CN117334970B - 一种电动自行车液冷氢能燃料电池系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种电动自行车液冷氢能燃料电池系统，包括：FCU控制器、空气路组件、氢气路组件、水路组件、小型燃料电池；所述空气路组件包括空滤组件、与空滤组件连通的鼓风机组件、设置在鼓风机组件上的进空气传感器、空气尾排组件；所述空气尾排组件与小型燃料电池连通；所述氢气路组件包括进氢组件、与进氢组件连通的进氢电磁阀、与进氢电磁阀连通的气体引射器、与气体引射器连通的汽水分离器、与汽水分离器连通的排氢电磁阀；所述FCU控制器对应端还与进氢电磁阀、排氢电磁阀(20)对应端电性连接。本发明采用了液冷燃料电池系统，通过使用进气空滤，进气鼓风机，解决进气空气质量差的问题。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种电动自行车液冷氢能燃料电池系统。
背景技术
燃料电池是一种非燃烧过程的电化学能转换装置，将氢气和氧气的化学能连续不断地转换为电能。与传统电池最大不同之处是燃料电池是发电设备而不是储能设备。氢燃料电池与常见的锂电池相比，系统更为复杂，为了维持电堆的正常工作，氢燃料电池系统还需要氢气供应系统、水管理系统、空气系统等外部辅助子系统的协同配合，对应的系统部件有氢循环泵、氢瓶、空气压缩机。电堆是整个电池系统的核心，包括由膜电极、双极板构成的各电池单元以及集流板、端板、密封圈等。膜电极的关键材料是质子交换膜、催化剂、气体扩散层，这些部件及材料的耐久性(与其他性能)决定了电堆的使用寿命和工况适应性。近年来，氢燃料电池技术研究集中在电堆、双极板、控制技术等方面。
随着节能减碳、促进氢能行业发展，氢能的利用在交通领域尤为凸显，不仅在氢能重卡领域，氢能自行车也是一个独特的应用场景。但是现有的氢能自行车主要以风冷电堆为主，存在寿命短、受制于空气质量、环境温度低时性能差等缺点。而适配新国标电瓶车这个应用领域的氢能燃料电池液冷系统，可以很好的解决以上问题。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种电动自行车液冷氢能燃料电池系统。
为了实现上述目的，本发明技术方案如下：
本发明提供一种电动自行车液冷氢能燃料电池系统，包括：FCU控制器、空气路组件、氢气路组件、水路组件、小型燃料电池；
所述空气路组件包括空滤组件、与空滤组件连通的鼓风机组件、设置在鼓风机组件上的进空气传感器、空气尾排组件；所述空气尾排组件与小型燃料电池连通；
所述FCU控制器对应端与鼓风机组件对应端电性连接，空气路的空气经过空滤组件吸入鼓风机组件进行加压后进入小型燃料电池内部，再通过小型燃料电池内部的阴极极板的流道流出后，经空气尾排组件排出；
所述氢气路组件包括进氢组件、与进氢组件连通的进氢电磁阀、与进氢电磁阀连通的气体引射器、与气体引射器连通的汽水分离器、与汽水分离器连通的排氢电磁阀；所述FCU控制器对应端还与进氢电磁阀、排氢电磁阀对应端电性连接，用于控制进氢电磁阀、排氢电磁阀的开启或关闭；所述气体引射器还与小型燃料电池电堆连通，用于将小型燃料电池电堆内部的氢气从引射口吸入，与进氢组件进入的氢气一同送入小型燃料电池；
进堆氢气由进氢组件流入，通过进氢电磁阀进入气体引射器后与引射口吸入的氢气，一同进入小型燃料电池，小型燃料电池流出的氢气通过汽水分离器进行分离，一部分由气体引射器吸入，进行下一次循环，另一部分通过排氢电磁阀排出；
所述水路组件包括散热水泵、水路三通阀、与水路三通阀连通的小循环回水弯管；所述散热水泵、水路三通阀均与小型燃料电池连通；
所述散热水泵从外部水路抽水，并送入小型燃料电池的冷却流道后，流出到水路三通阀，在水路三通阀开启状态时，水路会经过小循环回水弯管，走内循环路径，在水路三通阀关闭状态时，会流出到外部水路进行散热。
优选地，所述鼓风机组件包括鼓风机、用于控制鼓风机的鼓风机控制器、与鼓风机连通的进空气弯管；所述进空气弯管与小型燃料电池连通，所述进空气传感器设置在进空气弯管上；所述FCU控制器对应端与鼓风机控制器对应端电性连接，通过控制鼓风机控制器来控制鼓风机的开启或关闭。
优选地，所述空滤组件包括空滤滤芯。
优选地，所述空气尾排组件包括与小型燃料电池连通的出空气弯管、与出空气弯管连通的空气尾排阀。
优选地，所述氢气路组件还包括进氢快插弯头、出氢异型管；所述7进氢快插弯头一端与气体引射器连通，另一端与小型燃料电池连通；所述出氢异型管一端与汽水分离器连通，另一端与小型燃料电池连通。
优选地，所述进氢组件包括储氢瓶、与储氢瓶连通的进氢管、设置在进氢管上的氢气压力传感器；所述进氢管与进氢电磁阀连通；所述氢气压力传感器对应端还与FCU控制器对应端电性连接。
优选地，所述水路组件还包括进水弯管、出水弯管；所述进水弯管一端与散热水泵连通，另一端与小型燃料电池连通；所述出水弯管一端与小型燃料电池连通另一端与水路三通阀连通。
优选地，所述电动自行车液冷氢能燃料电池系统还包括框架，所述FCU控制器、空气路组件、氢气路组件、水路组件、小型燃料电池均安装在框架上。
优选地，所述FCU控制器设置在框架顶部，且进氢组件置于FCU控制器旁；所述空滤组件和鼓风机组件、鼓风机控制器、散热水泵设置在框架下部；所述小型燃料电池设置在框架上部；所述水路三通阀、排氢电磁阀、空气尾排阀均设置在框架底部。
采用本发明的技术方案，具有以下有益效果：
本发明采用了液冷燃料电池系统，通过使用进气空滤，进气鼓风机，解决进气空气质量差的问题，通过水冷散热方案，提高电堆对环境温度的适应性，将电堆水温稳定在60度左右，通过水路的内外循环及散热组件实现，通过空气尾排阀使电堆的阴极测实现封闭状态，尽量少的让电堆阴极直接暴露在空气中。阳极侧通过引射器使氢气循环起来，相较于风冷电堆，减少排氢次数，提高氢气利用率，解决了现有风冷氢能两轮车寿命短，耐候性不强，稳定性差等问题，产品从重量、系统功率、体积、成本方面、综合性价比等都远优于现有风冷氢能两轮车，可以大大提高氢能两轮车的整体市场竞争力。
附图说明
图1为本发明结构正视图示意图；
图2为本发明结构左视图示意图；
图3为本发明结构右视图示意图；
图4为本发明结构俯视图示意图；
图5为本发明结构仰视图示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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装置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，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，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“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
参照图1至图5，本发明提供一种电动自行车液冷氢能燃料电池系统，包括：FCU控制器1、空气路组件、氢气路组件、水路组件、18小型燃料电池；
所述空气路组件包括空滤组件15、与空滤组件15连通的鼓风机组件、设置在鼓风机组件上的进空气传感器6、空气尾排组件；所述空气尾排组件与18小型燃料电池连通；
所述鼓风机组件包括鼓风机14、用于控制鼓风机14的鼓风机控制器3、与14鼓风机连通的8进空气弯管；所述8进空气弯管与18小型燃料电池连通，所述6进空气传感器设置在8进空气弯管上；所述FCU控制器对应端与鼓风机控制器3对应端电性连接，通过控制鼓风机控制器3来控制鼓风机14的开启或关闭；
产品的电气零部件的信息采集及控制都是由1FCU控制器来完成，所述FCU控制器1对应端与鼓风机控制器3对应端电性连接，用于通过FCU控制器1控制鼓风机控制器3，来控制鼓风机14的开启或关闭，使空气经过15空滤组件吸入鼓风机组件，经过鼓风机组件加压的空气，进入小型燃料电池18内部，再通过小型燃料电池18内部的阴极极板的流道后通过空气尾排组件排出；
所述氢气路组件包括进氢组件2、与进氢组件2连通的进氢电磁阀4、与进氢电磁阀4连通的气体引射器5、与气体引射器5连通的汽水分离器11、与汽水分离器11连通的排氢电磁阀20；所述FCU控制器1对应端还与进氢电磁阀4、排氢电磁阀20对应端电性连接，用于控制进氢电磁阀4、排氢电磁阀20的开启或关闭；所述引射器5还与小型燃料电池18电堆连通，用于将小型燃料电池电堆内部的氢气从引射口吸入；
进堆氢气由进氢组件2流入，通过进氢电磁阀4进入气体引射器5后与引射口吸入的氢气，一同进入小型燃料电池18，小型燃料电池18流出的氢气通过汽水分离器11进行分离，一部分由气体引射器5吸入，进行下一次循环，另一部分通过排氢电磁阀20排出；
所述水路组件包括散热水泵17、与散热水泵17连通的进水弯管9、出水弯管12、与出水弯管12连通的水路三通阀19、与水路三通阀19连通的小循环回水弯管16；所述进水弯管9与小型燃料电池18的冷却管道连通；所述出水弯管12与小型燃料电池18连通；
水路是由散热水泵17从外部水路抽水，流入小型燃料电池18的冷却流道后，再从出水弯管12处流出到水路三通阀19，在水路三通阀19开启状态时，水路会经过小循环回水弯管16，走一条小的内循环路径，再水路三通阀19关闭状态时，会流出到外部水路进行散热，可以通过散热风扇进行散热。
进一步的，所述15空滤组件包括空滤滤芯，用于对进入的空气进行过滤，能吸附空气中，水份、煤烟、臭氧、异味、碳氧化物、SO2、CO2等；所述空气尾排组件包括与小型燃料电池18连通的出空气弯管13、与出空气弯管13连通的21空气尾排阀，空气尾排组件用于尾气的排出；
进一步的，所述氢气路组件还包括进氢快插弯头7、出氢异型管10；所述进氢快插弯头7一端与气体引射器5连通，另一端与小型燃料电池18连通，气体引射器5内的氢气通过进氢快插弯头7后送入小型燃料电池18内；所述出氢异型管10一端与汽水分离器11连通，另一端与小型燃料电池18连通，小型燃料电池18的氢气通过出氢异型管10出氢后进入汽水分离器11进行分离；
进一步的，所述进氢组件2包括储氢瓶、与储氢瓶连通的进氢管、设置在进氢管上的氢气压力传感器；所述进氢管与进氢电磁阀4连通；所述氢气压力传感器对应端还与FCU控制器1对应端电性连接；所述氢气压力传感器用于检测氢气的压力了氢气的压力，并传送给，FCU控制器1，FCU控制器1检测进氢的压力没问题后就可以打开进氢电磁阀4，氢气通过进氢电磁阀4进入气体引射器5。
进一步的，所述电动自行车液冷氢能燃料电池系统还包括框架22，所述1FCU控制器、空气路组件、氢气路组件、水路组件、18小型燃料电池均安装在框架上，该框架为钣金框架，所述1FCU控制器设置在框架顶部，且2进氢组件置于1FCU控制器旁；所述15空滤组件和14鼓风机组件、鼓风机控制器、17散热水泵设置在框架下部；所述18小型燃料电池设置在框架上部；所述水路三通阀19、20排氢电磁阀、21空气尾排阀均设置在框架底部。
本发明工作原理如下：
空气路是通过FCU控制器1控制鼓风机控制器3，使空气经过空滤组件15吸入鼓风机14，经过鼓风机14加压的空气，经由进空气弯管8进入小型燃料电池18内部，通过内部的阴极极板的流道从出空气弯管13流出，再经过空气尾排阀21排到大气中，(此时空气尾排阀21处于打开状态)；
氢气路是由进氢组件2流入，进氢组件2的氢气传感器内监控了氢气的压力，经FCU控制器1检测进氢的压力没问题后打开进氢电磁阀4，氢气通过进氢电磁阀4后进入气体引射器5，气体引射器5有引射作用，可以将小型燃料电池电堆内部氢气从引射口吸入，与进堆氢气一同由进氢快插弯头7进入小型燃料电池18，再由出氢异型管10流出，流出氢气通过汽水分离器11，过滤掉大多数液体水，一部分由气体引射器5吸入，进行下一次循环，另一部分与过滤的水、其他杂质气体，通过排氢电磁阀20排出；
水路是由散热水泵17从外部水路抽水，经进水弯管9流入小型燃料电池18的冷却流道，再从出水弯管12处流出到水路三通阀19，在三通阀开启状态时，水路会经过小循环回水弯管16，走一条小的内循环路径，在三通阀19关闭状态时，会流出到外部水路进行散热。
本发明采用了液冷燃料电池系统，通过使用进气空滤，进气鼓风机，解决进气空气质量差的问题，通过水冷散热方案，提高电堆对环境温度的适应性，将电堆水温稳定在60度左右，通过水路的内外循环及散热组件实现，通过空气尾排阀使电堆的阴极测实现封闭状态，尽量少的让电堆阴极直接暴露在空气中。阳极侧通过引射器使氢气循环起来，相较于风冷电堆，减少排氢次数，提高氢气利用率，解决了现有风冷氢能两轮车寿命短，耐候性不强，稳定性差等问题，产品从重量、系统功率、体积、成本方面、综合性价比等都远优于现有风冷氢能两轮车，可以大大提高氢能两轮车的整体市场竞争力。
以上所述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，凡是在本发明的发明构思下，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 (9)
1.一种电动自行车液冷氢能燃料电池系统，其特征在于，包括：FCU控制器(1)、空气路组件、氢气路组件、水路组件、小型燃料电池(18)；
所述空气路组件包括空滤组件(15)、与空滤组件(15)连通的鼓风机组件、设置在鼓风机组件上的进空气传感器(6)、空气尾排组件；所述空气尾排组件与小型燃料电池(18)连通；
所述FCU控制器(1)对应端与鼓风机组件对应端电性连接，空气路的空气经过空滤组件(15)吸入鼓风机组件进行加压后进入小型燃料电池(18)内部，再通过小型燃料电池(18)内部的阴极极板的流道流出后，经空气尾排组件排出；
所述氢气路组件包括进氢组件(2)、与进氢组件(2)连通的进氢电磁阀(4)、与进氢电磁阀(4)连通的气体引射器(5)、与气体引射器(5)连通的汽水分离器(11)、与汽水分离器(11)连通的排氢电磁阀(20)；所述FCU控制器(1)对应端还与进氢电磁阀(4)、排氢电磁阀(20)对应端电性连接，用于控制进氢电磁阀(4)、排氢电磁阀(20)的开启或关闭；所述气体引射器(5)还与小型燃料电池电堆连通，用于将小型燃料电池电堆内部的氢气从引射口吸入，与进氢组件(2)进入的氢气一同送入小型燃料电池(18)；
所述水路组件包括散热水泵(17)、水路三通阀(19)、与水路三通阀(19)连通的小循环回水弯管(16)；所述散热水泵(17)、水路三通阀(19)均与小型燃料电池(18)连通；
所述散热水泵(17)从外部水路抽水，并送入小型燃料电池(18)的冷却流道后，流出到水路三通阀(19)，在水路三通阀(19)开启状态时，水路会经过小循环回水弯管(16)，走内循环路径，在水路三通阀(19)关闭状态时，会流出到外部水路进行散热。
2.根据权利要求1所述的电动自行车液冷氢能燃料电池系统，其特征在于，所述鼓风机组件包括鼓风机(14)、用于控制鼓风机(14)的鼓风机控制器(3)、与鼓风机(14)连通的进空气弯管(8)；所述进空气弯管(8)与小型燃料电池(18)连通，所述进空气传感器(6)设置在进空气弯管(8)上；所述FCU控制器(1)对应端与鼓风机控制器(3)对应端电性连接，通过控制鼓风机控制器(3)来控制鼓风机(14)的开启或关闭。
3.根据权利要求1所述的电动自行车液冷氢能燃料电池系统，其特征在于，所述空滤组件(15)包括空滤滤芯。
4.根据权利要求2所述的电动自行车液冷氢能燃料电池系统，其特征在于，所述空气尾排组件包括与小型燃料电池(18)连通的出空气弯管(13)、与出空气弯管(13)连通的空气尾排阀(21)。
5.根据权利要求4所述的电动自行车液冷氢能燃料电池系统，其特征在于，所述氢气路组件还包括进氢快插弯头(7)、出氢异型管(10)；所述进氢快插弯头(7)一端与气体引射器(5)连通，另一端与小型燃料电池(18)连通；所述出氢异型管(10)一端与汽水分离器(11)连通，另一端与小型燃料电池(18)连通。
6.根据权利要求2所述的电动自行车液冷氢能燃料电池系统，其特征在于，所述进氢组件(2)包括储氢瓶、与储氢瓶连通的进氢管、设置在进氢管上的氢气压力传感器；所述进氢管与进氢电磁阀(4)连通；所述氢气压力传感器对应端还与FCU控制器(1)对应端电性连接。
7.根据权利要求5所述的电动自行车液冷氢能燃料电池系统，其特征在于，所述水路组件还包括进水弯管(9)、出水弯管(12)；所述进水弯管(9)一端与散热水泵(17)连通，另一端与小型燃料电池(18)连通；所述出水弯管(12)一端与小型燃料电池(18)连通另一端与水路三通阀(19)连通。
8.根据权利要求6所述的电动自行车液冷氢能燃料电池系统，其特征在于，所述电动自行车液冷氢能燃料电池系统还包括框架(22)，所述FCU控制器(1)、空气路组件、氢气路组件、水路组件、小型燃料电池(18)均安装在框架(22)上。
9.根据权利要求8所述的电动自行车液冷氢能燃料电池系统，其特征在于，所述FCU控制器(1)设置在框架(22)顶部，且进氢组件(2)置于FCU控制器(1)旁；所述空滤组件(15)和鼓风机组件、鼓风机控制器(3)、散热水泵(17)设置在框架(22)下部；所述小型燃料电池(18)设置在框架(22)上部；所述水路三通阀(19)、排氢电磁阀(20)、空气尾排阀(21)均设置在框架(22)底部。
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