CN117895044A - 氢燃料电池发电系统及其工作方法 - Google Patents

氢燃料电池发电系统及其工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种氢燃料电池发电系统及其工作方法。氢燃料电池发电系统包括：箱体，其内部设置有电气室、储氢容器室和燃料电池室；以及引风装置，设置在箱体内，用于将燃料电池室内的热风引入储氢容器室内加热储氢容器。本发明的氢燃料电池发电系统体积小、集成度高，而且采用了模块化的设计理念，将电气设备、固态储氢装置、燃料电池电堆集成同一箱体内，形成了一个完整的发电系统；固态储氢装置放置在燃料电池电堆的出风口的一侧，利用燃料电池电堆反应放出的热量为储氢装置加热，既达到电堆散热的目的，也有利于氢气的释放。

Description

氢燃料电池发电系统及其工作方法
技术领域
本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种氢燃料电池发电系统及其工作方法。
背景技术
随着氢燃料电池技术的快速发展，质子交换膜燃料电池作为一种新能源设备，可以室温快速启动，以其效率高、噪音低和无污染等优点在交通运输、航空航天和分布式发电等领域逐渐得到了应用，可以满足多领域的用电需要，市场应用前景广阔。无论是氢燃料电池发电系统还是水冷燃料电池系统，对其设备集成化更高，成本降低，便于安装和使用等还需进一步提升。
燃料电池系统包括有多个功能模块，例如燃料电池堆、氢气供给子系统、空气供给子系统、散热子系统、控制子系统等。各个功能模块又包括有多个组成元器件。但是现有技术中，燃料电池系统的各个功能模块没有整体集成为一个模块从而独立于所应用设备的系统框架，且各个功能模块的组成元器件之间分布零散且混乱，在组装时，需要将各个功能模块的组成元器件依据严格的组装顺序一一装设在系统框架中，组装复杂；并且，该种应用方式导致现有燃料电池系统通用性不强，需要根据不同设备、不同应用场合重复设计。
发明内容
本发明的目的是提供一种氢燃料电池发电系统及其工作方法，以解决现有燃料电池系统集成度低、通用性差的技术问题。
本申请提供一种氢燃料电池发电系统，包括：
箱体，其内部设置有电气室、储氢容器室和燃料电池室；以及
引风装置，设置在箱体内，用于将燃料电池室内的热风引入储氢容器室内加热储氢容器。
在本申请的一实施例中，所述储氢容器室和燃料电池室相邻设置；所述燃料电池室的侧壁上设置有与储氢容器室连通的出风口，且出风口上设置有所述引风装置。
在本申请的一实施例中，所述储氢容器为固态储氢甁。
在本申请的一实施例中，所述引风装置包括若干风扇。
在本申请的一实施例中，所述燃料电池室与出风口相对的侧壁上设置有进风口；所述储氢容器室与出风口相对的侧壁上设置有若干排风孔。
在本申请的一实施例中，所述电气室的外表面设置有若干散热孔。
在本申请的一实施例中，所述储氢容器室内设置有若干储氢容器；
所述燃料电池室内设置有风冷电堆，所述风冷电堆上设置有氢气进气开关阀、排气阀；
所述储氢容器的出气口设置有减压阀，并通过氢气输送管与氢气进气开关阀连接。
在本申请的一实施例中，所述电气室内设置有升压DCDC、降压DCDC、控制器和继电器。
在本申请的一实施例中，所述氢燃料电池发电系统还包括与控制器电性连接的温度传感器和压力传感器；其中
所述温度传感器用于检测风冷电堆的温度；
所述压力传感器设置在氢气进气开关阀前侧，用于检测氢气压力；以及
所述氢气进气开关阀、排气阀、引风装置均与控制器电性连接。
在本申请的一实施例中，所述电气室的上表面设置有电压表、功率表、电量表、低压电接插件、电力输出负极、电力输出正极、按钮开关、按钮开关。
在本申请的一实施例中，所述箱体上设置有把手。
相应的，本申请还提供一种氢燃料电池发电系统的工作方法，包括：将储氢容器室和燃料电池室相邻设置；将燃料电池室内的热风引入储氢容器室，对储氢容器进行加热。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的氢燃料电池发电系统体积小、集成度高，而且采用了模块化的设计理念，将电气设备、固态储氢装置、燃料电池电堆集成同一箱体内，形成了一个完整的发电系统；且箱体内三个腔室既结构独立布置，又互相连通，便于系统装配、零部件更换以及维修维护；腔室外表面还设有把手，方便提取和搬运，产品应用前景良好；系统额定输出功率可以满足小型燃料电池车等车辆的运行需求。
(2)固态储氢装置放置在燃料电池电堆的出风口的一侧，利用燃料电池电堆反应放出的热量为储氢装置加热，既达到电堆散热的目的，也有利于氢气的释放，使得储氢装置释放的流量更加充足稳定。因此不需要单独设置加热片，提高了氢气利用效率。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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是本发明的一优选实施例的氢燃料电池发电系统的立体图；
图2是本发明的一优选实施例的氢燃料电池发电系统的主视剖视图；
图3是本发明的一优选实施例的氢燃料电池发电系统的侧视图；
图4是本发明的一优选实施例的氢燃料电池发电系统的俯视剖视图；
图5是本发明的一优选实施例的氢燃料电池发电系统的俯视图。
图中：
箱体100、电气室1、散热孔11、升压DCDC12、降压DCDC13、控制器14、继电器15、电压表161、功率表162、电量表163、低压电接插件164、电力输出负极165、电力输出正极166、第一按钮开关167、第二按钮开关168、储氢容器室2、储氢容器21、排风孔22、燃料电池室3、引风装置31、进风口32、风冷电堆33、氢气进气开关阀34、排气阀35、减压阀36、氢气输送管37、把手4。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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做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。
本申请提供一种氢燃料电池发电系统，以下分别进行详细说明。需要说明的是，以下实施例的描述顺序不作为对本申请实施例优选顺序的限定。且在以下实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
请参阅图1和图2，在本申请的第一方面实施例中，氢燃料电池发电系统包括：箱体100，其内部设置有电气室1、储氢容器室2和燃料电池室3；以及引风装置31，设置在箱体内，用于将燃料电池室3内的热风引入储氢容器室2内加热储氢容器21。
可选的，所述储氢容器室2和燃料电池室3可以是相邻设置；以及所述燃料电池室3的侧壁上设置有与储氢容器室2连通的出风口，且出风口上设置有所述引风装置31。
在本实施例中，电气室1、储氢容器室2和燃料电池室3可以是通过独立的盒体通过焊接或者螺栓等连接方式进行组装连接，形成箱体100；在一些实施例中，也可以是在一箱体100内隔成三个腔室，分别为电气室1、储氢容器室2和燃料电池室3。
在本实施例中，氢燃料电池发电系统体积小、集成度高，而且采用了模块化的设计理念，将电气设备、固态储氢装置、燃料电池电堆集成同一箱体内，形成了一个完整的发电系统；且箱体内三个腔室既结构独立布置，又互相连通，便于系统装配、零部件更换以及维修维护；腔室外表面还设有把手，方便提取和搬运，产品应用前景良好；系统额定输出功率可以满足小型燃料电池车等车辆的运行需求。
在本实施例中，可选的，储氢容器室2可以是设置在燃料电池室3的出风一侧，储氢容器室2与燃料电池室3之间的侧壁上可以开设有出风口，引风装置31可以通过出风口将燃料电池室3内电堆产生的热风引入储氢容器室2内，对储氢容器21进行加热，既达到电堆散热的目的，也有利于氢气的释放，使得储氢装置释放的流量更加充足稳定，因此不需要单独设置加热片，提高了氢气利用效率。
在本实施例中，可选的，所述储氢容器21可以为固态储氢甁；所述引风装置31可以包括若干风扇。
参见图1、图3所示，可选的，所述燃料电池室3与出风口相对的侧壁上设置有进风口32；所述储氢容器室2与出风口相对的侧壁上设置有若干排风孔22。
具体的，参见图1和图2，电气室1、储氢容器室2和燃料电池室3可以是由左至右依次设置；空气可以从进风口32进入燃料电池室3，然后经引风装置31引入储氢容器室2，再从排风孔22排出。
可选的，参见图3，排风孔22可以是设置在储氢容器室2的表面未被电气室1覆盖的部分。
参见图3，可选的，所述电气室1的外表面还可以设置有若干散热孔11。
参见图2，可选的，所述储氢容器室2内设置有若干储氢容器21；所述燃料电池室3内设置有风冷电堆33，所述风冷电堆33上设置有氢气进气开关阀34、排气阀35；所述储氢容器21的出气口设置有减压阀36，并通过氢气输送管37与氢气进气开关阀34连接。
具体的，储氢容器21按照实际需求可设置多个；储氢容器21中释放的氢气经过减压阀36降压后再经汇流管路汇聚之后输入到风冷电堆33中。
参见图4，在本实施例中，可选的，所述电气室1内设置有升压DCDC12、降压DCDC13、控制器14和继电器15。
在一些应用场景中，控制器14和继电器15可以控制燃料电池电堆及其它设备持续稳定发出电能；升压DCDC12、降压DCDC13将电能转换成所需规格的电能形式；电气设备统一集成在一个腔室中，便于线束管理。
在本实施例中，可选的，所述氢燃料电池发电系统还包括与控制器电性连接的温度传感器和压力传感器；其中所述温度传感器用于检测风冷电堆33的温度；所述压力传感器设置在氢气进气开关阀34前侧，用于检测氢气压力；以及所述氢气进气开关阀34、排气阀35、引风装置31均与控制器电性连接。
在一些应用场景中，电堆内部集成了温度传感器，监测电堆堆体的温度；氢气进气开关阀34前面设有压力传感器，监测氢气压力；进入电堆的氢气由固态储氢装置提供，氢气进气开关阀34可实现对氢气的通断控制；未参加反应的剩余氢气通过电堆下方的排气阀35排出；压力传感器和温度传感器可采集氢气压力、电堆堆体温度等数据，数据反馈至系统控制器，实现对氢气进气开关阀34、排气阀35等实时控制，还可以实现对引风装置31的实时控制，进而实现对氢气的控制。
在一些应用场景中，风冷电堆的排水情况如下：阳极侧的水通过排气阀35直接排出，阳极排气阀35设置在电堆最低点下方，如图2中所示；阴极侧的水直接通过引风装置31吸出去；一般风冷电堆比较干燥，在高电流密度区间运行较少，不会积水。
参见图5，可选的，所述电气室1的上表面设置有电压表161、功率表162、电量表163、低压电接插件164、电力输出负极165、电力输出正极166、第一按钮开关167、第二按钮开关168。
具体的，在一些应用场景中，电压表161、功率表162、电量表163可实时检测燃料电池系统的发电数据；低压电接插件164、电力输出负极165、电力输出正极166便于随插随用；同时设置有一键启动按钮，分别为第一按钮开关167、第二按钮开关168，分别为启动系统和启动低压电。因此可选的，启动分两步骤操作，既简单易上手，又防止了误操作。电力输出负极165、电力输出正极166是对外提供电源，即给用电设备提供电能，如将所述氢燃料电池发电系统应用于车辆上，从而可以给车辆供电。低压电接插件164是给所述燃料电池系统的内部部件供电。
在本实施例中，可选的，所述箱体100上设置有把手4，方便提取和搬运。
在上述实施例的基础上，本申请的第二方面实施例提供了一种氢燃料电池发电系统的工作方法，包括：将储氢容器室和燃料电池室相邻设置；将燃料电池室内的热风引入储氢容器室，对储氢容器进行加热。
在本实施例中，氢燃料电池发电系统的具体实施结构和工作方式可参见上述，在此不再赘述。
综上所述，本发明的氢燃料电池发电系统体积小、集成度高，而且采用了模块化的设计理念，将电气设备、固态储氢装置、燃料电池电堆集成同一箱体内，形成了一个完整的发电系统；且箱体内三个腔室既结构独立布置，又互相连通，便于系统装配、零部件更换以及维修维护；腔室外表面还设有把手，方便提取和搬运，产品应用前景良好；系统额定输出功率可以满足小型燃料电池车等车辆的运行需求；固态储氢装置放置在燃料电池电堆的出风口的一侧，利用燃料电池电堆反应放出的热量为储氢装置加热，既达到电堆散热的目的，也有利于氢气的释放，使得储氢装置释放的流量更加充足稳定。因此不需要单独设置加热片，提高了氢气利用效率。
本申请中选用的各个器件(未说明具体结构的部件)均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件，其结构和原理都为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知。
在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“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发明中的具体含义。
在本发明的描述中，需要说明的是，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，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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种氢燃料电池发电系统，其特征在于，包括：
箱体(100)，其内部设置有电气室(1)、储氢容器室(2)和燃料电池室(3)；以及
引风装置(31)，设置在箱体内，用于将燃料电池室(3)内的热风引入储氢容器室(2)内加热储氢容器(21)。
2.根据权利要求1所述的氢燃料电池发电系统，其特征在于，
所述储氢容器室(2)和燃料电池室(3)相邻设置；
所述燃料电池室(3)的侧壁上设置有与储氢容器室(2)连通的出风口，且出风口上设置有所述引风装置(31)。
3.根据权利要求1所述的氢燃料电池发电系统，其特征在于，
所述储氢容器(21)为固态储氢甁；
所述引风装置(31)包括若干风扇。
4.根据权利要求1所述的氢燃料电池发电系统，其特征在于，
所述燃料电池室(3)与出风口相对的侧壁上设置有进风口(32)；
所述储氢容器室(2)与出风口相对的侧壁上设置有若干排风孔(22)。
5.根据权利要求1所述的氢燃料电池发电系统，其特征在于，
所述电气室(1)的外表面设置有若干散热孔(11)。
6.根据权利要求1所述的氢燃料电池发电系统，其特征在于，
所述储氢容器室(2)内设置有若干储氢容器(21)；
所述燃料电池室(3)内设置有风冷电堆(33)，所述风冷电堆(33)上设置有氢气进气开关阀(34)、排气阀(35)；
所述储氢容器(21)的出气口设置有减压阀(36)，并通过氢气输送管(37)与氢气进气开关阀(34)连接。
7.根据权利要求7所述的氢燃料电池发电系统，其特征在于，
所述电气室(1)内设置有升压DCDC(12)、降压DCDC(13)、控制器(14)和继电器(15)。
8.根据权利要求8所述的氢燃料电池发电系统，其特征在于，
所述氢燃料电池发电系统还包括与控制器电性连接的温度传感器和压力传感器；其中
所述温度传感器用于检测风冷电堆(33)的温度；
所述压力传感器设置在氢气进气开关阀(34)前侧，用于检测氢气压力；以及
所述氢气进气开关阀(34)、排气阀(35)、引风装置(31)均与控制器电性连接。
9.根据权利要求1所述的氢燃料电池发电系统，其特征在于，
所述电气室(1)的上表面设置有电压表(161)、功率表(162)、电量表(163)、低压电接插件(164)、电力输出负极(165)、电力输出正极(166)、第一按钮开关(167)、第二按钮开关(168)；
所述箱体(100)上设置有把手(4)。
10.一种氢燃料电池发电系统的工作方法，其特征在于，包括：
将储氢容器室和燃料电池室相邻设置；
将燃料电池室内的热风引入储氢容器室，对储氢容器进行加热。
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