CN116093371A - 燃料电池系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种燃料电池系统。所述系统包括：燃料电池电堆、进气主路、排气主路、冷却液主路、液态水支路、第一换热模块和空压机电机。所述进气主路用于向所述燃料电池电堆输入空气；所述排气主路上设有涡轮机，所述涡轮机经所述空压机电机与进气主路的压气机连接，所述排气主路上设有水分离器；所述液态水支路用于排出所述水分离器分离出的液态水；所述冷却液主路的第一端与所述燃料电池电堆的冷却液出口连接，所述冷却液主路的第二端与所述燃料电池电堆的冷却液入口连接；所述第一换热模块用于根据所述冷却液主路上的冷却液对所述排气主路上的所述水分离器加热。采用本系统能够避免低温环境下液态水进入涡轮机从而造成涡轮机损坏。

Description

燃料电池系统

技术领域

本申请涉及燃料电池技术领域，特别是涉及一种燃料电池系统。

背景技术

燃料电池是利用氢气和氧气发生电化学反应，将化学能直接转化为电能的能量转化装置。燃料电池高效、可靠的工作，需要为燃料电池阴极提供足够的空气，并且还要满足温度、湿度、压力的要求。空压机为燃料电池提供足够的空气流量和压力，同时也是燃料电池发动机中耗能最大的部件。随着燃料电池的功率越来越大，对空压机的压比和流量要求也越来越大，空压机的耗能也越来越高。

目前，离心式空压机由于体积小、无油、噪声低、高效率等优势，已经成为燃料电池发动机的主流空压机。同时，离心式空压机也便于集成涡轮机，实现能量回收，降低空压机能耗。但是带涡轮的离心式空压机由于涡轮高速运动，通常数万转每分钟，一旦有液态水或固体进入，即便很小，也会对涡轮造成很大的伤害，甚至造成空压机损坏。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够防止液体进入空压机的燃料电池系统。

为了实现上述目的及其他目的，本申请提供了一种燃料电池系统。所述燃料电池系统包括：燃料电池电堆、进气主路、排气主路、冷却液主路、液态水支路、第一换热模块和空压机电机，其中，

所述进气主路的第一端用于输入空气，所述进气主路的第二端与所述燃料电池电堆的进气端连接，用于向所述燃料电池电堆输入空气，所述进气主路上设有压气机；

所述排气主路的第一端与所述燃料电池电堆的出气端连接，所述排气主路上设有涡轮机，所述涡轮机的第一端作为所述排气主路的第二端经所述空压机电机与所述压气机连接，所述排气主路的第三端用于向外界输出空气，所述排气主路上设有水分离器；

所述液态水支路与所述水分离器的出口连接，用于排出所述水分离器分离出的液态水；

所述冷却液主路的第一端与所述燃料电池电堆的冷却液出口连接，所述冷却液主路的第二端与所述燃料电池电堆的冷却液入口连接；其中，

所述第一换热模块设置在所述冷却液主路和所述排气主路上，用于根据所述冷却液主路上的冷却液对所述排气主路的所述水分离器加热。

在其中一个实施例中，所述涡轮机的入口与所述水分离器连接，所述涡轮机的出口作为所述排气主路的第三端，其中，

所述第一换热模块的空气入口与所述排气主路连通，所述第一换热模块的空气出口与所述涡轮机的入口连接，所述第一换热模块的冷却液入口和冷却液出口分别与所述冷却液主路连通。

在其中一个实施例中，所述液态水支路上设有与所述水分离器的出口连接的排水阀，其中，所述水分离器、所述排水阀、部分所述排气主路以及部分所述液态水支路均容置在所述第一换热模块内。

在其中一个实施例中，所述冷却液主路包括第一支路、第二支路、水泵和第三支路，其中，所述燃料电池电堆的冷却液出口经所述第一支路与所述第一换热模块的冷却液入口连接，所述第一换热模块的冷却液出口经所述第二支路与所述水泵的入口连接，所述水泵的出口经所述第三支路与所述燃料电池电堆的冷却液入口连接。

在其中一个实施例中，所述冷却液主路还包括第四支路、三通阀和第二换热模块，其中，所述第二换热模块设置在所述第三支路上，所述三通阀的三个端子分别与所述燃料电池电堆的冷却液入口、所述第四支路的第一端、所述第三支路的第一端连接，所述第三支路的第二端、所述第四支路的第二端分别与所述水泵的出口连接。

在其中一个实施例中，所述燃料电池系统还包括：设置所述三通阀与所述燃料电池电堆的冷却液入口之间的加热模块。

在其中一个实施例中，所述燃料电池系统还包括：分别与所述燃料电池电堆的冷却液出口、所述水泵的入口连接的旁通支路。

在其中一个实施例中，所述进气主路上依次设有过滤器和空气冷却器，所述过滤器的第一端作为所述进气主路的第一端，所述过滤器的第二端与所述压气机的第一端连接，所述压气机的第二端与所述空压机电机连接，所述空气冷却器的第一端与所述压气机的第三端连接，所述空气冷却器的第二端与所述燃料电池电堆的进气端连接。

在其中一个实施例中，所述燃料电池系统还包括：进气支路，其中，所述压气机和所述空气冷却器之间的管路与所述进气支路的第一端连通，所述进气支路的第二端与所述水分离器的入口连接的所述排气主路连通，所述进气支路上设有空气旁通阀。

在其中一个实施例中，所述燃料电池系统还包括：

加湿器，设置在所述进气主路和所述排气主路上；

进气截止阀，设置在所述加湿器与所述燃料电池电堆的进气端之间的所述进气主路上；

排气截止阀，设置在所述加湿器与所述燃料电池电堆的出气端之间的所述排气主路上。

上述燃料电池系统，进气主路与燃料电池电堆的进气端连接用于为燃料电池的阴极提供所需温度、湿度、流量的空气；排气主路分别与燃料电池电堆的出气端连接，用于排除气体；涡轮机设置在排气主路上，用于根据气体排出的动力通过空压机电机带动压气机转动，提高压气机输入空气的效率，以便于回收排气能量以降低功耗；水分离器用于将从燃料电池电堆出气端输出的气体中的液体分离出，以避免液体进入涡轮机从而造成涡轮机损坏；从燃料电池电堆冷却液出口流出的冷却液经过燃料电池电堆加热后，第一换热模块用于将加热后的冷却液的热量换热给水分离器，以避免低温环境下水分离器结冰失效导致液体进入涡轮机从而造成涡轮机损坏。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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为本申请第一实施例中提供的燃料电池系统的结构示意图；

图2为本申请第二实施例中提供的燃料电池系统的结构示意图；

图3为本申请第三实施例中提供的燃料电池系统的结构示意图；

图4为本申请第四实施例中提供的燃料电池系统的结构示意图；

图5为本申请第五实施例中提供的燃料电池系统的结构示意图；

图6为本申请第六实施例中提供的燃料电池系统的结构示意图；

图7为本申请一实施例中发动机启动时使用第一换热模块前管路内外的温度曲线图；

图8为本申请一实施例中发动机启动时使用第一换热模块后管路内外的温度曲线图；

图9为本申请一实施例中发动机正常工作时使用第一换热模块前管路内外的温度曲线图；

图10为本申请一实施例中发动机正常工作时使用第一换热模块后管路内外的温度曲线图；

图11为本申请一实施例中发动机停机时使用第一换热模块前管道的壁面温度曲线图；

图12为本申请一实施例中发动机停机时使用第一换热模块后管道的壁面温度曲线图。

附图标记说明：

10、燃料电池系统；100、燃料电池电堆；200、进气主路；210、压气机；220、过滤器；230、空气冷却器；240、进气支路；241、空气旁通阀；250、进气截止阀；300、排气主路；310、水分离器；320、涡轮机；330、排气截止阀；400、冷却液主路；410、第一换热模块；420、第一支路；430、第二支路；440、水泵；450、第三支路；460、第四支路；470、三通阀；480、第二换热模块；490、加热模块；500、液态水支路；510、排水阀；600、空压机电机；700、旁通支路；800、加湿器。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。此外，以下实施例中的“连接”，如果被连接的对象之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、组件、部分或它们的组合的可能性。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种燃料电池系统10。燃料电池系统10包括：燃料电池电堆100、进气主路200、排气主路300、冷却液主路400、液态水支路500、第一换热模块410和空压机电机600。

进气主路200的第一端与外界环境连通，用于输入外界环境中的空气；进气主路200的第二端与燃料电池电堆100的进气端连接，用于向燃料电池电堆100输入空气；进气主路200上设有压气机210；进气主路200用于为燃料电池电堆100提供所需温度、湿度、流量的空气。

排气主路300的第一端与燃料电池电堆100的出气端连接，用于输出空气经过燃料电池电堆100反应后生成的气体；排气主路300上设有涡轮机320，涡轮机320的第一端作为排气主路300的第二端经空压机电机600与压气机210连接；排气主路300的第三端用于向外界输出空气。其中，涡轮机320、空压机电机600和压气机210同轴，涡轮机320和空压机电机600同时驱动压气机210转动，从燃料电池电堆100的出气端输出的气体经排气主路300的管道进入涡轮机320，对涡轮机320做功，回收排气能量，进而减少空压机电机600的能耗。但是由于涡轮高速运动，通常数万转每分钟，一旦有液体或固体进入，即便很小，也会对涡轮造成很大的伤害，甚至造成空压机损坏，故通过水分离器310分离出液体，并通过液态水支路500排除液体，避免涡轮机320获取的气体中存在液体。

冷却液主路400的第一端与燃料电池电堆100的冷却液出口连接，冷却液主路400的第二端与燃料电池电堆100的冷却液入口连接；第一换热模块410设置在冷却液主路400和排气主路300上，用冷却液主路400上的冷却液对排气主路300的水分离器310加热。由于低温环境下，燃料电池冷启动时水分离器310的排水管会结冰，而经过燃料电池电堆100反应后输出的冷却液的温度高于环境温度，通过将反应后的冷却液引到第一换热模块410，第一换热模块410再利用冷却液的温度加热水分离器310，可以避免水分离器310的排水管结冰的情况发生。

上述燃料电池系统10，进气主路200与燃料电池电堆100的进气端连接用于为燃料电池的阴极提供所需温度、湿度、流量的空气；排气主路300分别与燃料电池电堆100的出气端连接，用于排除气体；涡轮机320设置在排气主路300上，用于根据气体排出的动力通过空压机电机600的轴带动压气机210转动，回收排气能量、降低空压机电机600功耗；水分离器310用于将从燃料电池电堆100出气端输出的气体中的液态水分离出，以避免液态水进入涡轮机320从而造成涡轮机320损坏；从燃料电池电堆100冷却液出口流出的冷却液经过燃料电池电堆100加热后，第一换热模块410用于将加热后的冷却液的热量换热给水分离器310，以避免低温环境下水分离器310结冰失效导致液态水进入涡轮机320从而造成涡轮机320损坏。

在一个实施例中，如图2，涡轮机320的入口与水分离器310连接，涡轮机320的出口作为排气主路300的第三端，第一换热模块410的空气入口与排气主路300连通，第一换热模块410的空气出口与涡轮机320的入口连接，第一换热模块410的冷却液入口和冷却液出口分别与冷却液主路400连通。液态水支路500上设有与水分离器310的出口连接的排水阀510，其中，水分离器310、排水阀510、部分排气主路300以及部分液态水支路500均容置在第一换热模块410内。部分排气主路300为水分离器310与涡轮机320之间的通路，部分液态水支路500为水分离器310出水端与排水阀510之间的通路，排水阀510可以为节流孔，节流孔用于控制排水流量。

上述燃料电池系统10，通过涡轮机320的入口回收部分排气能量，根据气体排出的动力通过空压机电机600的轴带动压气机210转动，回收排气能量、降低空压机电机600能耗，但在低温环境下，燃料电池冷启动时，随着发动机启动，排气管路内的空气的温度会提高，但是排气管道外部的温度依然很低。这就导致了管路表面对管路内部空气的冷却，从而导致水蒸气凝结为液态水。尤其是连接水分离器310和涡轮机320的之间的部分管路，如果排气主路300外的温度低于排气主路300内的温度，会导致在水分离器310后的排气主路300会产生液态水凝结，并进入涡轮机320造成涡轮机320损坏；低温环境下排水阀510可能会结冰，不能排出水分离器310分离出的液体，导致水分离器310失效，液体进入涡轮机320。故通过第一换热模块410对水分离器310、排水阀510以及部分排气主路300进行加热，使部分排气主路300的表面温度与燃料电池电堆100输出的冷却液温度相近，随着发动机启动，冷却液的温度和排气主路300的温度同时上升，冷却液的温度经过第一换热模块410对部分排气主路300进行加热。使排气主路300表面温度与排气主路300内部空气的温度同时上升。这就避免了由于排气主路300表面的冷却作用导致水蒸气凝结的现象发生。通过冷却液的温度经过第一换热模块410对水分离器310、排水阀510以及部分液态水支路500进行加热，以避免低温下排水阀510或液态水支路500结冰，导致水分离器310失效的情况发生。

在一个实施例中，如图3，冷却液主路400包括第一支路420、第二支路430、水泵440、第三支路450，第四支路460、三通阀470和第二换热模块480。其中，燃料电池电堆100的冷却液出口经第一支路420与第一换热模块410的冷却液入口连接，第一换热模块410的冷却液出口经第二支路430与水泵440的入口连接，水泵440的出口经第三支路450与燃料电池电堆100的冷却液入口连接。冷却液主路400还包括，其中，第二换热模块480设置在第三支路450上，三通阀470的三个端子分别与燃料电池电堆100的冷却液入口、第四支路460的第一端、第三支路450的第一端连接，第三支路450的第二端、第四支路460的第二端分别与水泵440的出口连接。

可选的，燃料电池系统10还包括设置在三通阀470与燃料电池电堆100的冷却液入口之间的加热模块490。加热模块490为可以使冷却液温度上升的器件，加热模块490可以为PTC加热器或换热器。通过加热模块490对燃料电池电堆100冷却液入口处的冷却液进行加热，使冷却液温度上升，从而使燃料电池电堆100的温度上升，实现低温环境下燃料电池冷启动。

上述燃料电池系统10，第二换热模块480包括换热器和风扇，通过换热器将冷却液的热量转移至外部环境中，用于加热外部环境中的气体、液体或固体，通过风扇对换热器进行扇风从而降低换热器的温度，同时，经过第二换热模块480后的冷却液温度会降低，低于水泵440出水口处冷却液的温度。通过三通阀470的通断，选择从水泵440出口流出的冷却液是直接传输至燃料电池电堆100的冷却液入口；还是选择从水泵440出口流出的冷却液经过第二换热模块480进行热量转换后在传输至燃料电池电堆100的冷却液入口。例如，当燃料电池处于冷启动状态时，进入燃料电池电堆100的冷却液温度应该尽可能地高，此时，关闭三通阀470与第二换热模块480连接的端口，使从水泵440出口的冷却液不经过第二换热模块480降温，而是直接传输至燃料电池电堆100冷却液入口，使燃料电池电堆100的温度上升。

在一个实施例中，如图4，燃料电池系统10还包括分别与燃料电池电堆100的冷却液出口、水泵440的入口连接的旁通支路700。

上述燃料电池系统10，从燃料电池电堆100冷却液出口流出的冷却液，一部分经过第一支路420传输至第一换热模块410，从而对水分离器310进行加热，在经过第二支路430传输至水泵440的冷却液入口；另一部分通过旁通支路700直接传输至水泵440的冷却液入口，这一部分的冷却液没有经过第一换热模块410的换热处理，用于降低燃料电池冷却系统的压降。

在一个实施例中，如图5，进气主路200上依次设有过滤器220和空气冷却器230，过滤器220的第一端作为进气主路200的第一端，过滤器220的第二端与压气机210的第一端连接，压气机210的第二端与空压机电机600连接，空气冷却器230的第一端与压气机210的第三端连接，空气冷却器230的第二端与燃料电池电堆100的进气端连接。燃料电池系统10还包括进气支路240，其中，压气机210和空气冷却器230之间的管路与进气支路240的第一端连通，进气支路240的第二端与水分离器310的入口连接的排气主路300连通，进气支路240上设有空气旁通阀241。进气支路240用于避免压气机210发生喘振。由于燃料电池发动机的喘振一般发生在小负荷，此时压气机210后的温度可能低于燃料电池电堆100阴极出口温度，进气支路240汇入排气主路300时会发生液态水凝结，所以进气支路240汇入排气主路300的位置须在水分离器310之前。

上述燃料电池电堆100，通过涡轮机320、空压机电机600和压气机210提高输入空气的压力，通过进气支路240旁通经过燃料电池电堆100的空气，避免压气机210出现喘振现象。当压气机210喘振时，开启空气旁通阀241，使压气机210输出的空气中的一部分通过水分离器310回收至空压机；另一部分经过燃料电池电堆100反应后在回收至压气机210，以避免压气机210的喘振。

在一个实施例中，如图6，燃料电池系统10还包括加湿器800，设置在进气主路200和排气主路300上；进气截止阀250，设置在加湿器800与燃料电池电堆的进气端之间的进气主路200上；排气截止阀330，设置在加湿器800与燃料电池电堆的出气端之间的排气主路300上。

在燃料电池正常启动时，开启进气截止阀250与排气截止阀330，启动空压机电机600和水泵440。外部环境的空气经过滤器220过滤后，传输至压气机210的第一端口，压气机210利用高速旋转的叶片给空气作功以提高空气压力，

将增压后的空气经空气冷却器230和加湿器800后传输至燃料电池电堆100的5进气端，空气在燃料电池电堆100发生反应后，从燃料电池电堆100出气端输

出气体，输出气体经加湿器800后，到达水分离器310将从输出气体中的液态水分离出，并通过液态水支路500排出，分离后的气体经过涡轮机320直接排到外部环境中，涡轮机320根据气体流动产生动力，经过空压机电机600的轴

带动压气机210转动，从而降低空压机电机600的功耗。若压气机210发生喘0振，则打开空气旁通阀241，使压气机210第三端口输出的空气直接到达水分离器310的入口，进行液态水分离操作。

在燃料电池冷启动时，空气经进气主路200、燃料电池电堆100，到达排气主路300，由于环境温度和燃料电池发动机的温度均较低，所以电堆阴极出口会

有很多液态水产生，需要经过水分离器310分离液态水，但由于温度较低，此5时水分离器310与涡轮机320之间的管道的壁面温度低于管道内的气体温度，

如图7，从而冷凝产生液态水进入涡轮机320，造成涡轮机320损坏，并且由于此时温度较低，排水阀510和水分离器310与排水阀510之间的部分液态水支路500会结冰，水分离器310分离出的液态水无法排出。故设置第一换热单元，

用从燃料电池电堆100冷却液出口的冷却液加热水分离器310、水分离器310与0涡轮机320之间的部分排气主路300、排水阀510、排水阀510与水分离器310之间的部分液态水支路500，使水分离器310与涡轮机320之间的部分排气主路300的管道壁面温度低于管道内的气体温度，如图8，从而避免冷凝液态水的情况发生，同时排水阀510、排水阀510与水分离器310之间的部分液态水支路500也不会结冰，水分离器310正常工作。同时，冷启动时，三通阀470与第二换热模块480连接的端口关闭，三通阀470与水泵440出口连接的端口开启，从水泵440出口流出的冷却液直接输入至燃料电池电堆100的冷却液入口，以便于燃料电池电堆100的温度升高。当冷却液的温度高于设定值时，三通阀470与水泵440之间的第四支路460断开，三通阀470与第二换热模块480之间的第三支路450闭合，第二换热模块480中的换热器和风扇协同降低冷却液温度。

燃料电池在正常工作时，在设置第一换热模块410之前，水分离器310与涡轮机320之间的部分排气主路300的管道温度如图9，此时管道壁面温度一直低于管道内的气体温度，由于壁面温度低，会产生额外的液态水进入涡轮机320，从而有损害涡轮机320。在设置第一换热模块410之后，第一换热模块410用冷却液的热量加热水分离器310与涡轮机320之间的部分排气主路300，此时的管道温度如图10，排气主路300壁面温度一直高于气体温度。这表明不会有由于壁面温度低而产生额外的液态水进入涡轮机320。

在燃料电池停机后，燃料电池发动机会自然冷却下来。由于冷却液的密度和比热容均远大于排气主路300中的气体，所以通常气体的冷却速度大于冷却液，即与冷却液接触的壁面温度高于无冷却液接触的壁面温度。由于燃料电池电堆100在冷却过程中是热源，所以越靠近燃料电池电堆100的气体温度越高。这就导致水分离器310、排水阀510和连接水分离器310和涡轮机320的部分排气主路300的壁面温度比水分离器310前的排气主路300温度低如图11，从而导致水分离器310、排水阀510和连接水分离器310和涡轮机320的部分排气主路300的内表面有液态水凝结，下一次启动时，这些液态水会进入涡轮机320，对涡轮机320造成损坏。如果排水阀510内表面有液态水，在零度以下的情况下，排水阀510可能被冻结，造成无法排水，进而导致液态水进入涡轮机320，对涡轮机320造成损坏。在设置第一换热模块410后，通过第一换热模块410用冷却液的热量加热水分离器310与涡轮机320之间的部分排气主路300，使水分离器310、排水阀510和连接水分离器310和涡轮机320的部分排气主路300的壁面温度与冷却水相近，高于水分离器310前的排气主路300壁面温度，从而使凝结发生在水分离器310前，避免凝结的水进入涡轮机320和冻结排水阀510。如图12，水分离器310与涡轮机320之间的部分排气主路300的壁面温度一直高于水分离器310前排气主路300的壁面温度，即水分离器310、排水阀510和连接水分离器310和涡轮机320的部分排气主路300的壁面温度一直高于水分离器310前管路的壁面温度。这表明排气主路300中的水蒸气倾向于在水分离器310前管路凝结。

上述燃料电池系统10，通过第一换热模块410用冷却液的热量加热水分离器310、排水阀510、水分离器310与涡轮机320之间的部分排气主路300、水分离器310与排水阀510之间的部分液态水支路500，从而在发动机冷启动和正常工作时，避免排水阀510和水分离器310与排水阀510之间的部分液态水支路500结冰造成水分离器310排水失效，同时避免水分离器310与涡轮机320之间的部分排气主路300内产生液态水损害涡轮机320；在发动机停机后，保证水分离器310、排水阀510和连接水分离器310和涡轮机320的部分排气主路300的壁面温度始终高于空气路其他部件和管路的温度。随着温度的降低，液态水优先在温度更低的壁面凝结，避免水分离器310、排水阀510和连接水分离器310和涡轮机320的部分排气主路300壁面的液态水凝结，从而生成液态水损害涡轮机320。

在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。

以上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，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。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：燃料电池电堆、进气主路、排气主路、冷却液主路、液态水支路、第一换热模块和空压机电机，其中，

所述进气主路的第一端用于输入空气，所述进气主路的第二端与所述燃料电池电堆的进气端连接，用于向所述燃料电池电堆输入空气，所述进气主路上设有压气机；

所述排气主路的第一端与所述燃料电池电堆的出气端连接，所述排气主路上设有涡轮机，所述涡轮机的第一端作为所述排气主路的第二端经所述空压机电机与所述压气机连接，所述排气主路的第三端用于向外界输出空气，所述排气主路上设有水分离器；

所述液态水支路与所述水分离器的出口连接，用于排出所述水分离器分离出的液态水；

所述冷却液主路的第一端与所述燃料电池电堆的冷却液出口连接，所述冷却液主路的第二端与所述燃料电池电堆的冷却液入口连接；其中，

所述第一换热模块设置在所述冷却液主路和所述排气主路上，用于根据所述冷却液主路上的冷却液对所述排气主路上的所述水分离器加热。

2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述涡轮机的入口与所述水分离器连接，所述涡轮机的出口作为所述排气主路的第三端，其中，

所述第一换热模块的空气入口与所述排气主路连通，所述第一换热模块的空气出口与所述涡轮机的入口连接，所述第一换热模块的冷却液入口和冷却液出口分别与所述冷却液主路连通。

3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，所述液态水支路上设有与所述水分离器的出口连接的排水阀，其中，所述水分离器、所述排水阀、部分所述排气主路以及部分所述液态水支路均容置在所述第一换热模块内。

4.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述冷却液主路包括第一支路、第二支路、水泵和第三支路，其中，所述燃料电池电堆的冷却液出口经所述第一支路与所述第一换热模块的冷却液入口连接，所述第一换热模块的冷却液出口经所述第二支路与所述水泵的入口连接，所述水泵的出口经所述第三支路与所述燃料电池电堆的冷却液入口连接。

5.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其特征在于，所述冷却液主路还包括第四支路、三通阀和第二换热模块，其中，所述第二换热模块设置在所述第三支路上，所述三通阀的三个端子分别与所述燃料电池电堆的冷却液入口、所述第四支路的第一端、所述第三支路的第一端连接，所述第三支路的第二端、所述第四支路的第二端分别与所述水泵的出口连接。

6.根据权利要求5所述的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池系统还包括：设置所述三通阀与所述燃料电池电堆的冷却液入口之间的加热模块。

7.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池系统还包括：分别与所述燃料电池电堆的冷却液出口、所述水泵的入口连接的旁通支路。

8.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述进气主路上依次设有过滤器和空气冷却器，所述过滤器的第一端作为所述进气主路的第一端，所述过滤器的第二端与所述压气机的第一端连接，所述压气机的第二端与所述空压机电机连接，所述空气冷却器的第一端与所述压气机的第三端连接，所述空气冷却器的第二端与所述燃料电池电堆的进气端连接。

9.根据权利要求8所述的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池系统还包括：进气支路，其中，所述压气机和所述空气冷却器之间的管路与所述进气支路的第一端连通，所述进气支路的第二端与所述水分离器的入口连接的所述排气主路连通，所述进气支路上设有空气旁通阀。

10.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池系统还包括：

加湿器，设置在所述进气主路和所述排气主路上；

进气截止阀，设置在所述加湿器与所述燃料电池电堆的进气端之间的所述进气主路上；

排气截止阀，设置在所述加湿器与所述燃料电池电堆的出气端之间的所述排气主路上。

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