CN115472885A - 一种高集成的燃料电池发动机系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高集成的燃料电池发动机系统，包括电堆模块、系统控制模块、进堆模块、出堆模块、氢气模块、空气模块和冷却模块；进堆模块、出堆模块与电堆模块相连接，氢气模块设置在电堆模块上方，电堆模块上设有安装板，空气模块设置在安装板上；进堆模块包括进堆歧管、进堆三通阀、气水分离器等；出堆模块包括出堆歧管、出堆三通阀和冷却三通阀等；氢气模块中，氢气循环泵和端盖引射器合并为循环引射一体机；空气模块中，中冷器和加湿器合并为中冷加湿一体器；冷却模块包括水泵和PTC加热器。与现有技术相比，本发明以高集成度、模块化设计为设计目标，通过结构设计，不仅仅简单的集成，在空间上更为紧凑，布局更合理。

Description

一种高集成的燃料电池发动机系统
技术领域
本发明涉及燃料电池发动机系统，尤其是涉及一种高集成的燃料电池发动机系统。
背景技术
燃料电池运行时需要通过氢气装置供氢，空气装置供氧，水循环装置散热，以维持电堆内部在一定温度条件下的氢气与氧气的持续氧化还原反应。燃料电池发动机系统作为燃料电池汽车的核心，关系着整车运行的安全性，对燃料电池汽车是否具备成熟、可靠的性能表现具有重要影响。燃料电池发动机主要部件包括电堆、发动机控制器、氢气供给系统、空气供给系统、冷却水系统等。
除了核心零部件电堆外，一套布置合理、结构紧凑的集成系统也尤为重要，关系着系统生产过程中的工艺难题，后期维护中的运营成本。模块化设计不仅可以大大简化发动机系统的复杂管路，模块化各路零部件，而且可以使前期安装更便捷，后期维护更简单，简化系统的同时可以减少对维护人员的培训成本，减少对零部件的库存管理成本。
中国专利CN113540505A公开了一种燃料电池集成系统和具有该燃料电池集成系统的车辆，提高了燃料电池发动机系统的集成度，大幅提高氢燃料电池发动机的质量比功率和体积比功率。但是，该专利的集成化主要是管道、线束的集成，因此，集成度仍有待提高。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高集成的燃料电池发动机系统，以高集成度、模块化设计为设计目标，通过结构设计，不仅仅简单的集成，在空间上更为紧凑，布局更合理，模块化设计更使发动机系统在组装过程中工艺更简洁，操作更便捷，工艺更清晰，且在后期维修维护的过程中更换损坏的零部件更高效，降低后期运营成本。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种高集成的燃料电池发动机系统，包括电堆模块、系统控制模块、进堆模块、出堆模块、氢气模块、空气模块和冷却模块；
进堆模块、出堆模块与电堆模块相连接，氢气模块设置在电堆模块上方，所述电堆模块上设有安装板，空气模块设置在所述安装板上，系统控制模块和冷却模块的部件安装在电堆或安装板上；
所述进堆模块包括进堆歧管、进堆三通阀、气水分离器和进堆电磁阀单元，所述进堆三通阀和气水分离器与进堆歧管相配合，进堆歧管上设有空气进口、冷却水进口和氢气出口，进堆歧管上布置有进堆传感器单元；
所述出堆模块包括出堆歧管、出堆三通阀和冷却三通阀，所述出堆三通阀和冷却三通阀与出堆歧管相配合，出堆歧管上设有氢气进口、冷却水出口和空气出口，出堆歧管上布置有出堆传感器单元；
所述氢气模块包括氢气循环泵、端盖引射器、氢进卡套、氢气过滤器、氢气电磁阀单元和氢气传感器单元，所述氢气循环泵和端盖引射器合并为循环引射一体机；
所述空气模块包括空压机、中冷器和加湿器，所述中冷器和加湿器合并为中冷加湿一体器；
所述冷却模块包括水泵和PTC加热器。
进一步地，端盖引射器与氢气循环泵端板合并，循环引射一体机设有一体机入口和一体机出口；所述氢气模块中设有流道a、流道b和流道c，流道b表示氢气通过一体机入口进入循环引射一体机的流道，流道a表示氢气进入端盖引射器并通过一体机出口进入电堆，流道c表示氢气进入氢气循环泵并通过一体机出口进入电堆。
进一步地，所述氢气电磁阀单元包括中压电磁阀和比例阀，流道a中，氢气通过氢进卡套、氢气过滤器、中压电磁阀后进入端盖引射器并通过一体机出口进入电堆，所述氢气传感器单元包括中压传感器。
进一步地，所述中冷器设有中冷器空气进口、中冷器旁通口、中冷器冷却入口和中冷器冷却出口，中冷器的出气口与加湿器的进气口合并，空气通过所述中冷器空气进口进入中冷器，再流入加湿器，冷却水通过所述中冷器冷却入口进入中冷器，并通过所述中冷器冷却出口流出，所述中冷器旁通口连通中冷器的出气口。
进一步地，所述系统控制模块包括DCDC、FCU、氢气循环泵控制器、空压机控制器和保险丝盒；所述DCDC和氢气循环泵控制器设置在电堆模块上方，所述FCU和保险丝盒设置在电堆模块侧面，所述空压机控制器设置在安装板上。
进一步地，所述进堆电磁阀单元包括加热排水电磁阀和排氮阀，所述加热排水电磁阀安装在气水分离器的出水端，所述排氮阀布置在进气歧管上。
进一步地，所述进堆传感器单元包括空进压力传感器、空进温度传感器、水进压力传感器、水进温度传感器和氢出压力传感器，所述水进压力传感器、水进温度传感器和合并为水进温压一体传感器。
进一步地，所述出堆传感器单元包括氢进压力传感器、氢进温度传感器、水出温度传感器、空出温度传感器和空出压力传感器；所述出堆歧管上还布置有安全阀。
进一步地，所述空气模块还包括尾排节气门，所述尾排节气门与加湿器相连接。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)模块化设计，集成度高：将两个或多个零部件集成为一个模块后进行布置，如氢气模块、进堆模块、出堆模块、中冷器加湿器一体器等，系统模块化不仅使布置思路更清晰，管路数量更少，减少了管路泄漏，实现高集成同时降低管路成本，上述单一模块中都集成了燃料电池发动机中所必需的零部件，使得繁杂零散的零部件产品化，且模块拥有较好的延展性和灵活性，设计思路适用于不同功率的各类系统。
(2)氢气前处理、氢气循环泵、端盖引射器三合一集成设计：氢气模块不仅将并联的端盖引射器和循环泵集成为一体，更将一系列传感器、电磁阀、比例阀合为一体，在减少繁杂的管路，降低氢气路的泄漏风险的同时，使得系统空间更紧凑，且能在大功率运行时灵活切换为单端盖引射器工作，降低了零部件的功耗，极大程度上提高了系统输出效率。
(3)合理的布局，人性化工艺流程，零部件更换便捷：电堆模块下方零部件都固定于安装板上，使得后期维修不管电堆还是下方零部件时，都可以单独拆卸维修，且关键零部件都位于系统外侧，其拆卸可从单一方向操作，系统的后期维护成本大大降低。
(4)自主设计零件批量生产成本具有优势：自主设计零件主要包括进堆歧管、出堆配气头、端盖引射器等，此类工件内部流道较为复杂，数量较少采用机加工生产时加工难度较大，但本申请通过结构优化，已实现加工过程中无需新增工艺孔，减少了加工时间和原材料成本，且后期批量开模制作时，可进一步降低成本。
附图说明
图1为本燃料电池发动机集成系统结构示意图A；
图2为本燃料电池发动机集成系统结构示意图B；
图3为进堆模块结构示意图A；
图4为进堆模块结构示意图B；
图5为出堆模块结构示意图A；
图6为出堆模块结构示意图B；
图7为氢气模块结构示意图；
图8为氢气模块流道走向图；
图9为中冷器加湿器一体式结构示意图。
附图标记：
1、电堆模块，2、系统控制模块，3、进堆模块，4、出堆模块，5、氢气模块，6、空气模块，7、冷却模块，8、安装板；
21、DCDC，22、FCU，23、氢气循环泵控制器，24、空压机控制器，25、保险丝盒；
31、进堆歧管，311、空气进口，312、冷却水进口，313、氢气出口；32、进堆三通阀，33、气水分离器，34、加热排水电磁阀，35、排氮阀，36、空进压力传感器，37、空进温度传感器，38、水进温压一体传感器，39、氢出压力传感器；
41、出堆歧管，411、氢气进口，412冷却水出口，413、空气出口；42、出堆三通阀，43、冷却三通阀，44、安全阀，45、氢进压力传感器，46、氢进温度传感器，47、水出温度传感器，48空出温度传感器，49、空出压力传感器；。
51、氢气循环泵，52、端盖引射器，521、循环引射一体机入口，522、循环引射一体机出口；53、氢进卡套，54、氢气过滤器，55、中压电磁阀，56、中压传感器，57、比例阀；
61、空压机、62、中冷加湿一体器，621、中冷器空气进口，622、中冷器旁通口，623、中冷器冷却入口，624、中冷器冷却出口；63、尾排节气门；
71、水泵，72、PTC加热器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件。
在本申请实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，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设备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。
在本申请实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“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申请中的具体含义。
实施例1：
一种高集成的燃料电池发动机系统，包括电堆模块1、系统控制模块2、进堆模块3、出堆模块4、氢气模块5、空气模块6和冷却模块7；
发动机系统的布置思路如下：进堆模块3、出堆模块4通过限位螺母与电堆模块1相连接，固定在电堆模块1的介质端面上；电堆模块1上设有安装板8，安装板8设置在电堆模块1的底部，氢气模块5通过螺母设置在电堆模块1上方，空气模块6通过螺母设置在安装板8上，系统控制模块2和冷却模块7的部件通过螺母安装在电堆或安装板8上；
系统控制模块2包括DCDC21、FCU22、氢气循环泵控制器23、空压机控制器24和保险丝盒25；DCDC21和氢气循环泵控制器23设置在电堆模块1上方，FCU22和保险丝盒25设置在电堆模块1侧面，空压机控制器24设置在安装板8上。
进堆模块3包括进堆歧管31、进堆三通阀32、气水分离器33、进堆配气头、进堆电磁阀单元和进堆传感器单元，进堆电磁阀单元包括加热排水电磁阀34、排氮阀35等阀门，加热排水电磁阀34安装在气水分离器33的出水端，排氮阀35布置在进气歧管上；进堆传感器单元包括空进压力传感器36、空进温度传感器37、水进压力传感器、水进温度传感器、氢出压力传感器39等传感器，水进压力传感器、水进温度传感器和合并为水进温压一体传感器38。进堆三通阀32和气水分离器33与进堆歧管31相配合，进堆歧管31上设有空气进口311、冷却水进口312和氢气出口313，进堆歧管31上布置有进堆传感器单元。
出堆模块4包括出堆歧管41、出堆三通阀42、冷却三通阀43、出堆配气头、排水电磁阀、安全阀44和出堆传感器单元，出堆三通阀42和冷却三通阀43与出堆歧管41相配合，出堆歧管41上设有氢气进口411、冷却水出口412和空气出口413，出堆歧管41上布置有出堆传感器单元；出堆传感器单元包括氢进压力传感器45、氢进温度传感器46、水出温度传感器47、空出温度传感器48、空出压力传感器49等传感器。
氢气模块5包括氢气循环泵51、端盖引射器52、氢进卡套53、氢气过滤器54、氢气电磁阀单元和氢气传感器单元，氢气电磁阀单元包括中压电磁阀55和比例阀57，氢气传感器单元包括中压传感器56，氢气循环泵51和端盖引射器52合并为循环引射一体机；端盖引射器52与氢气循环泵51端板合并，循环引射一体机设有一体机入口521和一体机出口522。
空气模块6包括空压机61、中冷器和加湿器。中冷器和加湿器合并为中冷加湿一体器62；中冷器设有中冷器空气进口621、中冷器旁通口622、中冷器冷却入口623和中冷器冷却出口624，中冷器的出气口与加湿器的进气口合并，空气通过中冷器空气进口621进入中冷器，再流入加湿器，冷却水通过中冷器冷却入口623进入中冷器，并通过中冷器冷却出口624流出，带走空气中大量的热量，中冷器旁通口622连通中冷器的出气口，可以调节入堆的空气湿度。空气模块6还包括尾排节气门63，尾排节气门63与加湿器相连接。加湿器与中冷器在空气模块6中体积都比较大，非常占用系统的体积。本申请合理的设计将中冷器的出气口与加湿器的进气口合并，使中冷器与加湿器成为一个整体，即减少管路的布置，又降低空气路中接口间能量损失，降低空气流阻。
冷却模块7包括水泵71和PTC加热器72。
可以理解的是，本实施例只对燃料电池发动机系统的一体集成部件进行了说明，其外部的控制器、高压供氢模块、冷却水箱、风扇等部件并未提及，相关从业人员可以理解。同时，为使系统更清楚，重点描述了模块间的连接配合关系，各个部件之间的连接并未详细阐述，如各个模块的传感器与外部器件的连接，空压机控制器24与空压机61的连接等，相关从业人员实施时按照常规理解即可，不再赘述。
本发明是一套燃料电池发动机系统，以高集成度、模块化设计为设计目标，通过结构设计，不仅仅简单的集成，在空间上更为紧凑，布局更合理，模块化设计更使发动机系统在组装过程中工艺更简洁，操作更便捷，工艺更清晰，且在后期维修维护的过程中更换损坏的零部件更高效，降低后期运营成本。
本燃料电池发动机系统的模块化布置思路，使在原理图上较难实现的氢气前处理模块(包含氢进卡套53、氢气过滤器54、中压电磁阀55等)与氢气循环泵51端盖并联，在实际结构设计中成为了一个组合件，实现了氢气路的超高集成化和产品化。进堆模块3集成了进堆三通阀32、气水分离器33和排氮阀35，都通过端面与进堆配气头进行组装，此进堆模块3不仅解决了原本需要另制工装的进堆三通阀32和气水分离器33的安装难题，且将其融合为一个整体，实现功能的同时使得系统布置更为紧凑。同理，出堆模块4集成了同样需要端面安装的出堆三通阀42和冷却三通阀43，通过螺母于出堆配气头组装，安全阀44通过螺纹安装在出堆配气头上，紧凑的同时，外型上与进堆模块3形成呼应，具有统一的外形设计风格，使产品更具辨识度。此外，进堆配气头和出堆配气头因直接与电堆模块1接触，均采用了非导电材料制作，确保了电堆的绝缘问题。
燃料电池发动机系统主要分为氢气路、空气路、冷却路三路，工作原理分别如下：
(1)氢气路：氢气通过高压供氢模块减压后，进入氢气模块5，氢气模块5集成了比例阀57、端盖引射器52、氢气循环泵51和一系列传感器，将氢气流量调整为满足电堆的需求后，经过进堆模块3进入电堆模块1，反应完成后，通过出堆模块4中的气水分离器33后分为两路，其中的一路液态水通过出堆模块4中的排水电磁阀进入尾排节气门63，另一路未反应完的氢气通过端盖引射器52或氢气循环泵51抽回，再次经进堆模块3进入电堆模块1进行反应。其中端盖引射器52与氢气循环泵51并联，系统低功率运行时，氢气流量较小，端盖引射器52无法引流，仅有氢气循环泵51工作；系统中功率运行时，端盖引射器52介入，开始引流，可降低氢气循环泵51功耗；系统高功率运行时，氢气循环泵51停止工作，仅有端盖引射器52工作。
具体的，氢气模块5中设有流道a、流道b和流道c，流道b表示氢气通过一体机入口521进入循环引射一体机的流道，流道a表示氢气通过氢进卡套53、氢气过滤器54、中压电磁阀55等零部件后进入端盖引射器52，然后通过一体机出口522进入电堆，流道c表示氢气进入氢气循环泵51并通过一体机出口522进入电堆。氢气循环泵51在系统低功率下运行，把一体机入口521的氢气吸入到氢气循环泵51中，通过流道c与流道a氢气混合后进入到电堆；端盖引射器52在系统高功率下运行，此时氢气循环泵51停止运行，一体机入口521氢气被端盖引射器52引流到端盖引射器52入口，随着流道a一起进入电堆内部。
(2)空气路：过量的空气通过外部空滤进入发动机系统内部，经过空压机61压缩后，进入中冷器加湿器一体器，让空气温度和湿度满足电堆的需求后经进堆模块3进入电堆模块1，反应完成后，通过出堆模块4，一路经中冷器加湿器一体器，与另一路直接排出的汇流进尾排节气门63。
(3)冷却路：系统低温冷启动时，出堆的冷却水经冷却三通阀43控制，走系统内部小循环，直接通过PTC加热器72回到水泵71，再由水泵71泵向电堆模块1，上述零部件布置紧凑，管路精短，从而快速加热冷却路，提升至电堆工作温度；当系统运行温度升高或环境温度温和时，出堆的冷却水经冷却三通阀43控制流向外部散热风扇，降温后进入水泵71，通过水泵71加压经进堆模块3进入电堆模块1，出堆后高温水再回风扇进行冷却，如此形成一个大循环。
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做出诸多修改和变化。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 (9)

1.一种高集成的燃料电池发动机系统，其特征在于，包括电堆模块、系统控制模块、进堆模块、出堆模块、氢气模块、空气模块和冷却模块；
进堆模块、出堆模块与电堆模块相连接，氢气模块设置在电堆模块上方，所述电堆模块上设有安装板，空气模块设置在所述安装板上，系统控制模块和冷却模块的部件安装在电堆或安装板上；
所述进堆模块包括进堆歧管、进堆三通阀、气水分离器和进堆电磁阀单元，所述进堆三通阀和气水分离器与进堆歧管相配合，进堆歧管上设有空气进口、冷却水进口和氢气出口，进堆歧管上布置有进堆传感器单元；
所述出堆模块包括出堆歧管、出堆三通阀和冷却三通阀，所述出堆三通阀和冷却三通阀与出堆歧管相配合，出堆歧管上设有氢气进口、冷却水出口和空气出口，出堆歧管上布置有出堆传感器单元；
所述氢气模块包括氢气循环泵、端盖引射器、氢进卡套、氢气过滤器、氢气电磁阀单元和氢气传感器单元，所述氢气循环泵和端盖引射器合并为循环引射一体机；
所述空气模块包括空压机、中冷器和加湿器，所述中冷器和加湿器合并为中冷加湿一体器；
所述冷却模块包括水泵和PTC加热器。
2.根据权利要求1所述的一种高集成的燃料电池发动机系统，其特征在于，端盖引射器与氢气循环泵端板合并，循环引射一体机设有一体机入口和一体机出口；所述氢气模块中设有流道a、流道b和流道c，流道b表示氢气通过一体机入口进入循环引射一体机的流道，流道a表示氢气进入端盖引射器并通过一体机出口进入电堆，流道c表示氢气进入氢气循环泵并通过一体机出口进入电堆。
3.根据权利要求2所述的一种高集成的燃料电池发动机系统，其特征在于，所述氢气电磁阀单元包括中压电磁阀和比例阀，流道a中，氢气通过氢进卡套、氢气过滤器、中压电磁阀后进入端盖引射器并通过一体机出口进入电堆，所述氢气传感器单元包括中压传感器。
4.根据权利要求1所述的一种高集成的燃料电池发动机系统，其特征在于，所述中冷器设有中冷器空气进口、中冷器旁通口、中冷器冷却入口和中冷器冷却出口，中冷器的出气口与加湿器的进气口合并，空气通过所述中冷器空气进口进入中冷器，再流入加湿器，冷却水通过所述中冷器冷却入口进入中冷器，并通过所述中冷器冷却出口流出，所述中冷器旁通口连通中冷器的出气口。
5.根据权利要求1所述的一种高集成的燃料电池发动机系统，其特征在于，所述系统控制模块包括DCDC、FCU、氢气循环泵控制器、空压机控制器和保险丝盒；所述DCDC和氢气循环泵控制器设置在电堆模块上方，所述FCU和保险丝盒设置在电堆模块侧面，所述空压机控制器设置在安装板上。
6.根据权利要求1所述的一种高集成的燃料电池发动机系统，其特征在于，所述进堆电磁阀单元包括加热排水电磁阀和排氮阀，所述加热排水电磁阀安装在气水分离器的出水端，所述排氮阀布置在进气歧管上。
7.根据权利要求1所述的一种高集成的燃料电池发动机系统，其特征在于，所述进堆传感器单元包括空进压力传感器、空进温度传感器、水进压力传感器、水进温度传感器和氢出压力传感器，所述水进压力传感器、水进温度传感器和合并为水进温压一体传感器。
8.根据权利要求1所述的一种高集成的燃料电池发动机系统，其特征在于，所述出堆传感器单元包括氢进压力传感器、氢进温度传感器、水出温度传感器、空出温度传感器和空出压力传感器；所述出堆歧管上还布置有安全阀。
9.根据权利要求1所述的一种高集成的燃料电池发动机系统，其特征在于，所述空气模块还包括尾排节气门，所述尾排节气门与加湿器相连接。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115832384A (zh) * 2022-12-29 2023-03-21 大连擎研科技有限公司 一种大功率紧凑型集成式车用燃料电池系统
CN117013000A (zh) * 2023-09-28 2023-11-07 雄川氢能科技(广州)有限责任公司 一种便于电堆快速冷启动的氢燃料电池氢水分离循环装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009151999A (ja) * 2007-12-19 2009-07-09 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
CN113745580A (zh) * 2021-09-27 2021-12-03 上海澄朴科技有限公司 一种燃料电池低压氢气系统总成装置及燃料电池系统
CN113964341A (zh) * 2021-02-09 2022-01-21 海卓动力(青岛)能源科技有限公司 一种燃料电池发动机系统

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009151999A (ja) * 2007-12-19 2009-07-09 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
CN113964341A (zh) * 2021-02-09 2022-01-21 海卓动力(青岛)能源科技有限公司 一种燃料电池发动机系统
CN113745580A (zh) * 2021-09-27 2021-12-03 上海澄朴科技有限公司 一种燃料电池低压氢气系统总成装置及燃料电池系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
浦及;秦晓津;芦岩;王宇鹏;丁天威;赵子亮;: "燃料电池热管理系统设计及研究", 汽车文摘, no. 04, 5 April 2019 (2019-04-05) *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115832384A (zh) * 2022-12-29 2023-03-21 大连擎研科技有限公司 一种大功率紧凑型集成式车用燃料电池系统
CN115832384B (zh) * 2022-12-29 2024-01-19 大连擎研科技有限公司 一种大功率紧凑型集成式车用燃料电池系统
CN117013000A (zh) * 2023-09-28 2023-11-07 雄川氢能科技(广州)有限责任公司 一种便于电堆快速冷启动的氢燃料电池氢水分离循环装置
CN117013000B (zh) * 2023-09-28 2024-05-07 雄川氢能科技(广州)有限责任公司 一种便于电堆快速冷启动的氢燃料电池氢水分离循环装置

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