CN112909309B - 一种带有恒压均质供给分配器的多堆组结构燃料电池系统 - Google Patents

一种带有恒压均质供给分配器的多堆组结构燃料电池系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种带有恒压均质供给分配器的多堆组结构燃料电池系统，包括燃料电池电堆组、恒压均质氢气供给分配器系统、恒压均质空气供给分配器系统、热管理系统和电子控制系统；燃料电池电堆组包括燃料电池子堆；恒压均质氢气供给分配器系统包括氢气存储器、氢气调压阀、氢气减压阀、氢气恒压器、氢回路单向阀、氢气喷射阀和氢气水分离器；恒压均质空气供给分配器系统包括空气滤清器、第一空气压缩机、空气中冷器、空气恒压器、空气进气阀和空气水分离器；热管理系统连接燃料电池电堆组的冷却输入端和冷却输出端之间；电子控制系统控制恒压均质氢气供给分配器系统和恒压均质空气供给分配器系统分别向各个燃料电池子堆均匀分流提供氢气和空气。

Description

一种带有恒压均质供给分配器的多堆组结构燃料电池系统
技术领域
本发明涉及一种带有恒压均质供给分配器的多堆组结构燃料电池系统，特别涉及多堆结构燃料电池系统的燃料电池电堆组、供氢系统和供气系统，属于节能与新能源汽车领域。
背景技术
随着国家节能、减排政策的逐步加严，发展节能与新能源汽车已经成为必然的发展趋势。燃料电池汽车是一种用车载燃料电池产生的电力作为动力的汽车。目前被广泛采用的质子交换膜燃料电池具有高效率、零排放和低噪音的特点，其通常采用高纯度压缩氢气作为燃料，在燃料电池电堆中与空气中的氧气发生化学反应产生电能，提供给电驱动系统驱动车辆行驶。
目前车用燃料电池系统设计通常采用单个燃料电池电堆模块或者简单的多个子堆并联的方式，氢气和氧气以自然压力和流量控制状态供给，由于电堆公共流道长、供气不均匀而导致电堆内部空气和氢气分配不均匀，从而降低了燃料电池电化学反应效率，进而降低燃料电池系统的功率密度，实现150kW甚至更大功率的燃料电池系统开发成为难以突破的难题；另外燃料电池阳极和阴极的压力波动也容易造成动态响应问题并且降低燃料电池使用寿命。中国专利申请CN109713336A公开了一种燃料电池的控制系统，该燃料电池的控制系统能够有效去除燃料电池内过多的液态水，延长电堆寿命，但其并未解决燃料电池电堆内部气体压力分布的均匀性与稳定性问题。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种带有恒压均质供给分配器的多堆组结构燃料电池系统，利用该系统能够实现电堆内部空气和氢气均匀分配，稳定燃料电池阳极和阴极的压力，提高燃料电池电化学反应效率，提高燃料电池系统的功率密度，延长燃料电池使用寿命，解决研发用于重型运输装备的高输出功率、高功率密度、高工作效率、高功率响应速率、长使用寿命和低成本燃料电池系统技术和产品所面临的难题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种带有恒压均质供给分配器的多堆组结构燃料电池系统，包括燃料电池电堆组、恒压均质氢气供给分配器系统、恒压均质空气供给分配器系统、热管理系统和电子控制系统；
所述燃料电池电堆组包括至少两个燃料电池子堆；
所述恒压均质氢气供给分配器系统包括氢气存储器、氢气调压阀、氢气减压阀、氢气恒压器、氢回路单向阀、氢气喷射阀、氢气水分离器和废氢排气阀；所述氢气调压阀安装于所述氢气存储器的输出端，并通过供氢管路与所述氢气减压阀的输入端连接；所述氢气减压阀的输出端通过供氢管路与所述氢气恒压器的输入端连接；所述氢气恒压器具有与所述燃料电池子堆数量相等的输出端，且各个输出端分别通过所述氢气喷射阀与各个所述燃料电池子堆的氢气输入端连接；所述燃料电池子堆的氢气输出端连接于所述氢气水分离器的输入端；所述氢气水分离器的排氢端通过氢气管路分别与各个所述氢气喷射阀的负压端口连接，在各个所述氢气喷射阀的负压端口的前端均设置有氢回路单向阀；所述氢气水分离器的排氢端还通过氢气管路连接废氢排气阀的输入端；所述废氢排气阀的输出端通过管路连接消声器；所述氢气水分离器的废水输出端通过管路连接消声器；
所述恒压均质空气供给分配器系统包括空气滤清器、第一空气压缩机、空气中冷器、空气增湿器、第一空气单向阀、空气恒压器、空气进气阀和空气水分离器；所述空气滤清器通过管路与所述第一空气压缩机的压缩气室输入端连接；所述第一空气压缩机的压缩气室输出端通过管路与所述空气中冷器的输入端连接；所述空气中冷器的输出端通过管路与所述空气增湿器的干气输入端连接；所述空气增湿器的干气输出端经过所述第一空气单向阀后与所述空气恒压器的输入端通过管路连接；所述空气恒压器具有与所述燃料电池子堆数量相等的空气输出端，各个空气输出端分别通过所述空气进气阀与各个所述燃料电池子堆的空气输入端连接；各个所述燃料电池子堆的空气输出端分别连接于所述空气增湿器的湿气输入端；所述空气增湿器的湿气输出端通过管路与所述空气水分离器的输入端连接；所述空气水分离器的空气输出端通过管路与所述第一空气压缩机的涡轮气室输入端连接；所述第一空气压缩机的涡轮气室输出端通过管路连接消声器；所述空气水分离器的废水输出端通过管路连接消声器；
热管理系统连接燃料电池电堆组的冷却输入端和冷却输出端之间，被配置为对燃料电池电堆组内的温度进行控制；
所述电子控制系统与氢气调压阀、氢气喷射阀、第一空气压缩机和空气进气阀均连接，所述电子控制系统控制所述氢气调压阀工作，以调整所述氢气恒压器的压力，并控制所述氢气喷射阀向各个所述燃料电池子堆均匀分流供气；所述电子控制系统控制所述第一空气压缩机的工作转速，以调整所述空气恒压器的压力，并控制所述空气进气阀向各个所述燃料电池子堆均匀分流供气。
在一些实施例中，所述热管理系统包括散热器、电控三通阀、电动水泵和电控加热器；所述散热器的输出端经过电控三通阀与电动水泵输入端通过管路连接；所述电动水泵的输出端经过电控加热器与燃料电池电堆组的冷却输入端通过管路连接；所述燃料电池电堆组的冷却输出端分别连接于所述散热器的输入端和电控三通阀的回水端；所述电动水泵、电控加热器、燃料电池电堆组和电控三通阀构成冷却小回路，所述冷却小回路在环境温度小于零摄氏度或者燃料电池电堆组预热阶段工作，电控加热器在所述燃料电池电堆组低于零摄氏度时开启，用于对燃料电池电堆组进行加热；所述电动水泵、电控加热器、燃料电池电堆组和散热器构成冷却大回路，所述冷却大回路在燃料电池电堆组高温阶段工作。
在一些实施例中，所述热管理系统还包括去离子器，所述电动水泵的输出端还通过管路连接所述去离子器的输入端；所述去离子器的输出端分别连接于所述散热器的输入端和电控三通阀的回水端。
在一些实施例中，所述电子控制系统包括电子控制单元、氢气压力传感器和空气压力传感器；所述氢气压力传感器设置于所述氢气恒压器上，所述空气压力传感器设置于所述空气恒压器上；所述氢气压力传感器、空气压力传感器、氢气调压阀、氢气喷射阀、第一空气压缩机和空气进气阀均与所述电子控制单元连接，所述电子控制单元根据所述氢气压力传感器反馈的信号控制所述氢气调压阀工作，以调整所述氢气恒压器内压力，并控制所述氢气喷射阀向各个所述燃料电池子堆均匀分流供气；电子控制单元根据所述空气压力传感器反馈的信号控制所述第一空气压缩机工作转速，以调整所述空气恒压器内压力，并控制所述空气进气阀向各个所述燃料电池子堆均匀分流供气。
在一些实施例中，所述恒压均质空气供给分配器系统还包括第一空气调压阀，所述第一空气调压阀并联在所述空气增湿器的干气输入端和干气输出端之间。
在一些实施例中，所述恒压均质空气供给分配器系统还包括第二空气压缩机、第二空气单向阀、空气稳压罐和第二空气调压阀，其中，所述第二空气压缩机设置在所述第一空气压缩机和空气中冷器之间；所述空气中冷器通过所述第二空气单向阀与所述空气稳压罐的输入端连接；所述空气稳压罐的输出端通过所述第二空气调压阀与所述空气增湿器的干气输入端连接。
在一些实施例中，各个所述燃料电池子堆的冷却管路为并联连接；各个所述燃料电池子堆的电能输出端采用高压线束串联连接。
在一些实施例中，所述空气恒压器上安装有空气泄压阀。
在一些实施例中，所述第一空气压缩机和第二空气压缩机均采用离心式空气压缩机或柱塞泵式空气压缩机。
本发明采用以上技术方案，其具有如下优点：本发明包括燃料电池多堆组、恒压均质氢气供给分配器系统、恒压均质空气供给分配器系统、热管理系统和电子控制系统，电子控制系统控制恒压均质氢气供给分配器系统、恒压均质空气供给分配器系统向各个燃料电池子堆均匀分流供气，使得燃料电池系统的各燃料电池子堆内部的气体压力分布更加均匀，避免阳极与阴极气体压力波动，实现燃料电池电堆组各子堆之间的进气压力一致性与稳定性，从而提高燃料电池系统的功率密度、工作效率、功率响应速率及使用寿命，能够更有效的开发出大功率燃料电池系统。
附图说明
图1为本公开实施例一中提供一种带有恒压均质供给分配器的多堆组结构燃料电池系统的示意图；
图2为本公开实施例二中提供一种带有恒压均质供给分配器的多堆组结构燃料电池系统的示意图；
图3为本公开实施例三中提供一种带有恒压均质供给分配器的多堆组结构燃料电池系统的示意图；
图4为本公开实施例四中提供一种带有恒压均质供给分配器的多堆组结构燃料电池系统的示意图；
图5为本公开实施例五中提供一种带有恒压均质供给分配器的多堆组结构燃料电池系统中燃料电池电堆组内部冷却系统结构示意图；
附图标记：
1、氢气存储器；2、氢气调压阀；3、氢气减压阀；4、氢气恒压器；5、氢回路单向阀；6、氢气喷射阀；7、燃料电池子堆；8、高压线束；9、电控加热器；10、电动水泵；11、电控三通阀；12、空气泄压阀；13、散热器；14、空气恒压器；15、去离子器；16、空气进气阀；17、第一空气单向阀；18、空气增湿器；19、空气水分离器；20、空气中冷器；21、消声器；22、第一空气压缩机；23、废氢排气阀；24、空气滤清器；25、氢气水分离器；26、第一空气调压阀；27、空气稳压罐；28、第二空气单向阀；29、第二空气调压阀；30、第二空气压缩机；31、氢气压力传感器；32、空气压力传感器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明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做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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”“内”、“外”、“横”、“竖”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系统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，使用术语“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对上述零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一
如图1所示，本公开实施例一公开一种带有恒压均质供给分配器的多堆组结构燃料电池系统，包括燃料电池电堆组、恒压均质氢气供给分配器系统、恒压均质空气供给分配器系统、热管理系统和电子控制系统。
燃料电池电堆组包括至少两个燃料电池子堆7和高压线束8，各燃料电池子堆7的电能输出端采用高压线束8串联连接，并且各燃料电池子堆7共用恒压均质氢气供给分配器系统、恒压均质空气供给分配器系统和热管理系统。
恒压均质氢气供给分配器系统包括氢气存储器1、氢气调压阀2、氢气减压阀3、氢气恒压器4、氢回路单向阀5、氢气喷射阀6、氢气水分离器25和废氢排气阀23。氢气调压阀2安装于氢气存储器1的输出端，并通过供氢管路与氢气减压阀3的输入端连接；氢气减压阀3的输出端通过供氢管路与氢气恒压器4的输入端连接；氢气恒压器4具有与燃料电池子堆7数量相等的输出端，且各个输出端分别通过氢气喷射阀6与各个燃料电池子堆7的氢气输入端连接；燃料电池子堆7的氢气输出端连接于氢气水分离器25的输入端；氢气水分离器25的排氢端通过氢气管路分别与各个氢气喷射阀6的负压端口连接，在各个氢气喷射阀6的负压端口的前端均设置有氢回路单向阀5；氢气水分离器25的排氢端还通过氢气管路连接废氢排气阀23的输入端；废氢排气阀23的输出端通过管路连接消声器21；氢气水分离器25的废水输出端通过管路连接消声器21。
恒压均质空气供给分配器系统包括空气滤清器24、第一空气压缩机22、空气中冷器20、空气增湿器18、第一空气单向阀17、空气泄压阀12、空气恒压器14、空气进气阀16和空气水分离器19。空气滤清器24通过管路与第一空气压缩机22的压缩气室输入端连接；第一空气压缩机22的压缩气室输出端通过管路与空气中冷器20的输入端连接；空气中冷器20的输出端通过管路与空气增湿器18的干气输入端连接；空气增湿器18的干气输出端经过第一空气单向阀17后与空气恒压器14的输入端通过管路连接；空气恒压器14安装有空气泄压阀12；空气恒压器14具有与燃料电池子堆7数量相等的空气输出端，各个空气输出端分别通过空气进气阀16与各个燃料电池子堆7的空气输入端连接；各个燃料电池子堆7的空气输出端分别连接于空气增湿器18的湿气输入端；空气增湿器18的湿气输出端通过管路与空气水分离器19的输入端连接；空气水分离器19的空气输出端通过管路与第一空气压缩机22的涡轮气室输入端连接，参与第一空气压缩机22驱动；第一空气压缩机22的涡轮气室输出端通过管路连接消声器21；空气水分离器19的废水输出端通过管路连接消声器21。
热管理系统包括散热器13、电控三通阀11、电动水泵10、去离子器15和电控加热器9。散热器13的输出端经过电控三通阀11与电动水泵10输入端通过管路连接；电动水泵10的输出端经过电控加热器9与燃料电池电堆组的冷却输入端通过管路连接；电动水泵10的输出端还通过管路连接去离子器15的输入端；燃料电池电堆组的冷却输出端与去离子器15的输出端并联连接于散热器13的输入端，同时燃料电池电堆组的冷却输出端与去离子器15的输出端均并联连接于电控三通阀11的回水端。
电子控制系统包括电子控制单元、氢气压力传感器31和空气压力传感器32；氢气压力传感器31设置于氢气恒压器4上，空气压力传感器32设置于空气恒压器14上；氢气压力传感器31、空气压力传感器32、氢气调压阀2、氢气喷射阀6、第一空气压缩机22和空气进气阀16均与电子控制单元连接，电子控制单元根据氢气压力传感器31反馈的信号控制氢气调压阀2工作，以调整氢气恒压器4的压力，并控制氢气喷射阀6向各个燃料电池子堆7均匀分流供气；电子控制单元根据空气压力传感器32反馈的信号控制第一空气压缩机22工作转速，以调整空气恒压器14的压力，并控制空气进气阀16向各个燃料电池子堆7均匀分流供气。
本实施例一工作时：
恒压均质空气供给分配器系统中，空气经过空气滤清器24过滤之后，由第一空气压缩机22增压并经空气中冷器20冷却后，通过空气增湿器18进行增湿，之后进入空气恒压器14，最后经由电子控制单元通过控制各个空气进气阀16动态分配进入各个燃料电池子堆7，在各个燃料电池子堆7内，空气与氢气产生化学反应并输出电能。其中空气恒压器14用于压缩空气的稳压以及向各个燃料电池子堆7的均匀分流供气，空气泄压阀12用于对空气恒压器14进行压力保护，防止空气恒压器14内部的压力过高。从各个燃料电池子堆7排出的水和空气混合物经过空气增湿器18，以对压缩空气进行增湿，然后通过空气水分离器19，空气水分离器19产生的废水通过消声器21排出到车外、产生的废气流向第一空气压缩机22的涡轮气室参与第一空气压缩机22驱动，第一空气压缩机22的涡轮气室内排出的废气最后通过消声器21排出到车外。
恒压均质氢气供给分配器系统中，存储在氢燃料存储器1中的高压氢气经过氢气调压阀2和氢气减压阀3，之后进入氢气恒压器4，最后经由电子控制单元通过控制各个氢气喷射阀6动态分配进入各个燃料电池子堆7。在燃料电池子堆7内，空气与氢气产生化学反应并输出电能。其中，氢气恒压器4用于高压氢气的稳压以及向燃料电池子堆7的均匀分流供气。从燃料电池子堆7排出的水和氢气混合物经过氢气水分离器25之后，产生的废水通过消声器21排出到车外，产生的一部分氢气通过废氢排气阀23和消声器21排出到车外，产生的另一部分氢气通过氢回路单向阀5回流到氢气喷射阀6用于再次进入燃料电池子堆7进行化学反应。
热管理系统，其工作方式分为冷却回路的小回路和大回路。其中小回路在环境温度小于零摄氏度或者燃料电池电堆组预热阶段工作，具体工作方式为冷却液经过电动水泵10加压后通过电控加热器9流入燃料电池电堆组，从燃料电池电堆组流出的冷却液通过电控三通阀11重新流入电动水泵10进行加压，此时电控三通阀11关闭；电控加热器9在燃料电池电堆组低于零摄氏度时开启，用于对燃料电池电堆组进行加热。其中大回路在燃料电池电堆组高温阶段工作，具体工作方式为冷却液经过电动水泵10加压后通过电控加热器9流入燃料电池电堆组，从燃料电池电堆组流出的冷却液流入散热器13进行冷却，之后通过电控三通阀11重新流入电动水泵10进行加压，此时电控加热器9不工作，电控三通阀11开启。
在一些示例中，第一空气压缩机可采用离心式空气压缩机。
在一些示例中，电子控制单元所用芯片可以通过商业采购获得(比如英飞凌TC387芯片)，也可以自主研发，在此基础上进行存储、输入、输出等接口设计，可满足本发明中所有控制功能。
实施例二
如图2所示，本实施例与实施例一相比，主要区别在于：恒压均质空气供给分配器系统还包含第一空气调压阀26，并联在空气增湿器18的干气输入端和干气输出端之间；通过对第一空气调压阀26的开关控制，可以调节流入燃料电池电堆组中的空气湿度；
在一些示例中，第一空气压缩机是柱塞泵式空气压缩机。
实施例三
如图3所示，本实施例与实施例一相比，主要区别在于：恒压均质空气供给分配器系统还包含第二空气压缩机30、第二空气单向阀28、空气稳压罐27和第二空气调压阀29，其中，第二空气压缩机30设置在第一空气压缩机22和空气中冷器20之间，与第一空气压缩机22配合实现空气的两级增压，提高燃料电池电堆组的功率密度；空气中冷器20通过第二空气单向阀28与空气稳压罐27的输入端连接，空气稳压罐27可实现对高压空气进行稳压。空气稳压罐27的输出端通过第二空气调压阀29与空气增湿器18的干气输入端连接；电子控制单元根据空气压力传感器32反馈的信号控制第一空气压缩机22和第二空气压缩机30工作转速，实现对空气稳压罐27的压力控制。
在一些示例中，第二空气压缩机30采用离心式空气压缩机或柱塞泵式空气压缩机。
实施例四
如图4所示，本实施例与实施例三相比，主要区别在于：在空气增湿器18的干气输入端和干气输出端之间并联连接有第一空气调压阀26；通过对第一空气调压阀26的开关控制，可以调节流入燃料电池电堆组中的空气湿度；
实施例五
如图5所示，本实施例与实施例一至四相比，主要区别在于：燃料电池电堆组内部各个燃料电池子堆7的冷却管路为并联连接，以保证燃料电池子堆7内部温度的一致性。
最后应说明的是：以上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精神和范围。

Claims (9)

1.一种带有恒压均质供给分配器的多堆组结构燃料电池系统，其特征在于：包括燃料电池电堆组、恒压均质氢气供给分配器系统、恒压均质空气供给分配器系统、热管理系统和电子控制系统；
所述燃料电池电堆组包括至少两个燃料电池子堆；
所述恒压均质氢气供给分配器系统包括氢气存储器、氢气调压阀、氢气减压阀、氢气恒压器、氢回路单向阀、氢气喷射阀、氢气水分离器和废氢排气阀；所述氢气调压阀安装于所述氢气存储器的输出端，并通过供氢管路与所述氢气减压阀的输入端连接；所述氢气减压阀的输出端通过供氢管路与所述氢气恒压器的输入端连接；所述氢气恒压器具有与所述燃料电池子堆数量相等的输出端，且各个输出端分别通过所述氢气喷射阀与各个所述燃料电池子堆的氢气输入端连接；所述燃料电池子堆的氢气输出端连接于所述氢气水分离器的输入端；所述氢气水分离器的排氢端通过氢气管路分别与各个所述氢气喷射阀的负压端口连接，在各个所述氢气喷射阀的负压端口的前端均设置有氢回路单向阀；所述氢气水分离器的排氢端还通过氢气管路连接废氢排气阀的输入端；所述废氢排气阀的输出端通过管路连接消声器；所述氢气水分离器的废水输出端通过管路连接消声器；
所述恒压均质空气供给分配器系统包括空气滤清器、第一空气压缩机、空气中冷器、空气增湿器、第一空气单向阀、空气恒压器、空气进气阀和空气水分离器；所述空气滤清器通过管路与所述第一空气压缩机的压缩气室输入端连接；所述第一空气压缩机的压缩气室输出端通过管路与所述空气中冷器的输入端连接；所述空气中冷器的输出端通过管路与所述空气增湿器的干气输入端连接；所述空气增湿器的干气输出端经过所述第一空气单向阀后与所述空气恒压器的输入端通过管路连接；所述空气恒压器具有与所述燃料电池子堆数量相等的空气输出端，各个空气输出端分别通过所述空气进气阀与各个所述燃料电池子堆的空气输入端连接；各个所述燃料电池子堆的空气输出端分别连接于所述空气增湿器的湿气输入端；所述空气增湿器的湿气输出端通过管路与所述空气水分离器的输入端连接；所述空气水分离器的空气输出端通过管路与所述第一空气压缩机的涡轮气室输入端连接；所述第一空气压缩机的涡轮气室输出端通过管路连接消声器；所述空气水分离器的废水输出端通过管路连接消声器；
热管理系统连接燃料电池电堆组的冷却输入端和冷却输出端之间，被配置为对燃料电池电堆组内的温度进行控制；
所述电子控制系统与氢气调压阀、氢气喷射阀、第一空气压缩机和空气进气阀均连接，所述电子控制系统控制所述氢气调压阀的工作，以调整所述氢气恒压器的压力，并控制所述氢气喷射阀向各个所述燃料电池子堆均匀分流供气；所述电子控制系统控制所述第一空气压缩机的工作转速，以调整所述空气恒压器的压力，并控制所述空气进气阀向各个所述燃料电池子堆均匀分流供气。
2.如权利要求1所述的一种带有恒压均质供给分配器的多堆组结构燃料电池系统，其特征在于：所述热管理系统包括散热器、电控三通阀、电动水泵和电控加热器；所述散热器的输出端经过电控三通阀与电动水泵输入端通过管路连接；所述电动水泵的输出端经过电控加热器与燃料电池电堆组的冷却输入端通过管路连接；所述燃料电池电堆组的冷却输出端分别连接于所述散热器的输入端和电控三通阀的回水端；所述电动水泵、电控加热器、燃料电池电堆组和电控三通阀构成冷却小回路，所述冷却小回路在环境温度小于零摄氏度或者燃料电池电堆组预热阶段工作，电控加热器在所述燃料电池电堆组低于零摄氏度时开启，用于对燃料电池电堆组进行加热；所述电动水泵、电控加热器、燃料电池电堆组和散热器构成冷却大回路，所述冷却大回路在燃料电池电堆组高温阶段工作。
3.如权利要求2所述的一种带有恒压均质供给分配器的多堆组结构燃料电池系统，其特征在于：所述热管理系统还包括去离子器，所述电动水泵的输出端还通过管路连接所述去离子器的输入端；所述去离子器的输出端分别连接于所述散热器的输入端和电控三通阀的回水端。
4.如权利要求1所述的一种带有恒压均质供给分配器的多堆组结构燃料电池系统，其特征在于：所述电子控制系统包括电子控制单元、氢气压力传感器和空气压力传感器；所述氢气压力传感器设置于所述氢气恒压器上，所述空气压力传感器设置于所述空气恒压器上；所述氢气压力传感器、空气压力传感器、氢气调压阀、氢气喷射阀、第一空气压缩机和空气进气阀均与所述电子控制单元连接，所述电子控制单元根据所述氢气压力传感器反馈的信号控制所述氢气调压阀工作，以调整所述氢气恒压器内压力，并控制氢气喷射阀向各个所述燃料电池子堆均匀分流供气；电子控制单元根据所述空气压力传感器反馈的信号控制所述第一空气压缩机工作转速，以调整所述空气恒压器内压力，并控制空气进气阀向各个所述燃料电池子堆均匀分流供气。
5.如权利要求1所述的一种带有恒压均质供给分配器的多堆组结构燃料电池系统，其特征在于：所述恒压均质空气供给分配器系统还包括第一空气调压阀，所述第一空气调压阀并联在所述空气增湿器的干气输入端和干气输出端之间。
6.如权利要求1至5任一项所述的一种带有恒压均质供给分配器的多堆组结构燃料电池系统，其特征在于：所述恒压均质空气供给分配器系统还包括第二空气压缩机、第二空气单向阀、空气稳压罐和第二空气调压阀，其中，所述第二空气压缩机设置在所述第一空气压缩机和空气中冷器之间；所述空气中冷器通过所述第二空气单向阀与所述空气稳压罐的输入端连接；所述空气稳压罐的输出端通过所述第二空气调压阀与所述空气增湿器的干气输入端连接。
7.如权利要求1所述的一种带有恒压均质供给分配器的多堆组结构燃料电池系统，其特征在于：各个所述燃料电池子堆的冷却管路为并联连接；各个所述燃料电池子堆的电能输出端采用高压线束串联连接。
8.如权利要求1所述的一种带有恒压均质供给分配器的多堆组结构燃料电池系统，其特征在于：所述空气恒压器上安装有空气泄压阀。
9.如权利要求6所述的一种带有恒压均质供给分配器的多堆组结构燃料电池系统，其特征在于：所述第一空气压缩机和第二空气压缩机均采用离心式空气压缩机或柱塞泵式空气压缩机。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023057580A1 (en) * 2021-10-06 2023-04-13 Turbo Systems Switzerland Ltd. Modular fuel cell system
CN113903951A (zh) * 2021-10-14 2022-01-07 上海重塑能源科技有限公司 一种用于多堆燃料电池系统的供氢集成装置
CN116111161B (zh) * 2023-01-28 2024-02-02 深圳市氢蓝时代动力科技有限公司 一种分布式燃料电池发电系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102195051A (zh) * 2010-03-10 2011-09-21 通用汽车环球科技运作有限责任公司 Pem燃料电池堆氢分配插入件
CN105047964A (zh) * 2015-06-01 2015-11-11 清华大学 使用固态储料的燃料供给系统气体存放过程的控制方法
CN111211338A (zh) * 2020-03-19 2020-05-29 吉林大学 一种高压质子交换膜燃料电池动力系统

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN202905874U (zh) * 2012-06-10 2013-04-24 新源动力股份有限公司 一种燃料电池系统用气路分配管
KR101430154B1 (ko) * 2012-08-23 2014-08-13 삼성중공업 주식회사 다중 연료전지 운용 시스템 및 그 방법
CN104916860B (zh) * 2015-04-23 2017-06-23 常州联德电子有限公司 一种基于外气流腔固体氧化物燃料电池的电堆组串联装置
KR101838510B1 (ko) * 2016-03-11 2018-03-14 현대자동차주식회사 증발냉각식의 연료 전지 시스템과 그것을 위한 냉각 제어 방법
CN209169299U (zh) * 2019-01-28 2019-07-26 江苏冰城氢能科技有限公司 一种氢燃料单电池
CN210006828U (zh) * 2019-06-28 2020-01-31 潍柴动力股份有限公司 一种sofc的多电堆进排气系统及sofc

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102195051A (zh) * 2010-03-10 2011-09-21 通用汽车环球科技运作有限责任公司 Pem燃料电池堆氢分配插入件
CN105047964A (zh) * 2015-06-01 2015-11-11 清华大学 使用固态储料的燃料供给系统气体存放过程的控制方法
CN111211338A (zh) * 2020-03-19 2020-05-29 吉林大学 一种高压质子交换膜燃料电池动力系统

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