CN112599814A - 燃料电池系统及燃料电池汽车 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种燃料电池系统及燃料电池汽车。燃料电池系统包括第一换热器、第一鼓风机、第一阀门、第二换热器和第三换热器。燃料电池系统通过第一换热器使低温氢与空气换热。低温的空气进入待调温空间，实现待调温空间的降温。燃料电池系统通过第二换热器使高温的冷却液与空气换热。高温的空气进入待调温空间，实现待调温空间的升温。第三换热器使低温氢与高温冷却液换热，实现了氢的升温和冷却液的降温，进而保证燃料电堆在最佳状态工作。燃料电池系统通过第一换热器、第二换热器和第三换热器，实现了氢气的升温、冷却液的降温以及对待调温空间温度的调节，进而实现燃料电池汽车内部能量的综合利用。

Description

燃料电池系统及燃料电池汽车

技术领域

本申请涉及汽车技术领域，特别是涉及一种燃料电池系统及燃料电池汽车。

背景技术

化石能源消耗带来的能源枯竭和环境污染日益严重，可再生能源的大规模开发和利用势在必行。氢气是一种有效的储能方式：在可再生能源发电高峰期将电能转换为化学能储存在氢气当中，在用电高峰期将氢气携带的能量通过燃料电池重新转换为电能以供使用。氢燃料电池汽车具有零排放、无污染、高效的特点，是一种十分具有潜力的新能源汽车。

当氢燃料电池发动机匹配液氢或者高压氢气系统时，液氢或高压氢气在进入燃料电池电堆之前首先需要进行减压、汽化或升温到50℃左右，此过程需要吸收大量的热。燃料电池电堆在工作过程中会产生大量的余热，通常采用冷却液对电堆进行散热，以使电堆内部温度始终处于高效的工作温度范围内。除此之外，为保证驾驶员及乘客在驾驶室和舱室内的舒适性，需要采用空调系统使驾驶室和舱室内的温度保持在一定范围之内，在天气寒冷时对驾驶室和舱室内空气进行升温，在天气炎热时对驾驶室或舱室内空气进行降温。由此可见，怎样才能实现燃料电池汽车内部能量的综合利用是亟待解决的问题。

发明内容

基于此，有必要针对怎样才能实现燃料电池汽车内部能量的综合利用的问题，提供一种燃料电池系统及燃料电池汽车。

一种燃料电池系统，包括第一换热器、第一鼓风机、第一阀门、第二换热器和第三换热器。所述第一换热器的氢进口用于与氢源连接。所述第一换热器的空气出口用于与待调温空间连通。所述第一鼓风机的空气进口与大气连通。所述第一阀门的第一阀口与所述第一鼓风机的出口连接。所述第一阀门的第二阀口与所述第一换热器的第二进口连接。所述第二换热器的空气进口与所述第一阀门的第三阀口连接。所述第二换热器的空气出口用于与所述待调温空间连通。所述第二换热器的冷却进口用于燃料电堆的冷却出口连接。所述第三换热器的氢进口与所述第一换热器的氢出口连接。所述第三换热器的氢出口用于与所述燃料电堆的氢气进口连接。所述第三换热器的冷却进口与所述第二换热器的冷却出口连接。所述第三换热器的冷却出口用于与所述燃料电堆的冷却进口连接。

在一个实施例中，所述燃料电池系统还包括第二阀门、第四换热器和第一接头。所述第二阀门的第一阀口用于与所述燃料电堆的冷却出口连接。所述第二阀门的第二阀口用于与所述第二换热器的冷却进口连接。所述第四换热器的冷却进口与所述第二阀门的第三阀口连接。所述第四换热器的空气进口用于与所述第二鼓风机连接。所述第四换热器的空气出口用于与大气连通。所述第一接头的第一阀口与所述第二换热器的冷却出口连接。所述第一接头的第二阀口与所述第四换热器的冷却出口连接。所述第一接头的第三阀口与所述燃料电堆的冷却进口连接。

在一个实施例中，所述燃料电池系统还包括第三阀门。所述第三阀门的第一阀口与大气连通。所述第三阀门的第二阀口用于与所述待调温空间连通。所述第三阀门的第三阀口与所述第一鼓风机的进口连接。

在一个实施例中，所述燃料电池系统还包括第四阀门、第五换热器和第二接头。所述第四阀门的第一阀口用于与所述氢源连接。所述第四阀门的第二阀口用于与所述第一换热器的氢进口连接。所述第五换热器的氢进口与所述第四阀门的第三阀口连接。所述第五换热器的空气进口用于与第三鼓风机的出口连接。所述第五换热器的空气出口与大气连通。所述第二接头的第一阀口与所述第五换热器的氢出口连接。所述第二接头的第二阀口用于与所述第一换热器的氢出口连接。所述第二接头的第三阀口与所述第三换热器的氢进口连接。

在一个实施例中，所述燃料电池系统还包括第五阀门和第三接头。所述第五阀门的第一阀口用于与所述燃料电堆的冷却出口连接。所述第五阀门的第二阀口与所述第二阀门的第一阀口连接。所述第三接头的第一阀口与所述第五阀门的第三阀口连接。所述第三接头的第二阀口与所述第一接头的第三阀口连接。所述第三接头的第三阀口与所述第三换热器的冷却进口连接。

在一个实施例中，所述燃料电池系统还包括第一加热器。所述第一加热器连接于所述第三换热器的氢出口与所述燃料电堆的氢气进口之间。

在一个实施例中，所述燃料电池系统还包括第二加热器。所述第二加热器连接于所述第二接头的第三阀口与所述第三换热器的氢进口之间。

在一个实施例中，所述燃料电池系统还包括第三加热器。所述第三加热器连接于所述第三换热器的冷却出口与所述燃料电堆的冷却进口之间。

在一个实施例中，所述燃料电池系统还包括第六阀门、第二管路和第四接头。所述第六阀门的第一阀口用于与所述氢源连接。所述第六阀门的第二阀口与所述第四阀门的第一阀口连接。所述第二管路的一端与所述第六阀门的第三阀口连接。所述第四接头的第一阀口与所述第二接头的第三阀口连接。所述第四接头的第二阀口与所述第二管路的另一端连接。所述第四接头的第三阀口与所述第二加热器的进口连接。

一种燃料电池汽车，包括如上述任一实施例所述的燃料电池系统。

本申请实施例提供的所述燃料电池系统，包括第一换热器、第一鼓风机、第一阀门、第二换热器和第三换热器。所述第一换热器的氢进口用于与氢源连接。所述第一换热器的空气出口用于与待调温空间连通。所述第一鼓风机的空气进口与大气连通。所述第一阀门的第一阀口与所述第一鼓风机的出口连接。所述第一阀门的第二阀口与所述第一换热器的第二进口连接。所述第二换热器的空气进口与所述第一阀门的第三阀口连接。所述第二换热器的空气出口用于与所述待调温空间连通。所述第二换热器的冷却进口用于燃料电堆的冷却出口连接。所述第三换热器的氢进口与所述第一换热器的氢出口连接，所述第三换热器的氢出口用于与所述燃料电堆的氢气进口连接。所述第三换热器的冷却进口与所述第二换热器的冷却出口连接。所述第三换热器的冷却出口用于与所述燃料电堆的冷却进口连接。

所述燃料电池系统通过所述第一换热器使低温氢与空气换热，空气的温度降低。低温的空气进入待调温空间，实现待调温空间的降温。当待调温空间需要温度升高时，所述燃料电池系统通过所述第二换热器使高温的冷却液与空气换热，空气的温度升高。高温的空气进入待调温空间，实现待调温空间的升温。所述第三换热器使低温氢与高温冷却液换热，实现了氢的升温和冷却液的降温，进而保证所述燃料电堆在最佳状态工作。

所述燃料电池系统通过所述第一换热器、所述第二换热器和所述第三换热器，实现了冷却液、空气和氢气之间能量的调配。所述燃料电池系统实现了氢气的升温、冷却液的降温以及对所述待调温空间温度的调节，进而实现燃料电池汽车内部能量的综合利用。此外，通过调节所述第一阀门，使所述第一鼓风机在不同时刻为所述第一换热器和所述第二换热器提供风压，所述燃料电池系统提高了所述第一鼓风机的利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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为本申请一个实施例中提供的所述燃料电池系统的结构示意图。

图2为本申请第二个实施例中提供的所述燃料电池系统的结构示意图。

图3为本申请第三个实施例中提供的所述燃料电池系统的结构示意图。

图4为本申请第四个实施例中提供的所述燃料电池系统的结构示意图。

图5为本申请第五个实施例中提供的所述燃料电池系统的结构示意图。

图6为本申请第六个实施例中提供的所述燃料电池系统的结构示意图。

图7为本申请第七个实施例中提供的所述燃料电池系统的结构示意图。

附图标号：

10、燃料电池系统；101、氢源；102、燃料电堆；103、空调蒸发器；104、待调温空间；105、调节阀门；210、第一换热器；220、第二换热器；230、第三换热器；240、第四换热器；250、第五换热器；310、第一阀门；320、第二阀门；330、第一接头；340、第三阀门；350、第四阀门；360、第二接头；370、第五阀门；380、第三接头；390、第六阀门；300、第四接头；410、第一鼓风机；420、第二鼓风机；430、第三鼓风机；510、第一加热器；520、第二加热器；530、第三加热器；540、第四加热器；60、第一管路；600、第二管路；710、第一测温装置；720、第二测温装置；730、第三测温装置。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“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申请和简化描述，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申请的限制。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，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”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

请参见图1，本申请实施例提供一种燃料电池系统10，包括第一换热器210、第一鼓风机410、第一阀门310、第二换热器220和第三换热器230。所述第一换热器210的氢进口用于与氢源101连接。所述第一换热器210的空气出口用于与待调温空间104连通。所述第一鼓风机410的空气进口与大气连通。所述第一阀门310的第一阀口与所述第一鼓风机410的出口连接。所述第一阀门310的第二阀口与所述第一换热器210的空气进口连接。所述第二换热器220的空气进口与所述第一阀门310的第三阀口连接。所述第二换热器220的空气出口用于与所述待调温空间104连通。所述第二换热器220的冷却进口用于燃料电堆102的冷却出口连接。所述第三换热器230的氢进口与所述第一换热器210的氢出口连接。所述第三换热器230的氢出口用于与所述燃料电堆102的氢气进口连接。所述第三换热器230的冷却进口与所述第二换热器220的冷却出口连接。所述第三换热器230的冷却出口用于与所述燃料电堆102的冷却进口连接。

所述燃料电池系统10通过所述第一换热器210使低温氢与空气换热，空气的温度降低。低温的空气进入所述待调温空间104，实现所述待调温空间104的降温。当所述待调温空间104需要温度升高时，所述燃料电池系统10通过所述第二换热器220使高温的冷却液与空气换热，空气的温度升高。高温的空气进入所述待调温空间104，实现所述待调温空间104的升温。所述第三换热器230使低温氢与高温冷却液换热，实现了氢的升温和冷却液的降温，进而保证所述燃料电堆102在最佳状态工作。

所述燃料电池系统10通过所述第一换热器210、所述第二换热器220和所述第三换热器230，实现了氢气的升温、冷却液的降温以及对所述待调温空间104温度的调节，进而实现燃料电池汽车内部能量的综合利用。

当所述待调温空间104需要升温时，调节所述第一阀门310，使所述第一阀门310的第一阀口与所述第一阀门310的第三阀口连通，所述第一鼓风机410的空气出口与所述第二换热器220的空气入口连通。在所述第二换热器220中高温的冷却液与空气进行热量交换，空气的温度升高，冷却液的温度降低。升温后的空气通过所述第二换热器220的空气出口进入空气流道，再进入所述待调温空间104，所述待调温空间104的温度升高。

当所述待调温空间104需要降温时，调节所述第一阀门310，使所述第一阀门310的第一阀口与所述第一阀门310的第二阀口连通，所述第一鼓风机410的空气出口与所述第一换热器210的空气入口连通。在所述第一换热器210中低温氢与空气进行热量交换，空气的温度降低，氢的温度升高。降温后的空气通过所述第一换热器210的空气出口进入空气流道，再进入所述待调温空间104，所述待调温空间104的温度降低。

通过调节所述第一阀门310，使所述第一鼓风机410在不同时刻为所述第一换热器210和所述第二换热器220提供风压，提高了所述第一鼓风机410的利用率。

所述第一阀门310为三通阀。所述第一阀门310包括三个阀口。所述待调温空间104包括汽车的驾驶室或舱室等。氢源101包括液态氢气或气态氢气。氢源101的温度通常为-250℃到0℃。燃料电堆102的冷却出口流出的冷却液温度在60℃-85℃范围内。燃料电堆102的冷却进口的冷却液温度在50℃-75℃范围内。

如果相对于所述待调温空间104的冷量需求量或热量需求量，所述氢源101的冷量和所述冷却液的热量充足时，所述第三换热器230工作，使得所述氢源101和冷却液进行热交换，使氢气的温度继续升高，冷却液的温度继续降低，以满足所述燃料电堆102的温度需求。

请一并参见图2，在一个实施例中，所述燃料电池系统10还包括第二阀门320、第四换热器240和第一接头330。所述第二阀门320的第一阀口用于与所述燃料电堆102的冷却出口连接。所述第二阀门320的第二阀口用于与所述第二换热器220的冷却进口连接。所述第四换热器240的冷却进口与所述第二阀门320的第三阀口连接。所述第四换热器240的空气进口用于与所述第二鼓风机420连接。所述第四换热器240的空气出口用于与大气连通。所述第一接头330的第一接口与所述第二换热器220的冷却出口连接。所述第一接头330的第二接口与所述第四换热器240的冷却出口连接。所述第一接头330的第三接口与所述第三换热器230的冷却进口连接。

当从所述燃料电堆102的冷却出口出来的冷却液的热量充足，且所述待调温空间104不需要升温时，调节所述第二阀门320使所述第二阀门320的第一阀口与所述第二阀门320的第三阀口连通。从高温的冷却液不再进入所述第二换热器220，而是进入所述第四换热器240。在所述第四换热器240中，所述高温的冷却液与空气进行热交换，冷却液的温度降低，空气的温度升高。温度降低的冷却液从所述第四换热器240的冷却出口流出，进入所述第三换热器230。温度升高的空气从所述第四换热器240的空气出口排入大气。

在一个实施例中，当从所述燃料电堆102的冷却出口出来的冷却液的热量充足，且所述待调温空间104需要升温时，调节所述第二阀门320使的冷却液进行分流。一部分冷却液从所述第二阀门320的第二阀口流向所述第二换热器220。另一部分冷却液从所述第二阀门320的第三阀口流向所述第四换热器240。

通过调节所述第二阀门320的开度可以改变冷却液的流向，使得冷却液的热量用于为所述待调温空间104升温或为氢升温。

所述第一接头330与所述第二阀门320配合，实现冷却液流向的切换。所述第二阀门320为三通比例阀。

请一并参见图3，在一个实施例中，所述燃料电池系统10还包括第三阀门340。所述第三阀门340的第一阀口与大气连通。所述第三阀门340的第二阀口用于与所述待调温空间104连通。所述第三阀门340的第三阀口与所述第一鼓风机410的进口连接。

当所述第三阀门340的第三阀口与所述第三阀门340的第二阀口连通时，所述待调温空间104的空气通过所述第一鼓风机410进入所述第一换热器210中，实现空气的内循环。

当所述第三阀门340的第三阀口与所述第三阀门340的第一阀口连通时，大气环境中的空气通过所述第一鼓风机410进入所述第一换热器210中，实现空气的外循环。

请一并参见图4，在一个实施例中，所述燃料电池系统10还包括第四阀门350、第五换热器250和第二接头360。所述第四阀门350的第一阀口用于与所述氢源101连接。所述第四阀门350的第二阀口用于与所述第一换热器210的氢进口连接。所述第五换热器250的氢进口与所述第四阀门350的第三阀口连接。所述第五换热器250的空气进口用于与第三鼓风机430的出口连接。所述第五换热器250的空气出口与大气连通。所述第二接头360的第一接口与所述第五换热器250的氢出口连接。所述第二接头360的第二接口用于与所述第一换热器210的氢出口连接。所述第二接头360的第三接口与所述第三换热器230的氢进口连接。

通过所述第四阀门350实现氢的分流。当所述第四阀门350的第一阀口与所述第四阀门350的第二阀口连通时，低温氢进入所述第一换热器210，氢的冷量用于为所述待调温空间104降温。当所述第四阀门350的第一阀口与所述第四阀门350的第三阀口连通时，低温氢进入所述第五换热器250，低温氢与空气换热，温度升高。

请一并参见图5，在一个实施例中，所述燃料电池系统10还包括第五阀门370和第三接头380。所述第五阀门370的第一阀口用于与所述燃料电堆102的冷却出口连接。所述第五阀门370的第二阀口与所述第二阀门320的第一阀口连接。所述第三接头380的第一接口与所述第五阀门370的第三阀口连接。所述第三接头380的第二接口与所述第一接头330的第三接口连接。所述第三接头380的第三接口与所述第三换热器230的冷却进口连接。

当所述燃料电堆102的冷却出口流出的冷却液余热不足时，调节所述第五阀门370使冷却液部分或全流量直接流至所述第三接头380的第一接口。

在一个实施例中，所述燃料电池系统10还包括第一管路60。所述第一管路60连接于所述第三接头380的第一接口与所述第五阀门370的第三阀口之间。

在一个实施例中，所述燃料电池系统10还包括第一加热器510。所述第一加热器510连接于所述第三换热器230的氢出口与所述燃料电堆102的氢气进口之间。

所述第一加热器510用于对所述第三换热器230流出的氢进行温度调节，以使所述燃料电堆102的氢气进口的温度为10℃-30℃左右。

在一个实施例中，所述燃料电池系统10还包括第二加热器520。所述第二加热器520连接于所述第二接头360的第三接口与所述第三换热器230的氢进口之间。所述第二加热器520用于对氢进行加热。

在一个实施例中，所述燃料电池系统10还包括第三加热器530。所述第三加热器530连接于所述第三换热器230的冷却出口与所述燃料电堆102的冷却进口之间。所述第三加热器530用于对所述第三换热器230流出的冷却液进行温度调节，以使所述燃料电堆102的冷却进口的温度在50℃-75℃左右。

在一个实施例中，所述燃料电池系统10还包括第四加热器540。所述第四加热器540连接于所述第二换热器220的空气出口和所述待调温空间104的管路中。当所述第二换热器220出来的空气温度低于预设温度时，所述第四加热器540用于为所述第二换热器220的空气出口的空气加热。

在一个实施例中，所述燃料电池系统10还包括空调蒸发器103。所述空调蒸发器103连接于所述第一换热器210的空气出口和所述待调温空间104的管路中。当所述第一换热器210的空气出口的空气温度达不到预设温度时，所述空调蒸发器103用于为所述第一换热器210的空气出口的空气降温。

请一并参见图6，在一个实施例中，所述燃料电池系统10还包括第六阀门390、第二管路600和第四接头300。所述第六阀门390的第一阀口用于与所述氢源101连接。所述第六阀门390的第二阀口与所述第四阀门350的第一阀口连接。所述第二管路600的一端与所述第六阀门390的第三阀口连接。所述第四接头300的第一接口与所述第二接头360的第三接口连接。所述第四接头300的第二接口与所述第二管路600的另一端连接。所述第四接头300的第三接口与所述第二加热器520的进口连接。

当所述待调温空间104无制冷需求，且冷却液余热充足时，通过调节所述第六阀门390，使氢不进入所述第一换热器210和所述第五换热器250。

在一个实施例中，所述燃料电池系统10还包括第一测温装置710。所述第一测温装置710连接于所述第一加热器510与所述燃料电堆102的氢进口之间，以测量所述燃料电堆102的氢进口的氢气温度。所述第一加热器510通过所述第一测温装置710测得所述氢气温度，调节加热功率。

在一个实施例中，所述燃料电池系统10还包括第二测温装置720。所述第二测温装置720连接于所述第三加热器530与所述燃料电堆102的冷却进口之间，以测量所述燃料电堆102的冷却进口的冷却液温度。所述第三加热器530通过所述第二测温装置720测得所述冷却液温度，调节加热功率。

在一个实施例中，所述燃料电池系统10还包括第三测温装置730。所述第三测温装置730设置于所述待调温空间104，以测量所述待调温空间104的空气温度。通过所述空气温度和目标温度调节所述第一鼓风机410的风量、所述第二阀门320的开度和所述第四阀门350的开度。

请一并参见图7，在一个实施例中，所述冷却液还参与DC/DC转换器、电机或控制器等辅助系统的冷却换热。所述冷却液在DC/DC转换器、电机或控制器吸热，温度升高的冷却液通过冷却回路进行降温。

在一个实施例中，所述燃料电池系统10还包括调节阀门。所述调节阀门设置于所述燃料电堆102的氢进口的管路。所述调节阀门用于调节进入所述燃料电堆102的氢进口的氢流量。

所述燃料电池系统10的工作模式包括：

第一种，氢源101冷能用于为所述待调温空间104制冷：控制所述第一鼓风机410打开，调节所述第六阀门390和所述第四阀门350使液氢或高压氢气流经所述第一换热器210。根据制冷量需求调节所述第六阀门390和所述第四阀门350的开度。调节所述第一阀门310使所述第一鼓风机410和所述第一换热器210连通，且使所述第一鼓风机410与所述第二换热器220断开。控制所述第四加热器540停止工作。空气经过所述第一鼓风机410增压后依次流经所述第一换热器210和所述空调蒸发器降温后进入空气流道，最后进入驾驶室或舱室。调节所述第三阀门340可实现驾驶室或舱室内空气的内循环和外循环切换。经过所述第一换热器210的氢气由所述第二接头360流回氢气主管路。空调蒸发器制冷功率根据驾驶室或舱室的温度需求进行调节，以辅助制冷。

第二种，冷却液余热用于为所述待调温空间104制热：控制所述第一鼓风机410打开。调节所述第一阀门310使所述第一鼓风机410和所述第二换热器220连接，且使所述第一鼓风机410与所述第一换热器210断开。调节所述第二阀门320使燃料电堆102的冷却液一部分分流进入所述第二换热器220，冷却液和空气换热后由所述第一接头330流回冷却液主管路。空气经所述第一鼓风机410增压后，通过所述第一阀门310进入所述第二换热器220。空气和燃料电堆102流出的冷却液进行热交换后，进入所述第四加热器540，进一步被加热后进入空气流道，最后进入驾驶室或舱室。根据驾驶室或舱室需求温度调节所述第二阀门320，从而调节流经所述第二换热器220的冷却液流量，并且调节所述第四加热器540功率辅助制热。

第三种，无制冷制热需求且冷却液余热充足，冷却液余热仅用于液氢汽化升温：控制所述第二加热器520停止工作。调节所述第六阀门390使液氢经所述第二管路600直接经所述第四接头300直接流入下游管路。液氢经过所述第二加热器520后进入所述第三换热器230。加热后的液氢在所述第三换热器230中与冷却液进行换热后，进入所述第一加热器510。所述第一加热器510的加热功率根据所述第一加热器510后氢气温度进行调节。

第四种，无制冷制热需求，且氢源101冷能过剩但冷却液余热不足时：调节所述第六阀门390和所述第四阀门350，使液氢全流量通过所述第五换热器250；所述第三鼓风机430打开，大气环境中的空气经所述第三鼓风机430增压后进入氢源101换热器进行换热，然后直接排至大气环境。

第五种，当所述氢源101冷能不足但冷却液余热过剩时，将多余的热能直接排至大气环境：调节所述第五阀门370使冷却液全流量流经所述第二阀门320。调节所述第二阀门320，使部分或全部燃料电堆102的冷却液流经所述第四换热器240。控制所述第二鼓风机420打开，大气环境中的空气经所述第二鼓风机420增压后进入所述第四换热器240进行换热，然后直接排至大气环境。所述第二阀门320根据制热需求调节分配比例，无制热需求时完全流经所述第四换热器240。

第六种，燃料电堆102的冷却液余热不足时：调节所述第五阀门370使冷却液部分或全流量旁通所述第二阀门320，使冷却液部分或全流量直接经所述第三接头380流回所述第三加热器530上游所述第三换热器230下游管段，然后经所述第三加热器530和冷却液循环泵流入燃料电池燃料电堆102。所述第五阀门370分配比例和所述第三加热器530加热功率根据冷却液进堆温度调节。

本申请实施例提供一种燃料电池汽车，包括如上述任一实施例所述的燃料电池系统10。其中所述燃料电池系统10包括第一换热器210、第一鼓风机410、第一阀门310、第二换热器220和第三换热器230。所述第一换热器210的氢进口用于与氢源101连接。所述第一换热器210的空气出口用于与待调温空间104连通。所述第一鼓风机410的空气进口与大气连通。所述第一阀门310的第一阀口与所述第一鼓风机410的出口连接。所述第一阀门310的第二阀口与所述第一换热器210的空气进口连接。所述第二换热器220的空气进口与所述第一阀门310的第三阀口连接。所述第二换热器220的空气出口用于与所述待调温空间104连通。所述第二换热器220的冷却进口用于燃料电堆102的冷却出口连接。所述第三换热器230的氢进口与所述第一换热器210的氢出口连接。所述第三换热器230的氢出口用于与所述燃料电堆102的氢气进口连接。所述第三换热器230的冷却进口与所述第二换热器220的冷却出口连接。所述第三换热器230的冷却出口用于与所述燃料电堆102的冷却进口连接。

所述燃料电池汽车通过所述第一换热器210使低温氢与空气换热，空气的温度降低。低温的空气进入待调温空间104，实现待调温空间104的降温。当待调温空间104需要温度升高时，所述燃料电池系统10通过所述第二换热器220使高温的冷却液与空气换热，空气的温度升高。高温的空气进入待调温空间104，实现待调温空间104的升温。所述第三换热器230使低温氢与高温冷却液换热，实现了氢的升温和冷却液的降温，进而保证所述燃料电堆102在最佳状态工作。

所述燃料电池汽车通过所述第一换热器210、所述第二换热器220和所述第三换热器230，实现了冷却液、空气和氢气之间能量的调配。所述燃料电池汽车实现了氢气的升温、冷却液的降温以及对所述待调温空间104温度的调节，进而实现燃料电池汽车内部能量的综合利用。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种燃料电池系统，其特征在于，包括：

第一换热器，所述第一换热器的氢进口用于与氢源连接，所述第一换热器的空气出口用于与待调温空间连通；

第一鼓风机，所述第一鼓风机的空气进口与大气连通；

第一阀门，所述第一阀门的第一阀口与所述第一鼓风机的出口连接，所述第一阀门的第二阀口与所述第一换热器的第二进口连接，

第二换热器，所述第二换热器的空气进口与所述第一阀门的第三阀口连接，所述第二换热器的空气出口用于与所述待调温空间连通，所述第二换热器的冷却进口用于燃料电堆的冷却出口连接；

第三换热器，所述第三换热器的氢进口与所述第一换热器的氢出口连接，所述第三换热器的氢出口用于与所述燃料电堆的氢气进口连接，所述第三换热器的冷却进口与所述第二换热器的冷却出口连接，所述第三换热器的冷却出口用于与所述燃料电堆的冷却进口连接。

2.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括：

第二阀门，所述第二阀门的第一阀口用于与所述燃料电堆的冷却出口连接，所述第二阀门的第二阀口用于与所述第二换热器的冷却进口连接；

第四换热器，所述第四换热器的冷却进口与所述第二阀门的第三阀口连接，所述第四换热器的空气进口用于与所述第二鼓风机连接，所述第四换热器的空气出口用于与大气连通；

第一接头，所述第一接头的第一阀口与所述第二换热器的冷却出口连接，所述第一接头的第二阀口与所述第四换热器的冷却出口连接，所述第一接头的第三阀口与所述燃料电堆的冷却进口连接。

3.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括：

第三阀门，所述第三阀门的第一阀口与大气连通，所述第三阀门的第二阀口用于与所述待调温空间连通，所述第三阀门的第三阀口与所述第一鼓风机的进口连接。

4.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括：

第四阀门，所述第四阀门的第一阀口用于与所述氢源连接，所述第四阀门的第二阀口用于与所述第一换热器的氢进口连接；

第五换热器，所述第五换热器的氢进口与所述第四阀门的第三阀口连接，所述第五换热器的空气进口用于与第三鼓风机的出口连接，所述第五换热器的空气出口与大气连通；

第二接头，所述第二接头的第一阀口与所述第五换热器的氢出口连接，所述第二接头的第二阀口用于与所述第一换热器的氢出口连接，所述第二接头的第三阀口与所述第三换热器的氢进口连接。

5.如权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括：

第五阀门，所述第五阀门的第一阀口用于与所述燃料电堆的冷却出口连接，所述第五阀门的第二阀口与所述第二阀门的第一阀口连接；

第三接头，所述第三接头的第一阀口与所述第五阀门的第三阀口连接，所述第三接头的第二阀口与所述第一接头的第三阀口连接，所述第三接头的第三阀口与所述第三换热器的冷却进口连接。

6.如权利要求4所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括：

第一加热器，连接于所述第三换热器的氢出口与所述燃料电堆的氢气进口之间。

7.如权利要求4所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括：

第二加热器，连接于所述第二接头的第三阀口与所述第三换热器的氢进口之间。

8.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括：

第三加热器，连接于所述第三换热器的冷却出口与所述燃料电堆的冷却进口之间。

9.如权利要求7所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括：

第六阀门，所述第六阀门的第一阀口用于与所述氢源连接，所述第六阀门的第二阀口与所述第四阀门的第一阀口连接；

第二管路，所述第二管路的一端与所述第六阀门的第三阀口连接；

第四接头，所述第四接头的第一阀口与所述第二接头的第三阀口连接，所述第四接头的第二阀口与所述第二管路的另一端连接，所述第四接头的第三阀口与所述第二加热器的进口连接。

10.一种燃料电池汽车，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的燃料电池系统。

Images