CN210640316U - 一种风冷氢燃料电池系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种风冷氢燃料电池系统，该风冷氢燃料电池系统，包括散热模块、氢燃料电堆、直流变压稳压器、供氢模块以及系统电源输出端，所述散热模块设于氢燃料电堆的一侧，所述供氢模块与氢燃料电堆的阴极端连通，所述直流变压稳压器与氢燃料电堆的输出端电连接。本实用新型的一种风冷氢燃料电池系统，解决了氢燃料电池易因过热而产生结构性的不可逆损坏的问题。

Description

一种风冷氢燃料电池系统

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种风冷氢燃料电池系统。

背景技术

燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器，它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此效率高；另外，燃料电池用燃料和氧气作为原料，没有机械传动部件，没有噪声污染，排放出的有害气体极少。由此可见，从节约能源和保护生态环境的角度来看，燃料电池是最有发展前途的发电技术。

现有的燃料电池以氢燃料电池的应用最为广泛，氢燃料电池是将氢气作为燃料，氢气与氧气产生化学能；但由于氢气与氧气发生化学反应会产生大量的热量，由于缺乏散热模块，故现有的氢燃料电池易因过热而产生结构性的不可逆损坏。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本实用新型的目的在于提供一种风冷氢燃料电池系统，解决了氢燃料电池易因过热而产生结构性的不可逆损坏的问题。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种风冷氢燃料电池系统，包括散热模块、氢燃料电堆、直流变压稳压器、供氢模块以及系统电源输出端，所述散热模块设于氢燃料电堆的一侧，所述供氢模块与氢燃料电堆的阴极端连通，所述直流变压稳压器与氢燃料电堆的输出端电连接；

所述散热模块用于将外部的冷空气与氢燃料电堆产生的热气体进行置换；

所述供氢模块4用于为氢燃料电堆输送氢气；

所述氢燃料电堆用于将氢气转化为电能，并把电能输出至直流变压稳压器；

所述直流变压稳压器用于对氢燃料电堆输出的进行稳压。

其中，所述风冷燃料电池系统还包括启动电源，所述启动电源电连接于直流变压稳压器以及系统电源输出端之间。

其中，所述启动电源为锂电池、干电池、铅蓄电池中的一种或几种。

其中，所述风冷燃料电池系统还包括用于为请燃料电堆置换氢气的冲刷阀，所述冲刷阀与供氢模块的阳极端连通。

其中，所述散热模块为散热风扇或水冷散热器。

其中，所述供氢模块还设有漏氢检测装置以及报警装置，所述漏氢检测装置用于检测供氢模块是否漏氢，所述漏氢检测装置与报警装置电连接。

其中，所述风冷氢燃料电池系统还包括温度检测装置以及控制板，所述温度检测装置用于检测氢燃料电堆的温度高低，所述氢燃料电堆、散热模块以及温度检测装置分别与控制板电连接。

本实用新型的有益效果：

解决了氢燃料电池易因过热而产生结构性的不可逆损坏的问题：本实用新型的一种风冷氢燃料电池系统，通过设置供氢模块对氢燃料电堆提供燃料，由散热模块对氢燃料电堆提供反应所需的氧气的同时，还能对氢燃料电堆降温，解决了氢燃料电池易因过热而产生结构性的不可逆损坏的问题。

附图说明

利用附图对本实用新型作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本实用新型的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1为本实用新型的结构示意图。

附图标记

散热模块--1，氢燃料电堆--2，直流变压稳压器--3，供氢模块--4，系统电源输出端--5，启动电源--6，冲刷阀--7。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

需要说明的是，本说明书附图所绘示的结构，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰或调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

如图1所示，一种风冷氢燃料电池系统，包括散热模块1、氢燃料电堆2、直流变压稳压器3、供氢模块4以及系统电源输出端5，所述散热模块1设于氢燃料电堆2的一侧，所述供氢模块4与氢燃料电堆2的阴极端连通，所述直流变压稳压器3与氢燃料电堆2的输出端电连接；

所述散热模块1用于将外部的冷空气与氢燃料电堆2产生的热气体进行置换；

所述供氢模块4用于为氢燃料电堆2输送氢气；

所述氢燃料电堆2用于将氢气转化为电能，并把电能输出至直流变压稳压器3；

所述直流变压稳压器3用于对氢燃料电堆2输出的进行稳压。

具体的，所述风冷燃料电池系统还包括启动电源6，所述启动电源6电连接于直流变压稳压器3以及系统电源输出端5之间，所述启动电源6为锂电池、干电池、铅蓄电池中的一种或几种，优选为锂电池。由于在某些情况下氢燃料电堆2的负荷波动较大时，启动电源6可以对系统起到缓冲作用。

具体的，所述供氢模块4还设有漏氢检测装置(图中未示出)以及报警装置(图中未示出)，所述漏氢检测装置用于检测供氢模块4是否漏氢，所述漏氢检测装置与报警装置电连接；所述风冷氢燃料电池系统还包括温度检测装置(图中未示出)以及控制板(图中未示出)，所述温度检测装置用于检测氢燃料电堆2的温度高低，所述氢燃料电堆2、散热模块1以及温度检测装置分别与控制板电连接。在本实施例中，漏氢检测装置优选为氢气传感器，报警装置优选为蜂鸣器，通过氢气传感器检测氢气浓度以检测系统是否漏氢以及蜂鸣器进行报警均为现有技术，在此不再赘述。

具体的，可以根据氢燃料电堆2的散热量，选择不同的散热方式，优选的，散热模块1为散热风扇或水冷散热器。

具体的，所述风冷燃料电池系统还包括用于为请燃料电堆置换氢气的冲刷阀7，所述冲刷阀7与供氢模块4的阳极端连通。

本实施例的一种风冷氢燃料电池系统，在系统启动前，首先检测系统自身状态是否处于可启动的条件范围内，主要是：温度检测装置检测系统所处环境温度，控制板对启动电源6的电压、电量等因素进行检测，如果都符合要求，则控制板允许系统启动，控制供氢模块4对氢燃料电堆2进行供氢；否则进行报警提示。

系统启动后，漏氢检测装置开启，氢燃料电堆2的阴极端(电磁阀)打开，往氢燃料电堆2注入氢气；另外，为保护氢燃料电堆2，需要在电堆运行之前，用氢气对氢燃料电堆2的阳极端的空气进行置换，冲刷阀7开启，氢气置换空气。

随后，散热模块1启动，维持系统的温度在一定的温度，以及提供氢燃料电堆2反应所需的氧气；另外，由温度检测装置还可以根据电堆的温度以及由控制板根据功率输出大小，控制散热模块1的开启功率，以保证电堆始终处于氢氧反应最佳条件区域范围内。

在本实施例中，氢气和氧气在氢燃料电堆2内反应，产生电能，电能输出至直流变压稳压器3，直流变压稳压器3可将氢燃料电堆2产生的不同电压的电能，转换为稳压电源输出，同时将氢燃料电堆2产生的电流和电压反馈给控制板，判断该电堆运行是否正常。

在本实施例中，系统根据环境温度、氢燃料电堆2温度、氢燃料电堆2开始运行的时间长短、氢燃料电堆2产生的电流和电压等等因素的反馈，从而判断电堆所处的状态，在电堆初始运行阶段，为防止电堆电流提升过快而造成的单片电压过低现象，会以低功率让电堆运行至一定的温度，再以1A/S的速度提升电堆功率，从而确保电堆的稳定运行以及性能的发挥。

在实际使用时，电能经过直流变压稳压器3的整流之后，输出一个稳定电压的电能，电能同时输出给系统的负荷以及给启动电源6充电，当系统输出功率大于氢燃料电堆2输出功率，系统会分配启动电源6同时输出，以辅助提高整体系统输出功率；当系统输出功率小于氢燃料电堆2输出功率，系统会停止启动电源6的输出，同时将氢燃料电堆2输出剩余电量输入启动电源6，给启动电源6补充电量，当启动电源6电量达到一定值，则停止氢燃料电堆2运行，停止往启动电源6输入电量，同时将系统输出转为纯锂电输出，而当启动电源6电量低于一定值的时候，氢氢燃料电堆2则重新开启。

为了保证氢燃料电堆2的寿命和运行性能，系统在跟踪氢燃料电堆2运行状态的同时，随时调整氢燃料电堆2散热模块1开启比例、冲刷阀7开启次数和开启时间长短，以保证氢燃料电堆2在正常运行阶段是处于最佳电流输出值以及其最合适运行温度值，杜绝氢燃料电堆2输出电流和运行温度的突变，如果氢燃料电堆2的输出电流或者运行温度突然发生变化，系统会做出一级报警，在5S内，如果报警不能解除，则会做出二级报警，同时停止燃料氢燃料电堆2的运行，以保证氢燃料电堆2受不可逆转的损害，甚至是当场报废的可能。

直流变压稳压器3则会根据系统负载的变化，适时的调整输出电压值，避免启动电源6因负载突然增加而突然拉低电压，当负载突然超过其最大值，锂电会做出一级报警，在5S内如果负载未能降低，锂电则会做出二级报警，切断电源负载，保护锂电不受不可逆转的损害，甚至是当场报废的可能；

为了保证氢燃料电堆2的最佳运行状态，氢燃料电堆2运行始终保持最佳电流输出状态，当负载变化的时候，系统则自动分配氢燃料电堆2和锂电的输出，如果负载功率大于氢燃料电堆2输出功率，则氢燃料电堆2和锂电同时作为系统输出，提高系统整体输出功率，如果负载功率小于氢燃料电堆2输出功率，则氢燃料电堆2输出分为两路，一路供给负载输出，一路给锂电充电备用；

如果系统在运行过程中，启动电源6电量达到98％，负载功率小于氢燃料电堆2输出功率，则氢燃料电堆2会进行关闭运行，全部负载由启动电源6负荷，直至启动电源6电量低于50％，或者负载功率大于锂电最大输出功率，则氢燃料电堆2会自动启动，以最大程度保证氢燃料电堆2以最佳电流运行，还有最大限度减少氢燃料电堆2启停次数，延长氢燃料电堆2、启动电源6的寿命。

启动电源6功率(简称启电功率)和氢燃料电堆2电功率(简称燃电功率)的配比根据叉车实际运行状态需求进行合理匹配，跟普通乘用车不一样，叉车正常运行功率和最大运行功率相差较大，而最大运行功率持续时间较短，采用燃电匹配最大运行功率会造成功率浪费，在定制正常功率阶段，预先对叉车进行实况测试，计算其正常运行平均功率，设定为燃电功率，锂电功率则考虑锂电倍放的情况下，整体功率满足叉车运行最大功率，还有20％的余量，最大程度上合理利用燃电和启电，同时也保护燃电和锂电不会在工况范围外工作。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。

Claims (7)

1.一种风冷氢燃料电池系统，其特征在于：包括散热模块(1)、氢燃料电堆(2)、直流变压稳压器(3)、供氢模块(4)以及系统电源输出端(5)，所述散热模块(1)设于氢燃料电堆(2)的一侧，所述供氢模块(4)与氢燃料电堆(2)的阴极端连通，所述直流变压稳压器(3)与氢燃料电堆(2)的输出端电连接；

所述散热模块(1)用于将外部的冷空气与氢燃料电堆(2)产生的热气体进行置换；

所述供氢模块（4）用于为氢燃料电堆(2)输送氢气；

所述氢燃料电堆(2)用于将氢气转化为电能，并把电能输出至直流变压稳压器(3)；

所述直流变压稳压器(3)用于对氢燃料电堆(2)输出的进行稳压。

2.根据权利要求1所述的一种风冷氢燃料电池系统，其特征在于：所述风冷氢燃料电池系统还包括启动电源(6)，所述启动电源(6)电连接于直流变压稳压器(3)以及系统电源输出端(5)之间。

3.根据权利要求2所述的一种风冷氢燃料电池系统，其特征在于：所述启动电源(6)为锂电池、干电池、铅蓄电池中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的一种风冷氢燃料电池系统，其特征在于：所述风冷氢燃料电池系统还包括用于为请燃料电堆置换氢气的冲刷阀(7)，所述冲刷阀(7)与供氢模块(4)的阳极端连通。

5.根据权利要求1所述的一种风冷氢燃料电池系统，其特征在于：所述散热模块(1)为散热风扇或水冷散热器。

6.根据权利要求1所述的一种风冷氢燃料电池系统，其特征在于：所述供氢模块(4)还设有漏氢检测装置以及报警装置，所述漏氢检测装置用于检测供氢模块(4)是否漏氢，所述漏氢检测装置与报警装置电连接。

7.根据权利要求1所述的一种风冷氢燃料电池系统，其特征在于：所述风冷氢燃料电池系统还包括温度检测装置以及控制板，所述温度检测装置用于检测氢燃料电堆(2)的温度高低，所述氢燃料电堆(2)、散热模块(1)以及温度检测装置分别与控制板电连接。

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