行发电。

2.根据权利要求1所述的集成燃料电池发电装置，其中所述燃料电池堆的具有六侧方，分别为一前侧方、一后侧方、一左侧方、一右侧方、一上侧方和和一下侧方，其中所述前侧方设有一氢气入口、一氢气出口、一空气入口、一空气出口、一冷却液入口和一冷却液出口，所述氢气入口和所述氢气出口连通所述燃料电池堆，以便为所述燃料电池堆提供氢气，所述空气入口和所述空气出口连通所述燃料电池堆，以便为所述燃料电池堆提供空气，所述冷却液入口和所述冷却液出口连通所述燃料电池堆，以便为所述燃料电池堆提供冷却液。

3.根据权利要求2所述的集成燃料电池发电装置，其中所述配置部件包括一氢气进气电磁阀，被集成于所述氢气入口，控制所述氢气入口通过的氢气。

4.根据权利要求2所述的集成燃料电池发电装置，其中所述配置部件包括一电堆氢气排水电磁阀，所述电堆氢气排水电磁阀被集成于所述氢气出口。

5.根据权利要求2所述的集成燃料电池发电装置，其中所述配置部件包括至少一压力温度传感器，被选择性地集成于所述氢气入口、所述氢气出口、所述空气入口、所述空气出口、所述冷却液入口和所述冷却液出口。

6.根据权利要求5所述的集成燃料电池发电装置，其中所述压力温度传感器包括两氢气压力温度传感器、两空气压力温度传感器、两冷却液压力温度传感器，分别被集成于所述氢气入口、所述氢气出口、所述空气入口、所述空气出口、所述冷却液入口和所述冷却液出口。

7.根据权利要求2所述的集成燃料电池发电装置，其中所述配置部件包括一增压器模块，所述增压器模块被集成于所述燃料电池堆的后方。

8.根据权利要求2所述的集成燃料电池发电装置，其中所述增压器模块包括一增压器和一增压器控制器，所述增压器控制器控制所述增压器。

9.根据权利要求2所述的集成燃料电池发电装置，其中所述配置部件包括一电压转换器，所述转换器电连接所述燃料电池堆，用于转换所述燃料电池堆电压，所述电压转换器被集成于所述燃料电池堆的上侧方。

10.根据权利要求9所述的集成燃料电池发电装置，其中所述配置部件包括一固定部件，所述固定部件被集成于所述燃料电池堆上侧方，用于固定所述集成燃料电池发电装置。

11.根据权利要求9所述的集成燃料电池发电装置，其中所述配置部件包括一启动模块，所述启动模块用于启动所述电压转换器，所述启动模块被集成于所述燃料电池堆的左方。

12.根据权利要求2所述的集成燃料电池发电装置，其中所述配置部件包括一纯化柱，所述纯化柱连通于所述冷却液入口，用于纯化进入所述燃料电池堆的冷却液，所述纯化柱被集成于所述燃料电池堆的左侧方。

13.根据权利要求2所述的集成燃料电池发电装置，其中所述配置部件包括一节温器，所述节温器用于控制所述冷却液出口的冷却液的流向，所述节温器被集成于所述燃料电池堆的左侧方。

14.根据权利要求2所述的集成燃料电池发电装置，其中所述配置部件包括一电堆水泵，所述电堆水泵用于向所述燃料电池堆的所述冷却液入口提供冷却液，所述电堆水泵被集成于所述燃料电池堆的左侧方。

15.根据权利要求2所述的集成燃料电池发电装置，其中所述配置部件包括一氢气循环泵，所述氢气循环泵连接所述氢气出口，用于氢气循环，所述氢气循环泵被集成于所述燃料电池堆右侧方。

16.根据权利要求8所述的集成燃料电池发电装置，其中所述配置部件包括一加湿器，所述加湿器用于加湿所述增压器增压后的空气，所述加湿器被集成于所述燃料电池堆右侧方。

17.根据权利要求2所述的集成燃料电池发电装置，其中所述配置部件包括一增压器冷却水泵，所述增压器冷却水泵用于为所述增压器模块进行冷却，所述增压器冷却水泵被集成于所述燃料电池堆右侧方。

18.根据权利要求2至17任一所述的集成燃料电池发电装置，其中所述燃料电池堆包括一电堆和一外集成架组件，所述外集成架组件封装所述电堆，且所述多个配置部件提供集成位置。

19.根据权利要求18所述的集成燃料电池发电装置，其中所述外集成架组件包括一前端架和一后端架，所述电堆被夹持于所述前端架和所述后端件之间以形成封闭的燃料电池结构，所述前端架和所述后端件为所述前侧方和所述后侧方的集成部件提供集成位置。

20.根据权利要求18所述的集成燃料电池发电装置，其中所述外集成架组件包括一配置架，所述配置架被设置于所述电堆的至少两侧方，为所述燃料电池堆的上侧方、下侧方、左侧方和右侧方中的至少两侧方提供集成位置。

21.根据权利要求18所述的集成燃料电池发电装置，其中所述外集成架组件包括一电堆托架，所述电堆托架被配置于所述燃料电池堆下侧方。

22.根据权利要求2至17任一所述的集成燃料电池发电装置，其中所述氢气入口、所述空气入口和所述冷却液入口靠近所述燃料电池堆上方位置，所述氢气出口、所述空气出口和所述冷却液出口靠近所述燃料电池堆下方位置。

23.根据权利要求1所述的集成燃料电池发电装置，其中所述多个配置部件选自组合：一启动模块、一电堆氢气排水电磁阀、一纯化柱、一节温器、一电堆水泵、一氢气循环泵、一加湿器、一冷却水泵、一电压转换器、一固定部件、一电堆托架、一氢气压力温度传感器、一空气温度压力传感器、一冷却液压力温度传感器、一氢气进气电磁阀、一增压器、一增压器控制器、一电控控制器以及一电堆排气背压阀中的一种或多种。

24.根据权利要求23所述的集成燃料电池发电装置，其中燃料电池堆具有六侧方，分别为一前侧方、一后侧方、一左侧方、一右侧方、一上侧方和和一下侧方，所述氢气压力温度传感器、所述空气压力温度传感器、所述冷却液压力温度传感器、所述氢气进气电磁阀和所述电堆氢气排水电磁阀被集成于所述燃料电池堆的前侧方。

25.根据权利要求23所述的集成燃料电池发电装置，其中所述增压器和所述增压器控制器被集成于所述燃料电池堆的后侧方。

26.根据权利要求23所述的集成燃料电池发电装置，其中所述启动模块、所述纯化柱、所述节温器和所述电堆水泵被集成于所述燃料电池堆的左侧方。

27.根据权利要求23所述的集成燃料电池发电装置，其中所述氢气循环泵、所述加湿器和所述增压器冷却水泵被集成于所述燃料电池堆的右侧方。

28.根据权利要求23所述的集成燃料电池发电装置，其中所述电压转换器和所述固定部件被集成于所述燃料电池堆上侧方。

29.集成燃料电池堆发电系统，其特征在于，包括：

一氢气供给装置；

一过滤器；

一水箱；和

一根据权利要求1-28任一所述的集成燃料电池发电装置；其中所述氢气存储装置为所述燃料电池堆装置提供氢气，所述过滤器为所述燃料电池堆提供过滤空气，所述水箱为所述燃料电池发电装置提供冷却液。

30.根据权利要求29所述的集成燃料电池堆发电系统，其中所述集成燃料电池堆发电系统包括一热交换组件，用于散失所述燃料电池堆发电装置产生的热量。

31.根据权利要求29所述的集成燃料电池发电系统，其中所述集成燃料电池堆发电系统包括一控制装置，所述控制装置控制所述集成燃料电池堆装置工作。

32.一集成燃料电池堆配置方法，其特征在于，包括步骤：

(A)以一电堆为依附设置一外集成组件，封装所述电堆；和

(B)以所述电堆为参考，依附所述外集成架组件，在多个侧方集成多个配置部件。