CN207353388U - 一种空铁驱动用的氢燃料电池包 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种空铁驱动用的氢燃料电池包，包括支架，所述支架的底端为置物腔，置物腔上设置若干层容纳腔，每层容纳腔内均设置两个氢燃料电池组、电控箱，每层容纳腔内的电控箱均与同层的两个氢燃料电池组的输出端连接；所述置物腔内设置散热器、蓄水装置、高压储气罐，所述散热器的散热板紧贴置物腔顶面，所述蓄水装置与氢燃料电池组的排水端相连，所述高压储气罐与氢燃料电池组的氢气入口端相连。本实用新型的目的在于提供一种空铁驱动用的氢燃料电池包，以解决现有技术中空铁长途运行过程中需要频繁更换电池包的问题，实现为空铁持续稳定的提供动力供给的目的。

Description

一种空铁驱动用的氢燃料电池包

技术领域

本实用新型涉及空铁驱动领域，具体涉及一种空铁驱动用的氢燃料电池包。

背景技术

空铁，即悬挂式空中单轨交通系统，与地铁和有轨电车不同，空铁的轨道在上方，是悬挂在空中轨道上运行的一种轨道交通。空铁是一种新型新能源公共交通，集城市快速公交(BRT)与地铁的优点于一身，具有缓解交通拥堵、载客效率高、成本低、建设周期短、不占用停车场、节能环保等众多优点。人类对新能源的广泛运用，导致了二次电池市场的急速扩大。当前新能源体系中对二次电池的要求无处不在。无论是电动汽车，风能，太阳能并网还是电网调峰，都急需一种廉价，可靠，安全和寿命长的二次电池。目前所发展的二次电池主要集中在锂离子电池，高温钠硫电池，钠镍氯电池和钒液流电池。这些电池都具有各自的优点，比如锂离子电池和高温钠硫电池寿命长以及能量密度高，钒液流电池更是理论上具备无限的寿命等。但无论哪种电池，都无法同时满足廉价，可靠，安全和寿命长的要求。传统的锂离子电池过于昂贵，且有安全隐患；高温钠硫电池制造技术门槛高，售价昂贵；钒液流电池多项技术瓶颈目前都未能获得突破等。

特别是对于空铁而言，动力蓄电池包需要安装在轨道箱梁内，由于空间限制、加上单体蓄电池的性能有限，一个现有的电池包的电量只能运行100公里左右，远远不能满足长距离运行的要求，极大的限制了空铁技术的大规模推广。针对上述问题，现有技术只能够采用频繁更换电池包的方法，但是每天更换3-4次电池包不仅流程复杂，还要配置专门的充电站，成本居高，严重影响运行效率和成本。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种空铁驱动用的氢燃料电池包，以解决现有技术中空铁长途运行过程中需要频繁更换电池包的问题，实现为空铁持续稳定的提供动力供给的目的。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种空铁驱动用的氢燃料电池包，包括支架，所述支架的底端为置物腔，置物腔上设置若干层容纳腔，每层容纳腔内均设置两个氢燃料电池组、一个电控箱，每层容纳腔内的电控箱均与同层的两个氢燃料电池组的输出端连接；所述置物腔内设置散热器、蓄水装置、高压储气罐，所述散热器的散热板紧贴置物腔顶面，所述蓄水装置与氢燃料电池组的排水端相连，所述高压储气罐与氢燃料电池组的氢气入口端相连。

针对现有技术中空铁长途运行过程中需要频繁更换电池包的问题，本实用新型提出一种空铁驱动用的氢燃料电池包，包括支架，支架中包括了位于下方的置物腔、以及位于置物腔上方的若干层容纳腔，容纳腔用于容纳氢燃料电池组和电控箱，每层的容纳腔内均设置有两个氢燃料电池组，因此每层容纳腔中的电控箱都与同层的两个氢燃料电池组的输出端相连，通过电控箱对氢燃料电池组的运行情况进行监测，同时便于汇总电流统一输出。置物腔内部设置有散热器、蓄水装置、高压储气罐。其中，散热器用于提高氢燃料电池组的散热性能，因此使得散热器的散热板紧贴在置物腔顶面，使其能够更加快速的对氢燃料电池组所产生的热量进行吸收与散热，从而有效提高热耦合效率。蓄水装置用于收集氢燃料电池组工作过程中电化学反应所产生的水，避免四处流动影响设备正常运行。还包括高压储气罐，用于储存氢气，为氢燃料电池组提供稳定的原料供给。本实用新型通过氢燃料电池组作为空铁长途运行过程中的电力供给设备，氢燃料电池发电所需的原料为氢气和氧气，氢气由高压储气罐进行储存供给，氧气由空铁运行过程中流动的空气自然供给即可，从而在空铁运行过程中，能够持续不断的产生电能，为空铁持续的提供动力供给，不需要建设高压电、变电站、充电站等额外基础设备，减少大量建设和备用锂电池成本。在有高压电地区能够节省建设成本，而在较为落后的没有高压电的野外等，也能够提供足够的动力，使得大规模、远距离建设空铁成为可能，从而解决了现有技术中使用蓄电池作为空铁动力源、在长途运行过程中需要频繁更换电池包的问题，配合电控箱、散热器、蓄水装置，使得本实用新型工作过程中整体稳定、无流体外漏，能够为空铁持续稳定的提供动力供给。

优选的，所述置物腔内还设置有承重轮。通过承重轮提高支架的整体承载能力，增大对支架内部各种设备支撑强度，同时便于搬运移动。

优选的，所述散热器的数量≥2，散热器的散热板为铝质散热板。确保本实用新型优良的散热能力。

优选的，所述容纳腔内部底面固定有凸起的架体，所述氢燃料电池组固定在架体上。使得氢燃料电池组位于架体上，极大的增强热量散溢的速率，提高散热能力。

优选的，所述电控箱的侧壁设置百叶窗。通过百叶窗提高电控箱的散热效率、同时避免灰尘等杂物进入。

优选的，所述容纳腔的数量为两层，所述氢燃料电池组由128个氢燃料电池单体组成。本方案中一共有四个氢燃料电池组，每个氢燃料电池组由128个氢燃料电池单体组成，其中氢燃料电池单体必然串联才能累加电量，作为本领域技术人员均能实现在此不做赘述。因此本方案最多可以有512个氢燃料电池单体同时发电，能够供给车载20度左右的高功率锂离子电池牵引空铁使用，并且能够满足各种加速、爬坡等工况。

优选的，所述氢燃料电池单体包括壳体、位于壳体内的电池本体，所述壳体上设置氢气入口、空气入口，所述电池本体位于氢气入口和空气入口之间，所述电池本体包括依次设置的阴极、氢气催化层、氢离子扩散腔、质子交换膜、反应腔、阳极，所述阴极与氢气入口相连通，所述阳极与空气入口相连通，所述壳体内还设置有均压腔，所述均压腔位于氢气入口与阴极之间，所述均压腔的进气端与氢气入口直接连通，所述均压腔的出气端通过供氢通道与阴极相连通。本方案中的氢燃料电池单体通过氢气入口向阴极上供入氢气，阴极上的氢气在氢气催化层的催化作用下发生氧化反应被解离成带正电的氢离子和电子，其中，产生的电子在电势的作用下经外电路流向阴极形成电流，氢离子则穿过氢离子扩散腔、经质子交换膜到达贴近阳极的反应腔处、向着阳极方向进行扩散，阳极与空气入口相连，因此空气中的氧气会附着在阳极上，氧气在阳极上被拆分成带负电的氧离子和电子，电子在电极板之间形成电流，从而实现能够持续供电的氢燃料电池。通过均压腔使得从氢气入口进入的氢气气压快速的与电池本体内部相平衡，确保反应自然流畅的进行。从均压腔出来的氢气经过供氢通道后再与阴极接触，进一步确保氢气气流的平稳供给。

优选的，所述均压腔包括若干层并排的格栅板，相邻两层格栅板之间的距离为3～5mm，相邻两层格栅板之间的孔洞交错排布。处于高压状态下的氢气具有非常大的流速，直接与阴极接触会导致利用率十分低下、同时非常容易对电池本体内部结构造成冲蚀损伤，而本方案中氢气进入均压腔后需要通过多层格栅板才能够接触到阴极部分，由于相邻两层格栅板之间的孔洞交错排布，因此对进入电池本体的氢气进行产生极大的摩阻与动能损耗，使得氢气得到充分的压降后才能够与阴极接触，使得氢气在均压腔内能够充分的进行压力平衡，确保氢气的充分利用与反应。相邻两层格栅板之间的距离为3～5mm，能够避免距离过近氢气受阻过分严重流动滞塞、也能够避免距离过大降压均压效果不足，具有最佳的使用效果。

优选的，所述反应腔底部设置排水通道，所有排水通道均连通至所述蓄水装置。两个氢离子和一个氧离子在反应腔上发生还原反应生成水，生成的水冷凝后进入排水通道，最终流至蓄水装置中，便于统一排出或回收利用。

优选的，还包括氢气回收管，所述氢气回收管的一端与阴极底端相连、另一端与氢气入口相连。将阴极处多余的氢气进行收集，使其通过氢气回收管进入氢气入口，从而实现多余氢气的回收利用，降低能源消耗，节约成本。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本实用新型一种空铁驱动用的氢燃料电池包，通过氢燃料电池组作为空铁长途运行过程中的电力供给设备，在空铁运行过程中，能够持续不断的产生电能，为空铁持续的提供动力供给，不需要建设高压电、变电站、充电站等额外基础设备，减少大量建设和备用锂电池成本。

2、本实用新型一种空铁驱动用的氢燃料电池包，在较为落后的没有高压电的野外等，也能够提供足够的动力，使得大规模、远距离建设空铁成为可能，从而解决了现有技术中使用蓄电池作为空铁动力源、在长途运行过程中需要频繁更换电池包的问题，配合电控箱、散热器、蓄水装置，使得本实用新型工作过程中整体稳定、无流体外漏，能够为空铁持续稳定的提供动力供给。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本实用新型具体实施例的结构示意图；

图2为本实用新型具体实施例中氢燃料电池单体的结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-支架，2-容纳腔，3-置物腔，4-氢燃料电池组，5-电控箱，6-散热器，7-蓄水装置，8-高压储气罐，9-承重轮，10-架体，11-百叶窗，12-壳体，13-氢气入口，14-空气入口，15-阴极，16-氢气催化层，17-氢离子扩散腔，18-质子交换膜，19-反应腔，20-阳极，21-均压腔，22-供氢通道，23-排水通道，24-氢气回收管。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例1：

如图1所示的一种空铁驱动用的氢燃料电池包，包括支架1，所述支架1的底端为置物腔3，置物腔3上设置若干层容纳腔2，每层容纳腔2内均设置两个氢燃料电池组4、一个电控箱5，每层容纳腔2内的电控箱5均与同层的两个氢燃料电池组4的输出端连接；所述置物腔3内设置散热器6、蓄水装置7、高压储气罐8，所述散热器6的散热板紧贴置物腔3顶面，所述蓄水装置7与氢燃料电池组4的排水端相连，所述高压储气罐8与氢燃料电池组4的氢气入口端相连。

实施例2：

如图1所示的一种空铁驱动用的氢燃料电池包，在实施例1的基础上，所述置物腔3内还设置有承重轮9。所述散热器6的数量≥2，散热器6的散热板为铝质散热板。所述容纳腔2内部底面固定有凸起的架体10，所述氢燃料电池组4固定在架体10上。所述电控箱5的侧壁设置百叶窗11。

实施例3：

如图1与图2所示的一种空铁驱动用的氢燃料电池包，在上述任一实施例的基础上，所述容纳腔2的数量为两层，所述氢燃料电池组4由128个氢燃料电池单体组成。所述氢燃料电池单体包括壳体12、位于壳体12内的电池本体，所述壳体上设置氢气入口13、空气入口14，所述电池本体位于氢气入口13和空气入口14之间，所述电池本体包括依次设置的阴极15、氢气催化层16、氢离子扩散腔17、质子交换膜18、反应腔19、阳极20，所述阴极15与氢气入口13相连通，所述阳极20与空气入口14相连通。所述壳体12内还设置有均压腔21，所述均压腔21位于氢气入口13与阴极15之间，所述均压腔21的进气端与氢气入口13直接连通，所述均压腔21的出气端通过供氢通道22与阴极15相连通。所述均压腔3包括若干层并排的格栅板，相邻两层格栅板之间的距离为4mm，相邻两层格栅板之间的孔洞交错排布。所述反应腔19底部设置排水通道23，所有排水通道23均连通至所述蓄水装置7。还包括氢气回收管24，所述氢气回收管24的一端与阴极15底端相连、另一端与氢气入口13相连。本实施例中的质子交换膜18为全氟磺酸膜，氢气催化层16为铂质金属片。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种空铁驱动用的氢燃料电池包，包括支架(1)，其特征在于，所述支架(1)的底端为置物腔(3)，置物腔(3)上设置若干层容纳腔(2)，每层容纳腔(2)内均设置两个氢燃料电池组(4)、一个电控箱(5)，每层容纳腔(2)内的电控箱(5)均与同层的两个氢燃料电池组(4)的输出端连接；所述置物腔(3)内设置散热器(6)、蓄水装置(7)、高压储气罐(8)，所述散热器(6)的散热板紧贴置物腔(3)顶面，所述蓄水装置(7)与氢燃料电池组(4)的排水端相连，所述高压储气罐(8)与氢燃料电池组(4)的氢气入口端相连。

2.根据权利要求1所述的一种空铁驱动用的氢燃料电池包，其特征在于，所述置物腔(3)内还设置有承重轮(9)。

3.根据权利要求1所述的一种空铁驱动用的氢燃料电池包，其特征在于，所述散热器(6)的数量≥2，散热器(6)的散热板为铝质散热板。

4.根据权利要求1所述的一种空铁驱动用的氢燃料电池包，其特征在于，所述容纳腔(2)内部底面固定有凸起的架体(10)，所述氢燃料电池组(4)固定在架体(10)上。

5.根据权利要求1所述的一种空铁驱动用的氢燃料电池包，其特征在于，所述电控箱(5)的侧壁设置百叶窗(11)。

6.根据权利要求1所述的一种空铁驱动用的氢燃料电池包，其特征在于，所述容纳腔(2)的数量为两层，所述氢燃料电池组(4)由128个氢燃料电池单体组成。

7.根据权利要求6所述的一种空铁驱动用的氢燃料电池包，其特征在于，所述氢燃料电池单体包括壳体(12)、位于壳体(12)内的电池本体，所述壳体上设置氢气入口(13)、空气入口(14)，所述电池本体位于氢气入口(13)和空气入口(14)之间，所述电池本体包括依次设置的阴极(15)、氢气催化层(16)、氢离子扩散腔(17)、质子交换膜(18)、反应腔(19)、阳极(20)，所述阴极(15)与氢气入口(13)相连通，所述阳极(20)与空气入口(14)相连通；所述壳体(12)内还设置有均压腔(21)，所述均压腔(21)位于氢气入口(13)与阴极(15)之间，所述均压腔(21)的进气端与氢气入口(13)直接连通，所述均压腔(21)的出气端通过供氢通道(22)与阴极(15)相连通。

8.根据权利要求7所述的一种空铁驱动用的氢燃料电池包，其特征在于，所述均压腔(21)包括若干层并排的格栅板，相邻两层格栅板之间的距离为3～5mm，相邻两层格栅板之间的孔洞交错排布。

9.根据权利要求7所述的一种空铁驱动用的氢燃料电池包，其特征在于，所述反应腔(19)底部设置排水通道(23)，所有排水通道(23)均连通至所述蓄水装置(7)。

10.根据权利要求7所述的一种空铁驱动用的氢燃料电池包，其特征在于，还包括氢气回收管(24)，所述氢气回收管(24)的一端与阴极(15)底端相连、另一端与氢气入口(13) 相连。