CN212991134U - 一种燃料电池系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的一种燃料电池系统包括燃料电池堆、氢气子系统、空气子系统、冷却子系统、电气子系统和系统托架；所述系统托架包括上端面和下端面，所述系统托架设置有用于固定所述燃料电池堆、所述氢气子系统、所述空气子系统、所述冷却子系统和所述电气子系统的安装孔；所述燃料电池堆和所述氢气子系统安装在所述系统托架的上端面，所述空气子系统和所述冷却子系统安装在所述系统托架的下端面，所述电气子系统安装在所述系统托架的上端面、下端面和/或所述燃料电池堆上。燃料电池系统以系统托架作为载体，将各个模块分区分层布置，减少了线束及管路安装固定所需零部件的数量，提高了燃料电池系统的集成度。

Description

一种燃料电池系统

技术领域

本实用新型涉及燃料电池领域，特别涉及一种燃料电池系统。

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。目前使用的燃料电池主要是氢燃料电池，氢燃料电池是一种将氢气和的空气中的氧气通过电化学反应直接将化学能转换为电能的装置。由于氢燃料电池的能量转化效率高，且反应生成物只有清洁无污染的水，环境适应性高，噪音小等优点，其逐渐被广泛应用于汽车领域。

氢燃料电池系统主要由燃料电池堆、氢气供给系统、空气供给系统、冷却系统及控制系统等模块组成，各模块之间通常只是简单的组合在一起，导致氢燃料电池系统的集成度较低，进而导致氢燃料电池系统的体积较大、重量较大和组装不便等问题。

实用新型内容

本实用新型提供了一种燃料电池系统，以解决现有的氢燃料电池系统的集成度较低的技术问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种燃料电池系统，所述系统包括燃料电池堆、氢气子系统、空气子系统、冷却子系统、电气子系统和系统托架；

所述系统托架包括上端面和下端面，所述系统托架设置有用于固定所述燃料电池堆、所述氢气子系统、所述空气子系统、所述冷却子系统和所述电气子系统的安装孔；

所述燃料电池堆和所述氢气子系统安装在所述系统托架的上端面，所述空气子系统和所述冷却子系统安装在所述系统托架的下端面，所述电气子系统安装在所述系统托架的上端面、下端面和/或所述燃料电池堆上；

其中，所述燃料电池堆用于氢气与空气发生电化学反应并且输出电能；所述氢气子系统用于向所述燃料电池堆输送氢气；所述空气子系统用于向所述燃料电池堆输送空气；所述冷却子系统用于冷却所述燃料电池堆；所述电气子系统用于控制和调节所述燃料电池堆输出的电能。

可选的，所述电气子系统包括直流变换器和处理单元，所述直流变换器用于调节所述电能的电压，所述处理单元用于处理所述系统的控制信号和电压输出；所述直流变换器安装在所述燃料电池堆的上表面，所述处理单元安装在所述系统托架的下端面并且位于所述燃料电池堆的下方；所述直流变换器和所述处理单元之间通过导电线连接。

可选的，所述冷却子系统位于在所述处理单元和所述空气子系统之间，所述处理单元和所述冷却子系统位于所述燃料电池堆的下方，所述空气子系统位于所述氢气子系统的下方。

可选的，所述燃料电池堆、所述氢气子系统、所述空气子系统均通过隔振悬置的安装方式安装在所述系统托架上。

可选的，所述系统通过隔振悬置的安装方式安装在车架上。

可选的，所述空气子系统包括空气压缩机，所述空气压缩机设置在所述空气子系统的底部并且位于所述系统的侧面。

可选的，所述系统包括需要维修或维护的部件，所述部件设置在所述系统的侧面，所述需要维修或维护的部件包括去离子器、传感器和阀件。

可选的，所述系统托架由铝合金制成。

可选的，所述系统托架水平放置且其上端面向上放置时，所述系统中所述氢气子系统距离地面的高度最高，所述冷却子系统距离地面的高度最低。

本实用新型提供的一种燃料电池系统，以系统托架作为载体，将各个模块分区分层布置，减少了线束及管路安装固定所需零部件的数量，提高了燃料电池系统的集成度。另外，氢气子系统布置在系统托架的上端面，电气子系统的高压电气布置在底部和/或顶部，在极端情况如氢气发生泄露时，在其逃逸路径上无电气部件接口及其连接线束，规避了高浓度氢气与高压电气元件的接触，保证安全；冷却子系统布置在系统托架的下端面，避开高压电气部件、高压电气接口及其连接线束，在极端情况下如冷却液发生泄漏时，在冷却液逃逸扩散路径上无高压电气部件，规避了因冷却液流入高压部件内导致的绝缘甚至是漏电风险；将含高温部件(如空气压缩机)的空气子系统布置在系统托架的下端面，在极端情况下如氢气泄漏时，在其逃逸路径上无高温部件，规避氢气预热发生燃烧甚至爆炸的风险。

附图说明

图1是的本实用新型一实施例提供的一种燃料电池系统的拆解示意图；

图2是本实用新型一实施例提供的一种燃料电池系统的结构示意图；

图3是本实用新型一实施例提供的一种系统托架的结构示意图；

图4是本实用新型一实施例提供的一种燃料电池系统的模块示意图。

[附图标记说明如下]：

电池堆-1、氢气子系统-2、空气子系统-3、冷却子系统-4、电气子系统-5、系统托架-6、传感器-7、弹性部件-8、导电线-9；

空气压缩机-31、去离子器-41。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图对本实用新型提出的一种燃料电池系统作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

如图1-图4所示，本实施例提供了一种燃料电池系统，所述系统包括燃料电池堆1、氢气子系统2、空气子系统3、冷却子系统4、电气子系统5和系统托架6；所述系统托架6包括上端面和下端面，所述系统托架6设置有用于固定所述燃料电池堆1、所述氢气子系统2、所述空气子系统3、所述冷却子系统4和所述电气子系统5的安装孔；所述燃料电池堆1和所述氢气子系统2安装在所述系统托架6的上端面，所述空气子系统3和所述冷却子系统4安装在所述系统托架6的下端面，所述电气子系统5安装在所述系统托架6的上端面、下端面和/或所述燃料电池堆1上；其中，所述燃料电池堆1用于氢气与空气发生电化学反应并且输出电能；所述氢气子系统2用于向所述燃料电池堆1输送氢气；所述空气子系统3用于向所述燃料电池堆1输送空气；所述冷却子系统4用于冷却所述燃料电池堆1；所述电气子系统5用于控制和调节所述燃料电池堆1输出的电能。

在使用所述燃料电池系统时，所述氢气子系统2可以将氢气从氢气瓶中导入到所述燃料电池堆1中使氢气参与电化学反应，同时收集回收并二次利用未反应的氢气；所述空气子系统3可以通过压缩机将空气加压增湿后导入到燃料电池堆1中参与电化学反应，同时排出反应剩余的废气及生成的水。

本实施例提供的一种燃料电池系统，以系统托架6作为载体，将各个模块分区分层布置，减少了线束及管路安装固定所需零部件的数量，提高了燃料电池系统的集成度。另外，氢气子系统2布置在系统托架6的上端面，电气子系统5的高压电气部件布置在底部和/或顶部，在极端情况如氢气发生泄露时，在其逃逸路径上无电气部件接口及其连接线束，规避了高浓度氢气与高压电气元件的接触，保证安全；冷却子系统4布置在系统托架6的下端面，避开高压电气部件、高压电气接口及其连接线束，在极端情况下如冷却液发生泄漏时，在冷却液逃逸扩散路径上无高压电气部件，规避了因冷却液流入高压部件内导致的绝缘甚至是漏电风险；将含高温部件(如空气压缩机31)的空气子系统3布置在系统托架6的下端面，在极端情况下如氢气泄漏时，在其逃逸路径上无高温部件，规避氢气预热发生燃烧甚至爆炸的风险。

可选的，如图1和图4所示，所述电气子系统5包括直流变换器和处理单元，所述直流变换器用于调节所述电能的电压，所述处理单元用于处理所述系统的控制信号和电压输出；所述直流变换器安装在所述燃料电池堆1的上表面，所述处理单元安装在所述系统托架6的下端面并且位于所述燃料电池堆1的下方；所述直流变换器和所述处理单元之间通过导电线9连接。将直流变换器和处理单元分层布置，方便对直流变换器和处理单元进行维护。直流变换器和处理单元的内部结构属于本领域的公知常识，不属于本实用新型的保护重点，在此不予赘述，本实施例主要保护直流变换器和处理单元的安装位置。

可选的，如图1和图4所示，所述冷却子系统4位于在所述处理单元和所述空气子系统3之间，所述处理单元和所述冷却子系统4位于所述燃料电池堆1的下方，所述空气子系统3位于所述氢气子系统2的下方。其中，处理单元还包括高压电气部件。这样设置不仅可以使燃料电池系统构架紧凑，而且避免溢出的氢气流经空气子系统3，防止氢气被空气子系统3中的高温部件加热而发生安全事故，并防止从冷却子系统4中泄漏的冷却液与处理单元中的高压电气部件接触。

可选的，如图1和图4所示，所述燃料电池堆1、所述氢气子系统2、所述空气子系统3均通过隔振悬置的安装方式安装在所述系统托架6上。隔振悬置的安装方式是指两个模块之间设置有橡胶或弹簧等弹性部件8，以减小或隔绝模块之间的振动。具体的，可以通过隔振悬置的安装方式将空气压缩机31与系统托架6连接，以便隔绝空气压缩机31工作时振动对燃料电池系统的其他零部件的振动冲击；可以通过隔振悬置的安装方式将燃料电池堆1、氢气子系统2和阀件类零部件分别与系统托架6进行连接，以便隔绝系统的其他零部件震动对燃料电池堆1、氢气子系统2和阀件类零部件的冲击。

可选的，如图4所示，所述系统通过隔振悬置的安装方式安装在车架上。这样设置可以隔绝整车的其他零部件振动及路面不平引起的振动对燃料电池系统的冲击。

可选的，如图1和图2所示，所述空气子系统3包括空气压缩机31，所述空气压缩机31设置在所述空气子系统3的底部并且位于所述系统的侧面。空气压缩机31工作时温度较高，将其设置在底部，可以避免溢出的氢气与高温部件接触；空气压缩机31设置在燃料电池系统的侧面，方便对其进行维护。

可选的，如图1和图2所示，所述系统包括需要维修或维护的部件，所述部件设置在所述系统的侧面，所述需要维修或维护的部件包括去离子器41、传感器7和阀件。这样设置可以方便对需要维修或维护的部件进行定期点检或维护。

可选的，所述系统托架6由铝合金制成。系统托架6可以采用铝合金铸造并一体成型，这样提高其结构强度的同时显著降低了其重量及加工成本。

可选的，所述系统托架6水平放置且其上端面向上放置时，所述系统中所述氢气子系统2距离地面的高度最高，所述冷却子系统4距离地面的高度最低。这样设置可以防止从氢气子系统2溢出的氢气与其他模块接触，防止从冷却子系统4中泄漏的冷却液与其他模块接触，以提高系统的安全性。

综上所述，本实用新型提供的一种燃料电池系统，以系统托架6作为载体，将各个模块分区分层布置，减少了线束及管路安装固定所需零部件的数量，提高了燃料电池系统的集成度。另外，氢气子系统2布置在系统托架6的上端面，电气子系统5的高压电气布置在底部和/或顶部，在极端情况如氢气发生泄露时，在其逃逸路径上无电气部件接口及其连接线束，规避了高浓度氢气与高压电气元件的接触，保证安全；冷却子系统4布置在系统托架6的下端面，避开高压电气部件、高压电气接口及其连接线束，在极端情况下如冷却液发生泄漏时，在冷却液逃逸扩散路径上无高压电气部件，规避了因冷却液流入高压部件内导致的绝缘甚至是漏电风险；将含高温部件(如空气压缩机31)的空气子系统3布置在系统托架6的下端面，在极端情况下如氢气泄漏时，在其逃逸路径上无高温部件，规避氢气预热发生燃烧甚至爆炸的风险。

上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的任何限定，本领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于本实用新型的权利要求书的保护范围。

Claims (9)

1.一种燃料电池系统，其特征在于，所述系统包括燃料电池堆、氢气子系统、空气子系统、冷却子系统、电气子系统和系统托架；

所述系统托架包括上端面和下端面，所述系统托架设置有用于固定所述燃料电池堆、所述氢气子系统、所述空气子系统、所述冷却子系统和所述电气子系统的安装孔；

所述燃料电池堆和所述氢气子系统安装在所述系统托架的上端面，所述空气子系统和所述冷却子系统安装在所述系统托架的下端面，所述电气子系统安装在所述系统托架的上端面、下端面和/或所述燃料电池堆上；

其中，所述燃料电池堆用于氢气与空气发生电化学反应并且输出电能；所述氢气子系统用于向所述燃料电池堆输送氢气；所述空气子系统用于向所述燃料电池堆输送空气；所述冷却子系统用于冷却所述燃料电池堆；所述电气子系统用于控制和调节所述燃料电池堆输出的电能。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池系统，其特征在于，所述电气子系统包括直流变换器和处理单元，所述直流变换器用于调节所述电能的电压，所述处理单元用于处理所述系统的控制信号和电压输出；所述直流变换器安装在所述燃料电池堆的上表面，所述处理单元安装在所述系统托架的下端面并且位于所述燃料电池堆的下方；所述直流变换器和所述处理单元之间通过导电线连接。

3.根据权利要求2所述的一种燃料电池系统，其特征在于，所述冷却子系统位于在所述处理单元和所述空气子系统之间，所述处理单元和所述冷却子系统位于所述燃料电池堆的下方，所述空气子系统位于所述氢气子系统的下方。

4.根据权利要求1所述的一种燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池堆、所述氢气子系统、所述空气子系统均通过隔振悬置的安装方式安装在所述系统托架上。

5.根据权利要求1所述的一种燃料电池系统，其特征在于，所述系统通过隔振悬置的安装方式安装在车架上。

6.根据权利要求1所述的一种燃料电池系统，其特征在于，所述空气子系统包括空气压缩机，所述空气压缩机设置在所述空气子系统的底部并且位于所述系统的侧面。

7.根据权利要求1所述的一种燃料电池系统，其特征在于，所述系统包括需要维修或维护的部件，所述部件设置在所述系统的侧面，所述需要维修或维护的部件包括去离子器、传感器和阀件。

8.根据权利要求1所述的一种燃料电池系统，其特征在于，所述系统托架由铝合金制成。

9.根据权利要求1所述的一种燃料电池系统，其特征在于，所述系统托架水平放置且其上端面向上放置时，所述系统中所述氢气子系统距离地面的高度最高，所述冷却子系统距离地面的高度最低。

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