CN115395050A - 燃料电池系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种燃料电池系统，其包括电堆总成、空气系统、氢气系统和热管理系统，氢气系统包括相连通的氢气源和氢气循环回路，氢气循环回路串设有循环泵；空气系统包括进气支路和出气支路，进气支路依次串设有空压机和中冷器；热管理系统包括液体冷源、电堆换热回路、辅助换热回路、第一循环回路和第二循环回路，第一循环回路和第二循环回路均与液体冷源连通，电堆换热回路依次串设有主水泵和主换热器，第一循环回路用于与主换热器换热；辅助换热回路依次串设有辅助换热器、辅助水泵、第一冷却支路和第二冷却支路，第二循环回路用于与辅助换热器换热。本发明中电堆换热回路和辅助换热回路中的冷却液通过液体与液体换热，换热效率高且噪音小。

Description

燃料电池系统

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，具体涉及一种燃料电池系统。

背景技术

质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cells，以下简称PEMFC)是一种以氢气和氧气为原料进行电化学反应生成水、同时将化学能转化成电能的电化学发电装置，其具有清洁、高效、节能环保、能量转化率高等特点。温度是影响燃料电池性能的重要因素之一，对PEMFC的气体传输特性、膜的含水量、催化层的催化特性、输出特性甚至工作寿命都会产生不同程度的影响。PEMFC在工作过程中除了产生电能，约有一半的能量以热能形式输出，因此必须及时将多余的热量排出，以维持系统工作温度的稳定。目前交通及分布式发电用的PEMFC，热管理系统冷却方式通常使用液-风热交换的散热器，此种散热器换热效率相对较低且噪音高。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种燃料电池系统，以解决传统燃料电池系统使用散热器冷却换热效率低的问题。

为实现上述目的，本发明提出的燃料电池系统包括电堆总成、氢气系统、空气系统和热管理系统，所述电堆总成包括空气入口、空气出口、氢气入口、氢气出口、冷却液入口和冷却液出口；所述氢气系统包括相连通的氢气源和氢气循环回路，所述氢气循环回路串设有循环泵，所述循环泵的进气端与所述氢气出口连通，所述循环泵的出气端与所述氢气入口连通；所述空气系统包括进气支路和出气支路，所述进气支路依次串设有空压机和中冷器，所述中冷器与所述空气入口连通，所述空压机内设置有第一冷却支路，所述中冷器内设置有第二冷却支路，所述出气支路与所述空气出口连通；所述热管理系统包括液体冷源、电堆换热回路、辅助换热回路、第一循环回路和第二循环回路，所述第一循环回路和所述第二循环回路均与所述液体冷源连通，所述电堆换热回路依次串设有主水泵和主换热器，所述主水泵与所述冷却液出口连通，所述主换热器与所述冷却液入口连通，所述第一循环回路用于与所述主换热器换热；所述辅助换热回路依次串设有辅助换热器、辅助水泵、第一冷却支路和第二冷却支路，所述第二循环回路用于与所述辅助换热器换热。

可选地，所述电堆换热回路还包括串联在所述主水泵和所述主换热器之间的第一三通阀，且所述第一三通阀的分流口连通于所述主换热器与所述冷却液入口之间。

可选地，所述电堆换热回路还包括第二三通阀，所述第二三通阀的三端分别为第一端、第二端和第三端，所述第一端与所述主水泵连通，所述第二端与所述第一三通阀连通，所述第三端连通有加热器，所述加热器连通于所述主换热器与所述冷却液入口之间。

可选地，所述热管理系统还包括第一稳压支路，所述第一稳压支路依次串设有阻力部件和第一膨胀水箱，所述阻力部件连通于所述第一三通阀与所述主换热器之间，所述第一膨胀水箱连通于所述冷却液出口与所述主水泵之间。

可选地，所述第一稳压支路还包括去离子器，所述去离子器连通于所述第一膨胀水箱与所述冷却液入口之间。

可选地，所述进气支路还包括空气过滤器，所述空气过滤器与所述空压机远离所述中冷器的一侧连通；和/或，所述进气支路还包括流量计，所述流量计与所述空压机远离所述中冷器的一侧连通；和/或，所述电堆换热回路还包括冷却液过滤器，所述冷却液过滤器连通于所述主换热器与所述冷却液入口之间；和/或，所述热管理系统还包括第二稳压支路，所述第二稳压支路包括第二膨胀水箱，所述第二膨胀水箱连通于所述辅助换热器的入口端和出口端之间。

可选地，所述进气支路还包括串设于所述中冷器与所述空气入口之间的密封阀，所述密封阀与所述空气入口之间串设有增湿器，所述增湿器包括加湿腔及与所述加湿腔连通的第一连接口和第二连接口，所述第一连接口与所述空气出口连通，所述第二连接口与所述出气支路连通。

可选地，所述出气支路包括依次串联设置的背压阀、混合室和消音器，所述背压阀与第二连接口连通。

可选地，所述氢气循环回路还包括氮气支路，所述氮气支路依次串设有氮气源和连接阀，所述连接阀连通于所述氢气源与所述氢气入口之间；

所述氢气循环回路还串联设置有气液分离器，所述气液分离器位于所述氢气出口与所述循环泵之间，所述氢气循环回路还包括排水支路和氮气排气支路，所述排水支路和所述氮气排气支路均连接于所述气液分离器与所述混合室之间，所述排水支路串设有排水阀，所述氮气排气支路串设有尾排阀。

可选地，所述氢气系统还包括氢气支路，所述氢气支路依次串设有比例阀、开关阀、氢气过滤器和所述氢气源，所述比例阀连通于所述循环泵与所述氢气入口之间。

本发明技术方案中，氢气源用于提供电堆总成需要的氢气，氢气源连通于循环泵的出气端与氢气入口之间。氢气循环回路串设有循环泵，循环泵的进气端与氢气出口连通，循环泵的出气端与氢气入口连通，循环泵用于循环利用氢气，使得氢气有效利用，同时提供电堆总成所需的氢气化学计量比。第一循环回路与液体冷源连通，使得第一循环回路中能够流通低温液体。电堆换热回路中流通有冷却液，电堆换热回路用于给电堆总成换热冷却。主水泵用于将电堆总成中的高温冷却液从冷却液出口抽出，高温冷却液流进主水泵进入主换热器，在主换热器中与第一循环回路中的低温液体换热以降低温度，然后再流经冷却液入口进入电堆总成，继续对电堆总成冷却。冷却液通过主换热器与第一循环回路换热冷却，换热效率高且噪音小。第二循环回路与液体冷源连通，使得第二循环回路中能够流通低温液体。辅助换热回路中流通有冷却液，辅助换热回路用于给空压机及压缩空气换热冷却。空压机用于抽取空气以提供电堆总成需要的空气流量和压力，空压机内设置有第一冷却支路，第一冷却支路通过通入冷却液给空压机内部结构换热冷却。空压机向中冷器输送压缩空气，中冷器内设置有第二冷却支路，第二冷却支路通过通入冷却液给空压机输送的压缩空气换热冷却。冷却液流经第一冷却支路和第二冷却支路进入辅助换热器，在辅助换热器中与第二循环回路中的低温液体换热以降低温度，然后再流经辅助水泵进入第一冷却支路及第二冷却支路，继续给空压机及压缩空气换热冷却。本发明中通过设置电堆换热回路给电堆总成换热冷却，辅助换热回路给空压机及压缩空气换热冷却，并且，通过第一循环回路与主换热器换热，第二循环回路与辅助换热器换热，通过液体与液体换热，换热效率高且噪音小。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有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发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明一实施例燃料电池系统一实施例的结构示意图；

图2为本发明一实施例燃料电池系统另一实施例的结构示意图；

图3为本发明一实施例增湿器的连接结构示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				100	燃料电池系统	314	中冷器
10	电堆总成	315	密封阀
				11	空气入口	316	增湿器
111	入堆温压传感器	3161	加湿腔
				12	空气出口	3162	第一连接口
121	出堆温压传感器	3163	第二连接口
				13	氢气入口	32	出气支路
131	入堆氢压传感器	321	背压阀
				14	氢气出口	322	混合室
141	出堆氢压传感器	323	消音器
				15	冷却液入口	40	液体冷源
151	入堆水温传感器	50	电堆换热回路
				152	入堆水压传感器	51	主水泵
16	冷却液出口	52	第一三通阀
				161	出堆水温传感器	53	第二三通阀
17	吹扫入口	54	加热器
				18	吹扫出口	55	主换热器
20	氢气系统	56	冷却液过滤器
				21	氢气支路	57	第一稳压支路
211	氢气过滤器	571	阻力部件
				212	开关阀	572	第一膨胀水箱
213	比例阀	573	去离子器
				22	氢气循环回路	60	辅助换热回路
221	气液分离器	61	辅助换热器
				222	循环泵	62	辅助水泵
223	排水支路	63	升压DC支路
				2231	排水阀	64	氢泵控制器支路
224	氮气排气支路	65	降压DC支路
				2241	尾排阀	66	空压机控制器支路
30	空气系统	67	第三三通阀
				31	进气支路	68	第二稳压支路
311	空气过滤器	681	第二膨胀水箱
				312	流量计	70	第一循环回路
313	空压机	80	第二循环回路

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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作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。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提供一种燃料电池系统。

在一实施例中，如图1至图3所示，燃料电池系统100包括电堆总成10、空气系统30、氢气系统20和热管理系统，电堆总成10包括空气入口11、空气出口12、氢气入口13、氢气出口14、冷却液入口15和冷却液出口16；氢气系统20包括相连通的氢气源和氢气循环回路22，氢气循环回路22串设有循环泵222，循环泵222的进气端与氢气出口14连通，循环泵222的出气端与氢气入口13连通；空气系统30包括进气支路31和出气支路32，进气支路31依次串设有空压机313和中冷器314，中冷器314与空气入口11连通，空压机313内设置有第一冷却支路，中冷器314内设置有第二冷却支路，出气支路32与空气出口12连通；热管理系统包括液体冷源40、电堆换热回路50、辅助换热回路60、第一循环回路70和第二循环回路80，第一循环回路70和第二循环回路80均与液体冷源40连通，电堆换热回路50依次串设有主水泵51和主换热器55，主水泵51与冷却液出口16连通，主换热器55与冷却液入口15连通，第一循环回路70用于与主换热器55换热；辅助换热回路60依次串设有辅助换热器61、辅助水泵62、第一冷却支路和第二冷却支路，第二循环回路80用于与辅助换热器61换热。

氢气源（图未示）用于提供电堆总成10需要的氢气，氢气源通过气管连通于循环泵222的出气端与氢气入口13之间。氢气循环回路22串设有循环泵222，循环泵222的进气端与氢气出口14连通，循环泵222的出气端与氢气入口13连通，循环泵222用于循环利用氢气，使得氢气有效利用，同时提供电堆总成10所需的氢气化学计量比。电堆总成10中的氢气入口13与空气入口11相互连通，氢气与空气进行电化学反应生成水，将化学能转化为电能。冷却液入口15与氢气入口13和空气入口11互不连通，冷却液用于换热。

本实施例中的主换热器55和辅助换热器61均为板式换热器，使用板式换热器这个冷却方式相较于散热器成本低、无噪音、体积小、换热效率高，而且在分布式发电或船用领域应用比散热器更有优势。板式换热器是通过一侧流经高温液体，另一侧流经液体冷源40提供的低温液体，通过低温液体与高温液体的换热，将高温液体降至所需温度。若燃料电池系统100应用于船舶，那么液体冷源40可以是海水或者船上提供的低温淡水；若燃料电池系统100应用于分布式发电或热电联产，那么液体冷源40可以是冷却塔提供的低温水；若分布式发电设备靠近湖泊或者海边，那么液体冷源40可以用湖泊水或海水不用冷却塔，可以就地取材极大减少成本。

第一循环回路70与液体冷源40连通，使得第一循环回路70中能够流通低温液体。电堆换热回路50中流通有冷却液，电堆换热回路50用于给电堆总成10换热冷却。主水泵51用于将电堆总成10中的高温冷却液从冷却液出口16抽出，高温冷却液流进主水泵51进入主换热器55，在主换热器55中与第一循环回路70中的低温液体换热以降低温度，然后再流经冷却液入口15进入电堆总成10，继续对电堆总成10冷却。冷却液通过主换热器55与第一循环回路70换热冷却，换热效率高且噪音小。

第二循环回路80与液体冷源40连通，使得第二循环回路80中能够流通低温液体。辅助换热回路60中流通有冷却液，辅助换热回路60用于给空压机313及压缩空气换热冷却。空压机313用于抽取空气以提供电堆总成10需要的空气流量和压力，空压机313内设置有第一冷却支路，第一冷却支路通过通入冷却液给空压机313内部结构换热冷却。空压机313向中冷器314输送压缩空气，中冷器314内设置有第二冷却支路，第二冷却支路通过通入冷却液给空压机313输送的压缩空气换热冷却。冷却液流经第一冷却支路和第二冷却支路进入辅助换热器61，在辅助换热器61中与第二循环回路80中的低温液体换热以降低温度，然后再流经辅助水泵62进入第一冷却支路及第二冷却支路，继续给空压机313及压缩空气换热冷却。本实施例对冷却液先通入第一冷却支路还是先通入第二冷却支路没有限制，可根据实际需要灵活调整。若是要求压缩空气温度降得比较低，可以使冷却液先进入中冷器314的第二冷却支路给压缩空气冷却换热，然后使冷却液进入第一冷却支路给空压机313内部结构冷却；若是要求压缩空气温度相对没那么低，可以使冷却液先进入第一冷却支路给空压机313内部结构冷却，然后使冷却液进入中冷器314的第二冷却支路给压缩空气冷却换热中冷器314。

本实施例中通过设置电堆换热回路50给电堆总成10换热冷却，辅助换热回路60给空压机313及压缩空气换热冷却，并且，通过第一循环回路70与主换热器55换热，第二循环回路80与辅助换热器61换热，通过液体与液体换热，换热效率高且噪音小。

电堆换热回路50用于给电堆总成10换热冷却，辅助换热回路60用于给空压机313及压缩空气换热冷却，可实现电堆总成10空气温度与冷却液温度不同，满足不同型号电堆总成10需求，使得燃料电池系统100的使用更方便。

具体地，冷却液入口15设置有入堆水温传感器151以及入堆水压传感器152，冷却液出口16设置有出堆水温传感器161，氢气入口13设置有入堆氢压传感器131，氢气出口14设置有出堆氢压传感器141，空气入口11设置有入堆温压传感器111，空气出口12设置有出堆温压传感器121。

具体地，空压机313的两端并联设置有多路控制支路，多路控制支路包括升压DC支路63、氢泵控制器支路64、降压DC支路65及空压机控制器支路66，因重点需要控制流经中冷器314液体侧流量从而控制中冷器314换热量，所以多路控制支路与空压机313并联，再与中冷器314串联。中冷器314布置于多路控制支路的前面还是后面可根据电堆总成10空气入口11温度高低要求来定，若空气入口11温度要求相对较高，可以布置于后面，若空气入口11温度要求较低，可布置于前面。

在一实施例中，辅助水泵62选用可调转速水泵，通过调节辅助水泵62的转速来控制辅助换热器61和中冷器314的换热量，从而控制中冷器314中压缩空气温度，进而达到控制电堆总成10空气入口11温度目的。具体控制策略：系统上电后，辅助水泵62以低转速启动；不同功率工况下，以电堆总成10空气入口11温度为目标，辅助水泵62转速为控制量，通过电堆总成10空气入口11的目标温度与实际温度差值进行PID（按被控对象的实时数据与给定值比较产生的误差的比例、积分和微分进行控制的控制系统）控制。

在一实施例中，辅助水泵62选用定转速水泵，无需采用可调转速水泵，辅助换热回路60还包括串联在第二冷却支路与辅助换热器61之间的第三三通阀67，且第三三通阀67的分流口连通于辅助换热器61与辅助水泵62之间。通过调节第三三通阀67开度改变流经辅助换热器61流量以改变辅助换热器61的换热量，同时又通过辅助换热器61温度与第三三通阀67分流口的温度混合，两者共同作用以达到系统的所需水温，从而控制中冷器314中压缩空气温度，进而控制电堆总成10空气入口11温度。具体控制策略：系统上电后，辅助水泵62以定转速运行；在不同功率工况下，电堆总成10空气入口11的目标温度和实际温度的偏差通过PID算法调整第三三通阀67的开度来实现目标温度控制。

在燃料电池系统100中，为了提高整个系统的防护等级，通常需要将电堆总成10封装于一个密闭的壳体内。然而，在燃料电池系统100运行过程中，或多或少会有氢气和水蒸气从电堆总成10内泄露出来，并且随着运行时间增长，泄露出的氢气将会聚集在电堆总成10与壳体之间形成的腔体内，存在极大的安全隐患。同时，析出的水蒸气会在该腔体内冷凝形成液态水，将影响电堆总成10及其它电器件的绝缘性，还会加速腐蚀，影响燃料电池系统100的可靠性和使用寿命。为了解决上述问题，需要对该腔体内持续通风进行吹扫，及时将泄露出的氢气和水蒸气排出，为该腔体换气，避免氢气和水蒸气聚集。电堆总成10还包括吹扫入口17和吹扫出口18，空压机313包括吹扫口，吹扫口与吹扫入口17连通，吹扫出口18与混合室322连通，从而实现对该腔体换气，提高燃料电池系统100的可靠性。

在一实施例中，请结合参照图1，电堆换热回路50还包括串联在主水泵51和主换热器55之间的第一三通阀52，且第一三通阀52的分流口连通于主换热器55与冷却液入口15之间。

通过调节第一三通阀52的开度改变流经主换热器55的冷却液的流量，从而改变主换热器55的换热量，同时通过主换热器55温度与第一三通阀52分流口的温度混合，两者共同作用以达到电堆总成10所需冷却液的温度要求。

在一实施例中，请结合参照图1，电堆换热回路50还包括第二三通阀53，第二三通阀53的三端分别为第一端、第二端和第三端，第一端与主水泵51连通，第二端与第一三通阀52连通，第三端连通有加热器54，加热器54连通于主换热器55与冷却液入口15之间。

加热器54为PTC加热器54，采用PTC陶瓷发热元件与铝管组成，PTC加热器54有热阻小、换热效率高的优点，是一种自动恒温、省电的电加热器54。突出特点在于安全性能上，任何应用情况下均不会产生如电热管类加热器54的表面“发红”现象。第一三通阀52、第二三通阀53、加热器54和主换热器55配合，共同作用调节电堆换热回路50中冷却液的温度。

具体控制策略：燃料电池系统100处于自检状态，主水泵51设置固定转速X1rpm；燃料电池系统100进入启动状态，主水泵51设置固定转速X2rpm；燃料电池系统100处于运行状态或关机降载状态，主水泵51采用PID闭环控制，不同功率工况下，根据冷却液入口15和冷却液出口16的实际温差（通过入堆水温传感器151和出堆水温传感器161的检测值求差）与目标温差的偏差，对偏差值进行PID算法运算，自动调节主水泵51转速以达到目标温差要求。燃料电池系统100处于正在关机状态，主水泵51设置固定转速X3rpm。

燃料电池系统100未开启时，第一三通阀52和第二三通阀53默认状态开度都为0。燃料电池系统100上电处于自检状态时，同时将第一三通阀52和第二三通阀53由默认开度0调整为开度50，运行10S后，根据出堆水温传感器161的检测结果判断是否进入冷启动程序，若温度≤Y1℃，则进入冷启动程序，反之不进入冷启动程序，判断完后，第一三通阀52和第二三通阀53开度都调整为0。

正常运行状态时，第二三通阀53进入PID闭环自动控制开度程序，即不同功率工况下，根据冷却液入口15目标温度与实际温度偏差及冷却液出口16目标温度与实际温度偏差，进行PID运算，输出第二三通阀53目标开度，当电流≤Z1A时，执行PID控制输出的目标开度，当电流升到≥Z2A时，第二三通阀53目标开度一直保持95，当电流由大于Z2A降至≤Z1A，目标开度才变为以PID控制输出值为准，若启动时的初始电流恰好处于Z1A与Z2A之间，以PID控制输出值为目标开度。利用目标开度与实际开度，以PID控制算法，将第二三通阀53自动控制到目标角度。

第一三通阀52在冷却液入口15温度≤A1℃时，一直保持0开度；当冷却液入口15温度升高至A1℃，第一三通阀52缓慢打开开度至B1运行30S，再缓慢打开开度至B2，运行30S（目的是初次打开电堆换热回路50，需缓慢打开第一三通阀52保证冷却液入口15温度瞬间波动不超过C1℃）；此后，在不同功率工况下，以冷却液入口15目标温度和实际温度的偏差，通过PID算法调整第一三通阀52的开度来实现温度控制。

冷却液入口15温度低于D1℃时，加热器54启动（全档位启动），当加热至D1℃时，加热器54降档为2挡加热，当加热至D2℃时，加热器54关闭。

在一实施例中，请结合参照图1和图2，热管理系统还包括第一稳压支路57，第一稳压支路57依次串设有阻力部件571和第一膨胀水箱572，阻力部件571连通于第一三通阀52与主换热器55之间，第一膨胀水箱572连通于冷却液出口16与主水泵51之间。

第一膨胀水箱572主要作用是提供电堆换热回路50液体膨胀空间、补水、稳压、排气等。阻力部件571用于增加第一稳压支路57阻力，从而减小第一稳压支路57流量，因为第一稳压支路57重点用于排气，不能过多分流，所以需要增加阻力部件571减少流量。通过设置第一稳压支路57排气提高燃料电池系统100的可靠性和稳定性。

第一膨胀水箱572中设置有液位传感器，当第一膨胀水箱572液位正常时，液位传感器为1、2脚断开状态，FCU控制器未采集到高电平，则不报故障。当第一膨胀水箱572液位低时，液位传感器1、2脚为导通状态，FCU控制器持续E1秒采集到高电平有效，报“第一膨胀水箱572液位低”故障，只做警告，仪表提示。

在一实施例中，请结合参照图1和图2，第一稳压支路57还包括去离子器573，去离子器573连通于第一膨胀水箱572与冷却液入口15之间。

去离子器573降低电堆换热回路50中冷却液的电导率，防止冷却液的电导率过高，使燃料电池系统100的绝缘阻值下降。并且，去离子器573设置于第一稳压支路57中，避免去离子器573流阻太大导致电堆换热回路50的冷却效率降低。

在一实施例中，请结合参照图1和图2，进气支路31还包括空气过滤器311，空气过滤器311与空压机313远离中冷器314的一侧连通。空气过滤器311用于过滤空气杂质，从而提高燃料电池系统100的可靠性和稳定性。

在一实施例中，请结合参照图1和图2，进气支路31还包括流量计312，流量计312与空压机313远离中冷器314的一侧连通。流量计312用于实时检测空气流量，从而提高燃料电池系统100的可靠性和稳定性。

在一实施例中，请结合参照图1和图2，电堆换热回路50还包括冷却液过滤器56，冷却液过滤器56连通于主换热器55与冷却液入口15之间。冷却液过滤器56是用于过滤冷却液中的杂质，防止杂质进入电堆总成10导致电堆总成10损坏。

在一实施例中，请结合参照图1和图2，热管理系统还包括第二稳压支路68，第二稳压支路68包括第二膨胀水箱681，第二膨胀水箱681连通于辅助换热器61的入口端和出口端之间。

第二膨胀水箱681主要作用是提供辅助换热回路60液体膨胀空间、补水、稳压、排气等。通过设置第二稳压支路68排气提高燃料电池系统100的可靠性和稳定性。

在一实施例中，请结合参照图1至图3，进气支路31还包括串设于中冷器314与空气入口11之间的密封阀315，密封阀315与空气入口11之间串设有增湿器316，增湿器316包括加湿腔3161及与加湿腔3161连通的第一连接口3162和第二连接口3163，第一连接口3162与空气出口12连通，第二连接口3163与出气支路32连通。

密封阀315用于燃料电池系统100关机后电堆总成10空气管路的关闭，防止空气的进入，同时在关机前消耗掉残留的氧气，形成无氧环境。增湿器316串联设置在密封阀315与空气入口11之间，压缩空气能够进入加湿腔3161，第一连接口3162与空气出口12连通，使得电堆总成10中反应后的湿空气能够进入加湿腔3161，压缩空气与湿空气进行湿度交换，实现对进入电堆总成10的压缩空气进行加湿，使质子交换膜含水率保持在最佳状态，提高燃料电池系统100的效率。

在一实施例中，请结合参照图1和图2，出气支路32包括依次串联设置的背压阀321、混合室322和消音器323，背压阀321与第二连接口3163连通。

背压阀321与第二连接口3163连通，背压阀321用于调节电堆总成10中空气的压力。空气及电堆总成10反应生成的水通过混合室322汇流排出燃料电池系统100外，消音器323用于减少噪声，提高燃料电池系统100的环保性。

在一实施例中，请结合参照图1和图2，氢气循环回路22还包括氮气支路，氮气支路依次串设有氮气源和连接阀，连接阀连通于氢气源与氢气入口13之间；氢气循环回路22还串联设置有气液分离器221，气液分离器221位于氢气出口14与循环泵222之间，氢气循环回路22还包括排水支路223和氮气排气支路224，排水支路223和氮气排气支路224均连接于气液分离器221与混合室322之间，排水支路223串设有排水阀2231，氮气排气支路224串设有尾排阀2241。

电堆总成10工作时，连接阀关闭，尾排阀2241关闭，排水阀2231打开，氢气从氢气源通过氢气入口13进入电堆总成10，反应后的氢气和反应生成的水进入气液分离器221，气液分离器221将氢气和反应生成的水分离开。分离后的水通过排水阀2231进入混合室322，在混合室322汇流后排出燃料电池系统100外。分离后的氢气通过循环泵222再次进入氢气入口13，实现氢气的循环利用。电堆总成10工作时，尾排阀2241不是一直关闭的，根据氢气的气压情况，尾排阀2241有时会打开，具体地，尾排阀2241打开和关闭的时间根据实际情况确定。电堆总成10工作时，排水阀2231不是一直打开的，根据氢气的湿度情况，排水阀2231有时会打开，具体地，排水阀2231打开和关闭的时间根据实际情况确定。

电堆总成10停机时，连接阀打开，尾排阀2241打开，排水阀2231打开，氮气源中的氮气通过氢气入口13进入电堆总成10，吹扫掉电堆总成10中的剩余氢气，提高燃料电池系统100的安全性，保护电堆总成10。然后氮气、剩余氢气和反应生成的水进入气液分离器221，气液分离器221将反应生成的水和剩余氢气及氮气分离开。分离后的水通过排水阀2231进入混合室322，剩余氢气及氮气通过尾排阀2241进入混合室322，在混合室322汇流后排出燃料电池系统100外。

在一实施例中，请结合参照图1和图2，氢气系统20还包括氢气支路21，氢气支路21依次串设有比例阀213、开关阀212、氢气过滤器211和氢气源，比例阀213连通于循环泵222与氢气入口13之间。

氢气源中的氢气依次经过氢气过滤器211、开关阀212、比例阀213及氢气入口13进入电堆总成10。氢气过滤器211用于过滤氢气源中的杂质，防止杂质进入电堆导致电堆损坏。开关阀212用于控制氢气源的开关，比例阀213用于调节氢气入口13的氢气压力。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池系统包括：

电堆总成，所述电堆总成包括空气入口、空气出口、氢气入口、氢气出口、冷却液入口和冷却液出口；

氢气系统，所述氢气系统包括相连通的氢气源和氢气循环回路，所述氢气循环回路串设有循环泵，所述循环泵的进气端与所述氢气出口连通，所述循环泵的出气端与所述氢气入口连通；

空气系统，所述空气系统包括进气支路和出气支路，所述进气支路依次串设有空压机和中冷器，所述中冷器与所述空气入口连通，所述空压机内设置有第一冷却支路，所述中冷器内设置有第二冷却支路，所述出气支路与所述空气出口连通；

热管理系统，所述热管理系统包括液体冷源、电堆换热回路、辅助换热回路、第一循环回路和第二循环回路，所述第一循环回路和所述第二循环回路均与所述液体冷源连通，所述电堆换热回路依次串设有主水泵和主换热器，所述主水泵与所述冷却液出口连通，所述主换热器与所述冷却液入口连通，所述第一循环回路用于与所述主换热器换热；所述辅助换热回路依次串设有辅助换热器、辅助水泵、第一冷却支路和第二冷却支路，所述第二循环回路用于与所述辅助换热器换热。

2.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述电堆换热回路还包括串联在所述主水泵和所述主换热器之间的第一三通阀，且所述第一三通阀的分流口连通于所述主换热器与所述冷却液入口之间。

3.如权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，所述电堆换热回路还包括第二三通阀，所述第二三通阀的三端分别为第一端、第二端和第三端，所述第一端与所述主水泵连通，所述第二端与所述第一三通阀连通，所述第三端连通有加热器，所述加热器连通于所述主换热器与所述冷却液入口之间。

4.如权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，所述热管理系统还包括第一稳压支路，所述第一稳压支路依次串设有阻力部件和第一膨胀水箱，所述阻力部件连通于所述第一三通阀与所述主换热器之间，所述第一膨胀水箱连通于所述冷却液出口与所述主水泵之间。

5.如权利要求4所述的燃料电池系统，其特征在于，所述第一稳压支路还包括去离子器，所述去离子器连通于所述第一膨胀水箱与所述冷却液入口之间。

6.如权利要求1至5中任意一项所述的燃料电池系统，其特征在于，所述进气支路还包括空气过滤器，所述空气过滤器与所述空压机远离所述中冷器的一侧连通；和/或，

所述进气支路还包括流量计，所述流量计与所述空压机远离所述中冷器的一侧连通；和/或，

所述电堆换热回路还包括冷却液过滤器，所述冷却液过滤器连通于所述主换热器与所述冷却液入口之间；和/或，

所述热管理系统还包括第二稳压支路，所述第二稳压支路包括第二膨胀水箱，所述第二膨胀水箱连通于所述辅助换热器的入口端和出口端之间。

7.如权利要求1至5中任意一项所述的燃料电池系统，其特征在于，所述进气支路还包括串设于所述中冷器与所述空气入口之间的密封阀，所述密封阀与所述空气入口之间串设有增湿器，所述增湿器包括加湿腔及与所述加湿腔连通的第一连接口和第二连接口，所述第一连接口与所述空气出口连通，所述第二连接口与所述出气支路连通。

8.如权利要求7所述的燃料电池系统，其特征在于，所述出气支路包括依次串联设置的背压阀、混合室和消音器，所述背压阀与第二连接口连通。

9.如权利要求8所述的燃料电池系统，其特征在于，所述氢气循环回路还包括氮气支路，所述氮气支路依次串设有氮气源和连接阀，所述连接阀连通于所述氢气源与所述氢气入口之间；

所述氢气循环回路还串联设置有气液分离器，所述气液分离器位于所述氢气出口与所述循环泵之间，所述氢气循环回路还包括排水支路和氮气排气支路，所述排水支路和所述氮气排气支路均连接于所述气液分离器与所述混合室之间，所述排水支路串设有排水阀，所述氮气排气支路串设有尾排阀。

10.如权利要求1至5中任意一项所述的燃料电池系统，其特征在于，所述氢气系统还包括氢气支路，所述氢气支路依次串设有比例阀、开关阀、氢气过滤器和所述氢气源，所述比例阀连通于所述循环泵与所述氢气入口之间。

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