CN211017252U - 一种提高氢燃料电池响应速度供氧结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及氢燃料电池结构技术领域，具体地指一种提高氢燃料电池响应速度供氧结构。包括原有供氧管路结构；原有供氧管路结构包括电堆空气压缩电机、中冷器和增湿器；还包括辅助供氧管路结构；辅助供氧管路结构的进气口与中冷器出气口处的管路连通，辅助供氧管路结构的出气口与增湿器进气口处的管道连通，辅助供氧管路结构与中冷器和增湿器之间的原有供氧管路结构形成并联管路；辅助供氧管路结构包括储气装置；储气装置为可在电堆空气压缩机无法在瞬间向氢燃料电池提供足够氧气时向氢燃料电池供氧的氧气存储装置。本实用新型的管路结构极为简单，可提高瞬时供氧的速度，提高响应速度，具有极大的推广价值。

Description

一种提高氢燃料电池响应速度供氧结构

技术领域

本实用新型涉及氢燃料电池结构技术领域，具体地指一种提高氢燃料电池响应速度供氧结构。

背景技术

随着燃料电池技术的不断发展，燃料电池车型已经成为国内发展的主要趋势。随着国家大力提倡发展氢能源能源战略，国内外掀起了一阵氢燃料电池汽车的浪潮，大量氢燃料电池系统集成产品面试，并已装配到相应的氢燃料电池车上开始运行。

目前国内燃料电池存在一些瓶颈技术，比如燃料电池系统响应速度较慢，尤其在零到百公里加速，爬坡等方面，氢燃料电池输出特性满足不了快速变化的车辆快速功率需求，主要原因现有的氢燃料电池供氧系统的供气滞后，通常会滞后1～2秒，这种滞后会导致氢燃料电池系统的输出功率的滞后1～2秒，严重影响氢燃料电池汽车的使用。

发明内容

本实用新型的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种提高氢燃料电池响应速度供氧结构。

本实用新型的技术方案为：一种提高氢燃料电池响应速度供氧结构，包括原有供氧管路结构；所述原有供氧管路结构上按照空气流动方向依次布置有电堆空气压缩电机、中冷器和增湿器；所述电堆空气压缩电机与原有供氧管路结构的进气口连通，增湿器与氢燃料电池的阴极连通，

其特征在于：还包括辅助供氧管路结构；所述辅助供氧管路结构的进气口与中冷器出气口处的管路连通，辅助供氧管路结构的出气口与增湿器进气口处的管道连通，辅助供氧管路结构与中冷器和增湿器之间的原有供氧管路结构形成并联管路；所述辅助供氧管路结构包括储气装置；所述储气装置为可在电堆空气压缩机无法在瞬间向氢燃料电池提供足够氧气时向氢燃料电池供氧的氧气存储装置。

进一步的所述辅助供氧管路结构的进气口和出气口分别通过一个可控三通电磁阀与原有供氧管路结构连通并与原有供氧管路结构形成并联管路结构。

进一步的还包括泄压管路结构；所述泄压管路结构的进气口与储气装置连通，出气口与外部大气连通，泄压管路结构上设置有机械泄压阀。

进一步的所述辅助供氧管路结构在位于储气装置出气口一侧的管路上布置有流量控制电磁阀。

本实用新型的优点有：1、本实用新型在原有供氧管路结构的基础上布置辅助供氧管路结构，辅助供氧管路结构能够在原有供氧管路结构无法再瞬时向氢燃料电池供给足够氧气时，向氢燃料电池提供足够且及时的氧气，这样能够大幅度提高整个氢燃料电池的响应速度，且本实用新型的辅助供氧管路结构使用储气装置作为氧气存储装置，供氧及时且充足，对于氢燃料电池的快速响应有大幅度促进；

2、本实用新型在辅助供氧管路结构的进气口和出气口分别设置三通电磁阀，一是通过两组三通电磁阀将辅助供氧管路结构与原有供氧管路结构形成并联管路结构，另外就是三通电磁阀便于集中控制，控制两路管路结构的氧气供给切换；

3、本实用新型在辅助供氧管路结构上设置有泄压管路结构，泄压管路结构是为了避免在辅助供氧管路结构出现压力过大情况下的安全防护措施，避免在储气装置因为压力过大导致的安全事故发生；

4、本实用新型在辅助供氧管路结构位于储气装置的出气口处的管路上安装有流量控制电磁阀，通过流量控制电磁阀能够控制空气进入到氢燃料电池的大小，便于对整个流量控制电磁阀进行综合控制。

本实用新型的管路结构极为简单，通过增加辅助供氧管路结构，可应对原有供氧管路结构无法瞬时向氢燃料电池供氧导致响应速度很慢的情况，通过辅助供氧管路结构可提高瞬时供氧的速度，提高响应速度，具有极大的推广价值。

附图说明

图1：本实用新型的供养结构的管路布置结构示意图；

其中：1—电堆空气压缩电机；2—中冷器；3—增湿器；4—氢燃料电池；5—储气装置；6—可控三通电磁阀；7—机械泄压阀；8—流量控制电磁阀；9—空气滤清器；10—电堆空气压缩电机控制器；11—空气进堆压力传感器；12—气压传感器；13—空气流量计；14—排气阀；15—背压阀。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

如图1，本实施例的供氧结构为在原有供氧管路结构的基础上进行的改进，增加了辅助供氧管路结构。其中原有供氧管路结构按照空气流动的方向依次布置有：空气滤清器9、电堆空气压缩电机1、中冷器2、增湿器3。其中空气滤清器3与原有供氧管路结构的进气口连通，电堆空气压缩电机1上设置有电堆空气压缩电机控制器10，增湿器3的出气口与氢燃料电池4的阴极连通，增湿器3与氢燃料电池4之间的管道上布置有空气进堆压力传感器11。

使用时，空气从原有供氧管路结构的进气口进入到管路结构中，通过空气滤清器9过滤掉空气中的杂质，避免对管路结构造成堵塞，电堆空气压缩电机1抽吸空气压缩空气向氢燃料电池4供氧，空气流过中冷器2，进入到增湿器3增加空气湿度，最后进入到氢燃料电池4内。氢燃料电池4产生的气体从出口进入到增湿器3排放到大气中。

以上为原有供氧管路结构的供氧管路结构以及供氧流程，本实施例在原有供氧管路结构上增加了辅助供氧管路结构，如图1所示，本实施例的辅助供氧管路结构的进气口与中冷器2出气口处的管路连通，辅助供氧管路结构的出气口与增湿器3进气口处的管道连通，辅助供氧管路结构的进气口和出气口分别通过一个可控三通电磁阀6与原有供氧管路结构连通并与原有供氧管路结构形成并联管路结构。其中，位于辅助供氧管路结构的出气口一侧的可控三通电磁阀6为单向三通电磁阀。

如图1所示，辅助供氧管路结构包括储气装置5，储气装置5为可在电堆空气压缩机无法在瞬间向氢燃料电池4提供足够氧气时向氢燃料电池4供氧的氧气存储装置。储气装置5上安装有气压传感器12，气压传感器12时刻监测储气装置5内的储气压力，避免带压设备出现安全事故。本实施例还设置有泄压管路结构，泄压管路结构的进气口与储气装置5连通，出气口与外部大气连通，泄压管路结构上设置有机械泄压阀7，一旦储气装置5出现压力过大的问题，可以通过泄压管路结构对储气装置5进行泄压，避免发生安全事故。

辅助供氧管路结构在位于储气装置5出气口一侧的管路上布置有流量控制电磁阀8，流量控制电磁阀8能够控制储气装置5的排放流量，对氢燃料电池4进行精确供氧。

本实施例的供氧结构的具体工作流程如下所述：空气首先由空气进气口经过空气滤清器9，除去空气中的灰尘和杂质，防止灰尘和杂质污染氢燃料电池反应堆，降低氢燃料电池反应堆的使用寿命，之后洁净的空气经过空气流量计13测量流量后进入电堆空气压缩电机1的压缩流入中冷器2，由于空气经过加压后温度比较高，需要经过中冷器2冷却后才能使用。

空气经过中冷器2后有两个通路，FCU控制辅助供氧管路结构进口一侧的可控三通电磁阀6来实现两个通路的开启和关闭，其中一路为辅助供氧回路，主要用于储气装置5的充气以及当空压机未工作需要辅助供氧管路结构提供氧气时，则可根据氢燃料电池4的氧气需求量控制流量控制电磁阀8的开度，向氢燃料电池4提供所需要的氧气量，空气可根据需要进入储气装置5输入端，储气装置5输出端接到流量控制电磁阀8输入端，气体最终进入增湿器3的输入端后，增湿器3输出端接到氢燃料电池4的阴极反应堆中。另一路为原供氧管路结构的气体回路，经过中冷器2后空气通过控制两组可控三通电磁阀6直接进入到增湿器3输入端，经过增湿器3增湿后流入氢燃料电池4阴极反应堆中。直接由电堆空气压缩电机1控制空压机转速来为氢燃料电池4反应提供所需空气量，无需储气装置5参与。

增湿器3和氢燃料电池4之间设有一个空气进堆压力传感器11，专门检测空气进堆之前的压力值。

储气装置5主要在电堆空气压缩电机1刚开始工作无法瞬间提供足够的氧气时，代替电堆空气压缩电机1提供刚启动时的氧气供应。储气装置5上自带气压传感器12，气压传感器12信号由FCU燃料电池控制器采集，FCU收集到该压力信号后通过CAN总线发送给电堆空气压缩电机控制器10。储气装置5有两个输出端，一个输出口接机械泄压阀7输入端，机械泄压阀7将在储气装置5气压达到一定阈值时主动将储气装置5内部分气体泄放掉，由机械泄压阀7输出端排出，保护储气装置5内不会过压，同时也保护电堆空气压缩电机1不会过载，另一个输出口接流量控制电磁阀8输入端，流量控制电磁阀8用来作为控制空气进入氢燃料电池4反应堆的空气气体流量大小；在气体从流量控制电磁阀8输出口流出进入到增湿器3输入端，流量控制电磁阀8输出端一侧的可控三通电磁阀6是单向三通阀门，目的是保证原有的原有供氧管路结构和辅助供氧管路结构的气体只能直接单向流入增湿器3，而不会回流至电堆空气压缩电机1和储气装置5中，影响的原有供氧管路结构和辅助供氧管路结构。空气经过增湿器3增湿后由其输出口流入氢燃料电池4阴极反应堆中。

储气装置5上的机械泄压阀7的工作原理为：机械泄压阀7可人为调整泄压阈值，当气压达到泄压阈上限值P1时，机械泄压阀7的泄气回路会自动打开开始排气，当气压泄放至P2时，机械泄压阀7的泄气回路会自动关闭，禁止气体排出。

气压传感器12的工作原理：气压传感器12与有与气体接触的相关部位，当气体的压力不同时，其传感器的电阻特性会发生相应的改变，通过外部采集分压电路采集到的电压值，反算出其阻值从而得到气体的压力值。

流量控制电磁阀8，可以通过控制其开度的大小，控制其进气量的大小，从而可根据氢燃料电池系统的氧气需求量控制氧气的供应量，保证氧气的供应不会过少，导致氢燃料电池系统功率受限，同时保证氧气的供应不会过多导致能量的浪费，提高系统的能量利率效率。

空气在进入增湿器3中之前可以经过排气阀14将空气排出供氧系统气路，同时FCU控制背压阀15阀门开度大小来调节排气口压力，使气体顺利排入混排器中排出车外。

在每次氢燃料电池4停机时，在氢燃料电池4以怠速功率吹扫时完成对储气装置5的注气，随后在每次启动氢燃料电池4而电堆空气压缩电机1不能提供足够空气时，FCU控制可控三通电磁阀6，根据氢燃料电池4对氧气的需求量，控制流量控制电磁阀8的开度，利用储气装置5中存储的氧气来为氢燃料电池4提供所需的氧气供应量，保证氧气的供应不会过少，导致氢燃料电池4输出功率受限，造成输出延时响应不及时问题。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (4)

1.一种提高氢燃料电池响应速度供氧结构，包括原有供氧管路结构；所述原有供氧管路结构上按照空气流动方向依次布置有电堆空气压缩电机(1)、中冷器(2)和增湿器(3)；所述电堆空气压缩电机(1)与原有供氧管路结构的进气口连通，增湿器(3)与氢燃料电池(4)的阴极连通，

其特征在于：还包括辅助供氧管路结构；所述辅助供氧管路结构的进气口与中冷器(2)出气口处的管路连通，辅助供氧管路结构的出气口与增湿器(3)进气口处的管道连通，辅助供氧管路结构与中冷器(2)和增湿器(3)之间的原有供氧管路结构形成并联管路；所述辅助供氧管路结构包括储气装置(5)；所述储气装置(5)为可在电堆空气压缩机无法在瞬间向氢燃料电池(4)提供足够氧气时向氢燃料电池(4)供氧的氧气存储装置。

2.如权利要求1所述的一种提高氢燃料电池响应速度供氧结构，其特征在于：所述辅助供氧管路结构的进气口和出气口分别通过一个可控三通电磁阀(6)与原有供氧管路结构连通并与原有供氧管路结构形成并联管路结构。

3.如权利要求1或2所述的一种提高氢燃料电池响应速度供氧结构，其特征在于：还包括泄压管路结构；所述泄压管路结构的进气口与储气装置(5)连通，出气口与外部大气连通，泄压管路结构上设置有机械泄压阀(7)。

4.如权利要求1或2所述的一种提高氢燃料电池响应速度供氧结构，其特征在于：所述辅助供氧管路结构在位于储气装置(5)出气口一侧的管路上布置有流量控制电磁阀(8)。

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