CN114335609B - 一种燃料电池乘用车电堆封装箱空气吹扫系统和车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃料电池乘用车电堆封装箱空气吹扫系统和车辆，包括电堆、膜加湿器、中冷器、空压机、空滤器、消声器和背压阀，电堆通过电堆封装箱进行封装，空滤器、空气压缩机、中冷器和膜加湿器的第一入口端依次连接，中冷器出口端通过吹扫管路与电堆封装箱的吹扫入口连接，膜加湿器的第一出口端与电堆的阴极侧进气口连接，膜加湿器的第二入口端与电堆的阴极侧出气口连接，电堆的氢气出口通过排气管与消声器连接，膜加湿器的第二出口端通过背压阀与排气管连接，电堆封装箱的吹扫出口与空滤器的进气端侧的管路连通。本发明的吹扫系统，降低了气体在电堆封装箱内堆积的可能性，提高了吹扫效果，有助于提高燃料电池的安全性能。

Description

一种燃料电池乘用车电堆封装箱空气吹扫系统和车辆

技术领域

本发明涉及燃料电池乘用车技术领域，尤其涉及一种燃料电池乘用车电堆封装箱空气吹扫系统和车辆。

背景技术

燃料电池是一种清洁环保的电化学发电装置，由于其具有能量转换率高、结构简单、响应迅速等优势，被认为是21世纪的首选清洁高效发电装置。燃料电池通过氢气和氧气的电化学反应，能将其化学能直接转化为电能驱动整车行驶。随着全球环境条件和能源库存日益严峻的问题不断制约着社会发展，燃料电池汽车的研发因此更具有重要意义及巨大的发展前景。

燃料电池乘用车在运行工况过程中，由于振动或本征因素不可避免地会发生反应气体从燃料电池电堆泄漏出来的现象，并在燃料电池封装箱内聚集。若不及时对聚集在封装箱内的气体进行吹扫，一方面这些气体会致使封装箱膨胀变形，一旦过多的气体聚集在箱体内，导致封装箱的变形程度超出限定变形范围，将对箱体造成不可逆的形变，对电堆结构造成一定影响；另一方面，随着聚集在封装箱内部的氢气浓度逐渐增加，超过可燃浓度,将对整车及人员带来一定的安全隐患；除此之外，在燃料电池发动机停机时，电堆封装箱外部会处于相对的大气低温环境，而电堆封装箱内部仍保持较高温度，由于箱体内外两侧的温差，封装箱内部的水蒸气会冷凝成液态水堆积在封装箱内，会对燃料电池电堆带来绝缘的问题，产生一定的安全隐患。可以看出，从燃料电池电堆泄漏出的气体和冷凝水若堆积在电堆封装箱内都会对电堆及系统带来一定影响甚至安全隐患，所以，及时对电堆封装箱进行吹扫，清除箱体内多余的气体和冷凝水对整车安全具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种燃料电池乘用车电堆封装箱空气吹扫系统和车辆，降低气体在电堆封装箱内堆积的可能性，提高吹扫效果，有助于提高燃料电池的安全性能，电堆的使用耐久性更高，系统结构布置更优化。

为实现上述目的，本发明提供了一种燃料电池乘用车电堆封装箱空气吹扫系统，包括电堆、膜加湿器、中冷器、空气压缩机、空滤器、消声器和背压阀，所述电堆通过电堆封装箱进行封装，所述空滤器、空气压缩机、中冷器和膜加湿器的第一入口端依次连接，所述中冷器出口端通过吹扫管路与电堆封装箱的吹扫入口连接，所述膜加湿器的第一出口端与电堆的阴极侧进气口连接，所述膜加湿器的第二入口端与电堆的阴极侧出气口连接，所述电堆的氢气出口通过排气管与消声器连接，所述膜加湿器的第二出口端通过背压阀与排气管连接，所述电堆封装箱的吹扫出口与空滤器的进气端侧的管路连通。

进一步，还包括第一截止阀，所述膜加湿器的第一出口端通过第一截止阀与电堆的阴极侧进气口连接。

进一步，还包括第二截止阀，所述吹扫管路上设置有第二截止阀。

本发明还提供了一种车辆，包括所述的燃料电池乘用车电堆封装箱空气吹扫系统。

本发明与现有技术相比较具有以下优点：

本发明的燃料电池乘用车电堆封装箱空气吹扫系统和车辆，将吹扫出口的管路与空滤器的入口端连通，降低了气体在电堆封装箱内堆积的可能性，提高了吹扫效果，有助于提高燃料电池的安全性能，还能够提高电堆的使用耐久性，优化系统结构布置，有效提高整车的经济性；在电堆阴极侧进气口端增设第一截止阀和/或第二截止阀，在电堆停机后关闭，使电堆的内部形成密闭空间，防止空气通过封装箱吹扫入口管路进入电堆内部，有助于电堆内部长期保持氢-氮理想界面的稳定，避免损伤催化剂，对电堆性能造成影响。

附图说明

图1为本发明燃料电池乘用车电堆封装箱空气吹扫系统的结构示意图。

图中：

1-电堆，2-膜加湿器，3-中冷器，4-空气压缩机，5-空滤器，6-消声器，7-背压阀，8-第一截止阀，9-电堆封装箱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

参见图1所示，本实施例公开了一种燃料电池乘用车电堆封装箱空气吹扫系统，包括电堆1、膜加湿器2、中冷器3、空气压缩机4、空滤器5、消声器6和背压阀7，所述电堆1通过电堆封装箱9进行封装，所述空滤器5、空气压缩机4、中冷器3和膜加湿器2的第一入口端依次连接，所述中冷器3出口端通过吹扫管路与电堆封装箱9的吹扫入口连接，所述膜加湿器2的第一出口端与电堆1的阴极侧进气口连接，所述膜加湿器2的第二入口端与电堆1的阴极侧出气口连接，所述电堆1的氢气出口通过排气管与消声器6连接，所述膜加湿器2的第二出口端通过背压阀7与排气管连接，所述电堆封装箱9的吹扫出口与空滤器5的进气端侧的管路连通。空气吹扫系统在燃料电池汽车运行过程中对电堆封装箱进行吹扫时，空滤器5持续过滤空气，空气压缩机4保持运转，吹扫气体流经中冷器3后通过吹扫入口进入电堆1，然后通过吹扫出口吹回到空滤器5入口端。

在本实施例中，还包括第一截止阀8，所述膜加湿器2的第一出口端通过第一截止阀8与电堆1的阴极侧进气口连接。燃料电池发动机停机后，背压阀7关闭，防止消声器内的空气回流到电堆1阴极侧；第一截止阀8关闭，防止停机后电堆1封装箱内的空气通过吹扫入口管路倒灌进中冷器3,然后渗透到电堆1阴极侧，对电堆1性能造成影响。

在本实施例中，还包括第二截止阀，所述吹扫管路上设置有第二截止阀。燃料电池发动机停机后，第二截止阀关闭，防止停机后电堆1封装箱内的空气通过吹扫入口管路倒灌进中冷器3,然后渗透到电堆1阴极侧，对电堆1性能造成影响。

将吹扫出口的管路与空滤器的入口端连通，杜绝了阳极侧排出的氢气通过原有连通管路倒灌进入到电堆封装箱现象的发生，降低了气体在电堆封装箱内堆积的可能性，提高了吹扫效果，有助于提高燃料电池的安全性能。考虑到这可能会出现封装箱内的氢气随吹扫气体一起吹扫出电堆封装箱，然后随着空气供应子系统进入到电堆阴极的问题，基于此进行了多次的评估试验，表明随同的氢气占比量极小，可忽略不计，不会对系统造成影响。吹扫出口直接连接到空滤器入口端，因在燃料电池发动机运行的过程中空滤器前空气压力始终略小于大气压,能够有效平衡电堆封装箱内外部的压差，保证了电堆封装箱内部压力接近于环境大气压，一定程度上减小了封装箱因内外部压差过大而导致其形变严重的问题，从而提高了电堆的使用耐久性。吹扫出口直接连接到空滤器入口端,因空滤前空气压力相比原来消声器前的压力小,而吹扫入口处的压力不变,导致本发明吹扫进出口两端的压差更大,要达到与原方案一样的目标流量,吹扫管路的管径可相对缩小，缩小吹扫管路的管径一定程度上降低了其空间占用率，优化了系统结构布置，有效提高了整车的经济性。

在电堆阴极侧进气口端增设第一截止阀和/或第二截止阀，在电堆停机后关闭，使电堆的内部形成密闭空间，防止空气通过封装箱吹扫入口管路进入电堆内部，有助于电堆内部长期保持氢-氮理想界面的稳定，避免损伤催化剂，对电堆性能造成影响。此方案吹扫出的空气中，可能会将电堆封装箱内的氢气一起循环流回到空气供给系统，然后进到电堆阴极反应损伤电堆，但本发明通过试验评估，表明所述循环气体中氢气的含量极小，对电堆性能的影响可忽略不计。

本实施例还公开了一种车辆，包括上述的燃料电池乘用车电堆封装箱空气吹扫系统。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种燃料电池乘用车电堆封装箱空气吹扫系统，其特征在于，包括电堆（1）、膜加湿器（2）、中冷器（3）、空气压缩机（4）、空滤器（5）、消声器（6）和背压阀（7），所述电堆（1）通过电堆封装箱（9）进行封装，所述空滤器（5）、空气压缩机（4）、中冷器（3）和膜加湿器（2）的第一入口端依次连接，所述中冷器（3）出口端通过吹扫管路与电堆封装箱（9）的吹扫入口连接，所述膜加湿器（2）的第一出口端与电堆（1）的阴极侧进气口连接，所述膜加湿器(2)的第二入口端与电堆（1）的阴极侧出气口连接，所述电堆（1）的氢气出口通过排气管与消声器（6）连接，所述膜加湿器（2）的第二出口端通过背压阀（7）与排气管连接，所述电堆封装箱（9）的吹扫出口与空滤器（5）的进气端侧的管路连通。

2.根据权利要求1所述的燃料电池乘用车电堆封装箱空气吹扫系统，其特征在于，还包括第一截止阀（8），所述膜加湿器（2）的第一出口端通过第一截止阀（8）与电堆（1）的阴极侧进气口连接。

3.根据权利要求1或2所述的燃料电池乘用车电堆封装箱空气吹扫系统，其特征在于，还包括第二截止阀，所述吹扫管路上设置有第二截止阀。

4.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求1或2或3所述的燃料电池乘用车电堆封装箱空气吹扫系统。

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