CN210092227U - 燃料电池汽车余热发电系统、燃料电池汽车 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种燃料电池汽车余热发电系统、燃料电池汽车。所述系统包括温差发电模块、DC-DC电源模块、燃料电池堆、燃料电池散热系统。本实用新型利用燃料电池余热进行二次发电,可有效提高综合发电效率,且温差发电具有结构简单,设计精巧,且无需维护,无运动部件,无介质泄漏,体积小、重量轻、移动方便、使用寿命长,环境友好等显著优点。因此,本实用新型具有极好的应用前景。
Description
技术领域
本实用新型属于燃料电池应用技术领域,特别是涉及燃料电池汽车余热发电系统、燃料电池汽车。
背景技术
燃料电池能将存储在燃料中的化学能通过电化学反应直接转换成电能,不受卡诺循环的限制,通常转换效率在50%以上,被认为是 21世纪首选的发电技术。燃料电池工作时会产生与发电量相当的余热废热,若能将此部分热量再利用于发电,则可进一步提高发电效率和燃料利用率。燃料电池工作温度大约在65℃左右,属于低品位余热,而且燃料电池汽车没有热水需求,加之空间极其紧张,因此可采用低温半导体温差发电作为余热利用技术。半导体温差发电热电材料能将热能直接转换成电能,具有结构简单,无需维护,无运动部件,无介质泄漏,体积小、重量轻、移动方便、使用寿命长,环境友好等显著优点。尽管目前由热电材料制成的温差发电装置的转换效率仍比较低,但其在余热废热发电和移动分散式热源利用等方面有难以替代的优势,尤其在内燃机汽车尾气废热回收中得到高度关注。随着热电材料的发展,具有更高优值的温差半导体材料将逐渐出现,因此利用温差发电对燃料电池汽车的低品位余热进行二次发电,可以有效的提高能量的利用率。
现有技术中,将燃料电池与温差发电两者结合利用的技术多采用高温燃料电池(如固体氧化物燃料电池SOFC),而低温燃料电池较少;低温燃料电池(如质子交换膜燃料电池PEMFC)耦合温差发电技术在燃料电池有轨电车上已有应用,而在燃料电池汽车上尚无相关技术。
如果能提供一种充分利用汽车的燃料电池工作余热的技术方案,将是十分有意义的。
实用新型内容
为解决上述问题,本实用新型提供了燃料电池汽车余热发电系统,包括温差发电模块、DC-DC电源模块、燃料电池堆、燃料电池散热系统,氢气供应系统,空气供应系统;燃料电池散热系统包括散热器和冷却循环水泵;温差发电模块包括热面、冷面、设置在冷面与热面之间的温差发电片阵列、与热面固定在一起的热端水箱、与冷面固定在一起的冷端散热片,所述温差发电片阵列设置有输出电极,所述热端水箱设置有入口和出口。
燃料电池堆有冷却液出口、冷却液入口、空气入口、空气出口、氢气入口、氢气出口。
散热器设置有冷却液入口、冷却液出口。
各部分的连接关系为:
燃料电池堆的冷却液入口连接冷却循环水泵的出口,燃料电池堆的冷却液出口连接温差发电模块的热端水箱入口;氢气入口、氢气出口连接氢气供应系统;空气入口、空气出口连接空气供应系统。
散热器的冷却液入口连接热端水箱出口,散热器的冷却液出口连接冷却循环水泵入口。
温差发电模块的输出电极与DC-DC电源模块连接。
进一步的,温差发电片阵列的温差发电片为半导体温差发电片。
进一步的,DC-DC电源模块输出端连接储能电池和/或用电设备。
进一步的,利用CAN总线控制DC-DC电源模块输出不同电压等级。
进一步的,热端水箱通过导热硅胶固定在热面上,和/或冷端散热片通过导热硅胶固定在冷面上。
进一步的,冷端散热片垂直于冷面设置。
一种燃料电池汽车,包含上述的燃料电池汽车余热发电系统。冷端散热片置于车外,如设置于车顶。
本实用新型的有益效果为:
本实用新型设计了一种新型的余热温差发电技术方案,能较好的适用于燃料电池电池中,能较好的利用电池余热进行发电。
本实用新型结构简单,设计精巧,且无需维护,无运动部件,无介质泄漏,体积小、重量轻、移动方便、使用寿命长,环境友好等显著优点。因此,本实用新型具有极好的应用前景。
附图说明
图1为燃料电池汽车余热发电系统结构示意图。
图2为温差发电模块结构示意图。
图3为温差发电片阵列示意图。
图中:1:温差发电模块;2:燃料电池堆;3:氢气供应系统;4:空气供应系统;5:冷却循环水泵;6:散热器;7:用电设备;8:储能电池;9:DC-DC电源模块,11.热端水箱,12.冷端散热片,13. 温差发电片阵列。
具体实施方式
本实用新型提供了燃料电池汽车余热发电系统、燃料电池汽车。
如图1所示,所述系统包括温差发电模块1、DC-DC电源模块9、燃料电池堆2、燃料电池散热系统。燃料电池散热系统包括散热器6 和冷却冷却循环水泵5。应当理解,当本系统应用于燃料电池汽车时,燃料电池堆2就是汽车所使用的电池。
如图2所示,温差发电模块1包括热面、冷面、设置在冷漠与热面之间的温差发电片阵列13、与热面固定在一起的热端水箱11、与冷面固定在一起的冷端散热片12,所述温差发电片阵列13设置有输出电极,所述热端水箱11设置有入口和出口。
燃料电池堆2有冷却液出口、冷却液入口、空气入口、空气出口、氢气入口、氢气出口。
散热器6设置有冷却液入口、冷却液出口。
系统各部分的连接关系为:
燃料电池堆2的冷却液入口连接冷却循环水泵5的出口,燃料电池堆2的冷却液出口连接温差发电模块1的热端水箱11入口。氢气入口、氢气出口连接外部的氢气供应系统3;空气入口、空气出口连接外部的空气供应系统4。
散热器6的冷却液入口连接热端水箱11出口,散热器6的冷却液出口连接冷却循环水泵5入口。
温差发电模块1的输出电极与DC-DC电源模块9连接。
上述连接关系中,温差发电模块1与散热系统串接,结构简单,且不影响燃料电池温度控制。
优选的,冷端散热片12垂直于冷面设置。原因是因为本实用新型尤其适用于汽车,温差发电模块1冷面置于车顶部裸露在环境中,车辆行驶时可增强散热效果,维持温差发电片阵列13冷热两面的较大温差。
优选的,热端水箱11通过导热硅胶固定在热面上,和/或冷端散热片12通过导热硅胶固定在冷面上。导热硅胶是高端的导热化合物,不会固体化、不会导电的特性,可以避免诸如电路短路等风险。
进一步的,DC-DC电源模块9输出端连接储能电池8和/或用电设备7。需要说明的是,储能电池8并非一定是本系统固有的部分,其可以属于或者不属于本系统的一部分,均在本实用新型的保护范围之内。储能电池8能将所发电能进行存储。用电设备7则能直接使用所发电能。
优选的,利用CAN总线控制DC-DC电源模块9输出不同电压等级(如12V,24V,48V等)和电流值。
如图3所示为温差发电片阵列13的详细视图。从图中可以看出,本实施例使用的是半导体温差发电片。每一行或每一列中,N型半导体与P型半导体交替设置,同一行中的半导体进行串联,各行半导体再进行串联,两端的半导体上固定有输出电极,也可根据实际情况选择其他串并联形式。本实用新型采用半导体温差发电技术回收废热,半导体温差发电热电材料能将热能直接转换成电能,具有结构简单,无需维护,无运动部件,无介质泄漏,体积小、重量轻、移动方便、使用寿命长,环境友好等显著优点。温差发电冷热面温差越大效率越高。温差发电片利用半导体热电材质制成,设置有电能输出端。输出的电能进行转化后能进行存储或者使用。
上述燃料电池中冷装置的工作方流程为:
步骤一:燃料电池堆2、冷却循环水泵5工作;冷却循环水泵5 向燃料电池堆2输出冷却液。
步骤二:冷却液流经燃料电池堆2,吸收燃料电池的热量,冷却液温度升高。
步骤三:升温后的冷却液输入到热端水箱11,热量传递给温差发电片阵列13。
步骤四:温差发电片阵列13冷热两端产生温差,温差发电片阵列13输出电能给DC-DC电源模块9。
还包括DC-DC电源模块9输出电能给储能电池8和/或用电设备 7的步骤。
本实用新型还公开一种燃料电池汽车,包含上述燃料电池汽车余热发电系统,燃料电池堆2是汽车固有的电池,冷端散热片12优选置于车外,如设置于车顶,以最大可能的增加温差,提高发电效率。
Claims (8)
1.燃料电池汽车余热发电系统,包括温差发电模块、DC-DC电源模块、燃料电池堆、燃料电池散热系统,氢气供应系统,空气供应系统;燃料电池散热系统包括散热器和冷却循环水泵;温差发电模块包括热面、冷面、设置在冷漠与热面之间的温差发电片阵列、与热面固定在一起的热端水箱、与冷面固定在一起的冷端散热片,所述温差发电片阵列设置有输出电极,所述热端水箱设置有入口和出口;其中,
燃料电池堆有冷却液出口、冷却液入口、空气入口、空气出口、氢气入口、氢气出口;
散热器设置有冷却液入口、冷却液出口;
各部分的连接关系为:
燃料电池堆的冷却液入口连接冷却循环水泵的出口,燃料电池堆的冷却液出口连接温差发电模块的热端水箱入口;氢气入口、氢气出口连接外部的氢气供应系统;空气入口、空气出口连接外部的空气供应系统;
散热器的冷却液入口连接热端水箱出口,散热器的冷却液出口连接冷却循环水泵入口;
温差发电模块的输出电极与DC-DC电源模块连接。
2.如权利要求1所述燃料电池汽车余热发电系统,其特征在于,温差发电片阵列的温差发电片为半导体温差发电片。
3.如权利要求1所述的燃料电池汽车余热发电系统,其特征在于,DC-DC电源模块输出端连接储能电池和/或用电设备。
4.如权利要求1所述的燃料电池汽车余热发电系统,其特征在于,利用CAN总线控制DC-DC电源模块。
5.如权利要求1所述的燃料电池汽车余热发电系统,其特征在于,热端水箱通过导热硅胶固定在热面上,和/或冷端散热片通过导热硅胶固定在冷面上。
6.如权利要求1所述的燃料电池汽车余热发电系统,其特征在于,冷端散热片垂直于冷面设置。
7.一种燃料电池汽车,其特征在于,包含有如权利要求1 ̄6任一项所述的燃料电池汽车余热发电系统。
8.如权利要求7所述的燃料电池汽车,其特征在于,冷端散热片置于车外。
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CN201921418777.4U CN210092227U (zh) | 2019-08-28 | 2019-08-28 | 燃料电池汽车余热发电系统、燃料电池汽车 |
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CN110459782A (zh) * | 2019-08-28 | 2019-11-15 | 四川荣创新能动力系统有限公司 | 燃料电池汽车余热发电系统及其工作方法、燃料电池汽车 |
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CN110459782A (zh) * | 2019-08-28 | 2019-11-15 | 四川荣创新能动力系统有限公司 | 燃料电池汽车余热发电系统及其工作方法、燃料电池汽车 |
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