CN209418665U - 燃料电池尾排氢气浓度检测装置及燃料电池和新能源汽车 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了燃料电池尾排氢气浓度检测装置及燃料电池和新能源汽车，所述的燃料电池尾排氢气浓度检测装置包括尾排主管路、分支管路、气液分离器和氢气浓度传感器,其中所述的分支管路的入口连接在尾排主管路的上游段，冷凝器壳体上设置尾排气出口管、尾排气入口管和冷凝水出口管，尾排气出口管、尾排气入口管和冷凝水出口管都与空腔连通，分支管路的出口连接气液分离器的尾排气入口管，在气液分离器上安装氢气浓度传感器，它提高氢气浓度传感器的检测准确性和可靠性，使氢气浓度传感器使用环境优化，可以采用市场上普通的氢气浓度传感器，因此大幅降低成本。

Description

燃料电池尾排氢气浓度检测装置及燃料电池和新能源汽车

技术领域：

本实用新型涉及燃料电池尾排氢气浓度检测装置及燃料电池和新能源汽车。

背景技术：

燃料电池系统利用储存在气瓶中的氢气与来自空气的氧气之间发生电化学反应来产生电能，为用电设备提供动力来源。氢气与氧气由燃料电池交换膜隔开，但是不可避免的存在互相渗透的现象；在反应过程中，氢气路会聚集液态水，需要及时的排出，通常会利用吹扫电磁阀将氢气路的水及杂质排出到空气路出口混合以降低氢气浓度，避免发生爆燃。所以，燃料电池系统需要在空气路出口安装氢气浓度传感器，来对出口的氢气浓度进行实时监控和控制。

通常燃料电池运行温度较高，空气路出口气体为高温高湿，在这种使用环境下，需要使用特殊的氢气浓度传感器，一般为加热型氢气浓度传感器，使用成本非常高，而且性能不稳定，造成燃料电池系统维修保养成本高，甚至会影响燃料电池系统的安全性和使用性能。

在专利CN208076472U中，使用了一种文丘里管和防水透气膜来避免氢浓度传感器在高温高湿环境下使用，成本相对较低，但是该装置使尾排管流阻加大，结构复杂，且存在防水透气膜堵塞风险，易造成检测不准的现象。

综上所述，目前的燃料电池尾排需要使用特殊的氢气浓度传感器来在高温高湿工况下检测氢气浓度，流阻大影响检测效果，存在检测可靠性不足等情况；在整车上应用时，需要减少部件装配，提高系统安全性和可靠性。

发明内容：

本实用新型的第一目的是提供燃料电池尾排氢气浓度检测装置及燃料电池和新能源汽车，解决现有技术中燃料电池尾排氢气浓度检测装置存在检测不准确、可靠性低导致燃料电池系统安全性和可靠性低的技术问题。

本实用新型的第二目的是提供燃料电池尾排氢气浓度检测装置及燃料电池和新能源汽车，解决现有技术中燃料电池尾排氢气浓度检测装置存在成本高，维修费贵、结构复杂的技术问题。

本实用新型的目的是通过下述技术方案予以实现的：

燃料电池尾排氢气浓度检测装置，包括尾排主管路、分支管路、气液分离器和氢气浓度传感器,其中所述的分支管路的入口连接在尾排主管路的上游段，所述的气液分离器包括冷凝器壳体，冷凝器壳体内设置空腔，冷凝器壳体上设置尾排气出口管、尾排气入口管和冷凝水出口管，尾排气出口管、尾排气入口管和冷凝水出口管都与空腔连通，分支管路的出口连接气液分离器的尾排气入口管，在气液分离器上安装氢气浓度传感器，利用尾排气出口管直接排出进入分支管路的尾排气，或者尾排气出口管通过一个辅助管路连接到尾排主管路的下游段，将进入分支管路的尾排气重新回送到尾排主管路排出。

上述的所述分支管路内径D2小于尾排主管路的内径D1。

上述所述的气液分离器是自然冷却冷凝器或者是风冷冷凝器或者是液冷冷凝器。

上述所述的冷凝器壳体的顶部设置尾排气出口管，在冷凝器壳体的底部设置有尾排气入口管和冷凝水出口管。

上述在冷凝器壳体壁面上开有探测孔,探测孔与空腔连通，氢气浓度传感器安装在冷凝器壳体上，且氢气浓度传感器的探头部伸入到探测孔里面以感应氢气浓度。

上述探测孔的位置靠近尾排气出口管。

上述在探测孔的周围的冷凝器壳体壁面上设置安装平台，氢气浓度传感器安装在安装平台上。

上述所述的氢气浓度传感器是非加热型氢气浓度传感器。

上述的冷凝器壳体壁面上设置若干散热筋。

一种燃料电池，包括电堆模块、电气控制组件、氢气路系统、冷却回路系统和空气路系统，所述的电堆模块由若干个燃料电池单体由下至上堆叠而成，所述的氢气路系统包括进氢阀门组件、氢气循环泵和吹扫阀；所述的空气路系统包括空气压缩机、空气冷却器、加湿器；在空气路系统的出口安装有燃料电池尾排氢气浓度检测装置，所述的燃料电池尾排氢气浓度检测装置是上述所述的燃料电池尾排氢气浓度检测装置。

一种新能源汽车，包括车辆本体、驱动电机和燃料电池，其中驱动电机和燃料电池安装在车辆本体上，驱动电机为车辆本体提供动力，燃料电池为驱动电机提供电能，其特征在于：所述的燃料电池是上述所述的燃料电池。

本实用新型与现有技术相比，具有如下效果：

1)本实用新型的包括尾排主管路、分支管路、气液分离器和氢气浓度传感器,其中所述的分支管路的入口连接在尾排主管路的上游段，所述的气液分离器包括冷凝器壳体，冷凝器壳体内设置空腔，冷凝器壳体上设置尾排气出口管、尾排气入口管和冷凝水出口管，尾排气出口管、尾排气入口管和冷凝水出口管都与空腔连通，分支管路的出口连接气液分离器的尾排气入口管，在气液分离器上安装氢气浓度传感器，利用尾排气出口管直接排出进入分支管路的尾排气，或者尾排气出口管通过一个辅助管路连接到尾排主管路的下游段，将进入分支管路的尾排气重新回送到尾排主管路排出。利用气液分离器先将进入尾排氢气浓度检测装置的尾排气的进行气液分离，降低尾排气的湿度，同时利用气液分离器对进入尾排氢气浓度检测装置的尾排气进行冷却降温，从而提高氢气浓度检测准确性和可靠性，与此同时，由于本实用新型的燃料电池尾排氢气浓度检测装置先将进入的尾排气进行大幅冷却降温降湿，使氢气浓度传感器使用环境优化，可以采用市场上通用的非加热型氢气浓度传感器，无需专门特制氢气浓度传感器，因此可以大幅降低成本。

2)本实用新型的燃料电池，由于采用的燃料电池尾排氢气浓度检测装置的检测准确性和可靠性高，从而提高燃料电池系统安全性和可靠性，降低成本。

3)本实用新型的其它优点在实施例部分展开详细描述。

附图说明：

图1本实用新型实施例一的结构示意图；

图2是本实用新型实施例一的气液分离器和氢气浓度传感器的安装示意图；

图3是本实用新型实施例一的气液分离器的立体图；

图4是图3的A-A剖视图；

图5是本实用新型实施例二的结构示意图；

图6是本实用新型实施例三的结构示意图；

图7是本实用新型实施例三的电路方框图。

具体实施方式：

下面通过具体实施例并结合附图对本实用新型作进一步详细的描述。

实施例一：

如图1至图4所示，本实施例提供一种燃料电池尾排氢气浓度检测装置，它包括尾排主管路5、分支管路4、气液分离器2和氢气浓度传感器1,其中所述的分支管路4的入口41连接在尾排主管路5的上游段51，所述的气液分离器2包括冷凝器壳体20，冷凝器壳体20内设置空腔2b，冷凝器壳体20上设置尾排气出口管2c、尾排气入口管2d和冷凝水出口管2e，尾排气出口管2c、尾排气入口管2d和冷凝水出口管2e都与空腔2b连通，分支管路4的出口42连接气液分离器2的尾排气入口管2d，在气液分离器2上安装氢气浓度传感器1，尾排气出口管2c通过一个辅助管路3连接到尾排主管路5的下游段52，将进入分支管路4的尾排气重新回送到尾排主管路排出,尾排主管路5的上游段51是尾排气进入段，尾排主管路5的下游段52是尾排气排出段。利用气液分离器2先将进入尾排氢气浓度检测装置的尾排气进行气液分离，降低尾排气的湿度，同时利用气液分离器对进入尾排氢气浓度检测装置的尾排气进行冷却降温，从而提高氢气浓度检测准确性和可靠性，与此同时，由于本实用新型的燃料电池尾排氢气浓度检测装置先将进入的尾排气进行大幅冷却降温降湿，使氢气浓度传感器使用环境优化，可以采用市场上普通的氢气浓度传感器，无需专门特制氢气浓度传感器，因此可以大幅降低成本。

所述分支管路4内径D2小于尾排主管路5的内径D1，利用文丘里效应在管径较小的分支管路4形成负压，管径较大的尾排主管路5里面的尾排气被吸入到分支管路4内。

上述的分支管路4内径D2与辅助管路3的内径D3相同或者不同。

上述所述的气液分离器2是自然冷却冷凝器或者是风冷冷凝器或者是液冷冷凝器，各种冷凝器容易获得，结构简单，成本低。

上述所述的冷凝器壳体20的顶部设置尾排气出口管2c，在冷凝器壳体20的底部设置有尾排气入口管2d和冷凝水出口管2e,利用冷凝水出口管2e排出冷凝器壳体20内的空腔2b收集的水份，结构简单，布局合理，便于检测。

上述在冷凝器壳体20壁面上开有探测孔2f,探测孔2f与空腔2b连通，氢气浓度传感器1安装在冷凝器壳体20上，且氢气浓度传感器1的探头部11伸入到探测孔2f里面以感应氢气浓度,结构简单，安装方便。

上述的探测孔2f的位置靠近尾排气出口管2c,提高检测的准确性、可靠性，因为靠近排气出口管2c的尾排气已经进行大幅冷却降温降湿。

上述在探测孔2f周围的冷凝器壳体壁面上设置安装平台2g，氢气浓度传感器安装在安装平台2g上，安装简单方便。

上述的冷凝器壳体20壁面上设置若干散热筋2a,散热快，冷却效果好。

上述所述的氢气浓度传感器是采用市场上通用的非加热型氢气浓度传感器，有利于降低成本，取材容易方便，维修成本低。

实施例二：

如图5所示，本实施例是对实施例一基础上的改动，改动点是：利用尾排气出口管2c直接排出进入分支管路4的尾排气，删除辅助管路3，结构更简单。

实施例三：

如图6、图7所示，本实施例提供的是燃料电池，包括电堆模块、电气控制组件、氢气路系统、冷却回路系统和空气路系统，所述的电堆模块由若干个燃料电池单体由下至上堆叠而成，所述的氢气路系统包括进氢阀门组件、氢气循环泵和吹扫阀；所述的空气路系统包括空气压缩机、空气冷却器、加湿器；在空气路系统的出口安装有燃料电池尾排氢气浓度检测装置，其特征在于：所述的燃料电池尾排氢气浓度检测装置是实施例一或者实施例二所述的燃料电池尾排氢气浓度检测装置。燃料电池尾排氢气浓度检测装置将检测信号送到燃料电池控制器，燃料电池控制器控制电堆模块的工作。

本实用新型空气路出口气体为高温高湿，利用实施例一、实施例二的气液分离器先将进入尾排氢气浓度检测装置的尾排气的进行气液分离，降低尾排气的湿度，同时利用气液分离器对进入尾排氢气浓度检测装置的尾排气进行冷却降温，从而提高氢气浓度检测准确性和可靠性，使燃料电池系统更安全和使用性能更好。

实施例四：

一种新能源汽车，包括车辆本体、驱动电机和燃料电池，其中驱动电机和燃料电池安装在车辆本体上，驱动电机为车辆本体提供动力，燃料电池为驱动电机提供电能，其特征在于：所述的燃料电池是实施例三所述的燃料电池。提高整车系统安全性和可靠性。

以上实施例为本实用新型的较佳实施方式，但本实用新型的实施方式不限于此，其他任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (11)

1.燃料电池尾排氢气浓度检测装置，其特征在于：它包括尾排主管路、分支管路、气液分离器和氢气浓度传感器,其中所述的分支管路的入口连接在尾排主管路的上游段，所述的气液分离器包括冷凝器壳体，冷凝器壳体内设置空腔，冷凝器壳体上设置尾排气出口管、尾排气入口管和冷凝水出口管，尾排气出口管、尾排气入口管和冷凝水出口管都与空腔连通，分支管路的出口连接气液分离器的尾排气入口管，在气液分离器上安装氢气浓度传感器，利用尾排气出口管直接排出进入分支管路的尾排气，或者尾排气出口管通过一个辅助管路连接到尾排主管路的下游段，将进入分支管路的尾排气重新回送到尾排主管路排出。

2.根据权利要求1所述的燃料电池尾排氢气浓度检测装置，其特征在于：所述分支管路内径D2小于尾排主管路的内径D1。

3.根据权利要求1或2所述的燃料电池尾排氢气浓度检测装置，其特征在于：所述的气液分离器是自然冷却冷凝器或者是风冷冷凝器或者是液冷冷凝器。

4.根据权利要求3所述的燃料电池尾排氢气浓度检测装置，其特征在于：所述的冷凝器壳体的顶部设置尾排气出口管，在冷凝器壳体的底部设置有尾排气入口管和冷凝水出口管。

5.根据权利要求4所述的燃料电池尾排氢气浓度检测装置，其特征在于：在冷凝器壳体壁面上开有探测孔,探测孔与空腔连通，氢气浓度传感器安装在冷凝器壳体上，且氢气浓度传感器的探头部伸入到探测孔里面以感应氢气浓度。

6.根据权利要求5所述的燃料电池尾排氢气浓度检测装置，其特征在于：探测孔的位置靠近尾排气出口管。

7.根据权利要求6所述的燃料电池尾排氢气浓度检测装置，其特征在于：在探测孔的周围的冷凝器壳体壁面上设置安装平台，氢气浓度传感器安装在安装平台上。

8.根据权利要求7所述的燃料电池尾排氢气浓度检测装置，其特征在于：所述的氢气浓度传感器是非加热型氢气浓度传感器。

9.根据权利要求6所述的燃料电池尾排氢气浓度检测装置，其特征在于：冷凝器壳体壁面上设置若干散热筋。

10.一种燃料电池，包括电堆模块、电气控制组件、氢气路系统、冷却回路系统和空气路系统，所述的电堆模块由若干个燃料电池单体由下至上堆叠而成，所述的氢气路系统包括进氢阀门组件、氢气循环泵和吹扫阀；所述的空气路系统包括空气压缩机、空气冷却器、加湿器；在空气路系统的出口安装有燃料电池尾排氢气浓度检测装置，其特征在于：所述的燃料电池尾排氢气浓度检测装置是权利要求1至8任何一项所述的燃料电池尾排氢气浓度检测装置。

11.一种新能源汽车，包括车辆本体、驱动电机和燃料电池，其中驱动电机和燃料电池安装在车辆本体上，驱动电机为车辆本体提供动力，燃料电池为驱动电机提供电能，其特征在于：所述的燃料电池是权利要求10所述的燃料电池。