CN213056724U - 大功率氢燃料电池混合供电系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种大功率氢燃料电池混合供电系统，包括燃料电池系统、动力电池和DC/DC变换器；所述燃料电池系统包括氢燃料电池、氢气供气系统、空气供气系统、冷却系统和尾排系统；所述燃料电池系统的电能输出端与动力电池的电能输出端并联在DC/DC变换器的电能输入端上，所述DC/DC变换器的电能输出端作为整个混合动力系统的电能输出端。该大功率氢燃料电池混合供电系统将动力电池模块放在DC/DC变换器前端，氢燃料电池反应生成的电能可直接给动力电池充电，不经过DC/DC变换器，减少电能流动路径和损耗，提高电能的利用率和充电效率，具有绿色、零污染、可持续高效工作等优点。

Description

大功率氢燃料电池混合供电系统
技术领域
本实用新型涉及一种氢燃料电池，特别是指一种大功率氢燃料电池混合供电系统。
背景技术
氢是一种无味无色气体，燃烧产物只有水，不会污染环境。氢气被认为将成为21世纪最理想的能源，与化石能源相比，其突出特点为零污染、高效率、可再生。氢燃料电池基本原理是把氢气和空气分别供给阴极和阳极，氢气通过阴极向外扩散和电解质发生电化学反应产生电能，1千克的氢气通过电化学反应发出约15kwh的电能。
氢燃料电池无污染、加氢时间短，但其单独供电能力较差，输出特性软和动态性能差，不能满足大功率动力系统动态性能需求；而蓄电池充电时间长、能量密度低，具备短时高倍率放电能力，因此用于汽车时必须配套建设由大量充电站构成的电网。氢燃料电池混合供电系统主要用于氢能源混合动力车辆，其同时结合氢燃料电池与蓄电池的优势，既无需电网铺设，又具有足够功率的自给供电能力。
现有的氢燃料电池混合供电系统一般包括氢燃料电池、空气/氢气供气系统、冷却装置、尾排装置、动力电池和DC/DC变换器。其中，DC/DC变换器通常安装在氢燃料电池的电能输出端与动力电池之间，即氢燃料电池即使单独给动力电池充电也需要经过DC/DC变换器，这种结构不仅降低了DC/DC变换器的使用寿命，而且增加了充电时电能流动路径与传输损耗。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种输出功率高、传输损耗低的大功率氢燃料电池混合供电系统。
为实现上述目的，本实用新型所设计的大功率氢燃料电池混合供电系统，包括燃料电池系统、动力电池和DC/DC变换器；所述燃料电池系统包括氢燃料电池、氢气供气系统、空气供气系统、冷却系统和尾排系统；所述燃料电池系统的电能输出端与动力电池的电能输出端并联在DC/DC变换器的电能输入端上，所述DC/DC变换器的电能输出端作为整个混合动力系统的电能输出端。
优选地，所述氢气供气系统包含储氢罐和氢气减压装置；其中，所述储氢罐的氢气输出端与氢气减压装置的氢气输入端相连，所述氢气减压装置的氢气输出端与氢燃料电池的氢气输入端相连。
进一步地，所述氢气供气系统还包括氢气循环泵；所述氢气循环泵的氢气输入端与氢燃料电池的氢气返回端相连，其氢气输出端与氢气减压装置的氢气输出端并联在氢燃料电池的氢气输入端。该方案采用氢气循环泵将氢燃料电池反应剩余的氢气返回进气端重新利用，提高氢气的利用率，减少尾排系统氢气含量。
优选地，所述空气供气系统包括依次连接的空气过滤器、空气压缩机和增湿器，所述增湿器的空气输出端与氢燃料电池的空气输入端相连。
优选地，所述冷却系统包含水冷箱、散热器、节温器和中冷器；所述中冷器包括气体通道和冷却水通道；所述气体通道串联在空气供气系统与氢燃料电池之间；所述冷却水通道的输入端与水冷箱的冷却水输出端相连，输出端与散热器的回水输入端相连；所述节温器的回水输入端与氢燃料电池的回水输出端相连，其回水输出端与散热器的回水输入端相连；所述散热器的冷水输出端与水冷箱相连。
优选地，所述尾排系统包括排气消音器和凝结水箱，所述排气消音器的进气端与氢燃料电池的排气端相连，所述排气消音器的凝结水输出端与凝结水箱的进水端相连。该方案在尾排系统中增设水箱，将氢燃料电池反应生成的水存储定时集中排放，对于氢燃料电池混合动力汽车，可克服行驶途中排水对其他车辆造成影响，特别是冬季温度较低时不会使地面结冰，避免因排水结冰导致道路交通事故。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：该大功率氢燃料电池混合供电系统将动力电池模块放在DC/DC变换器前端，氢燃料电池反应生成的电能可直接给动力电池充电，不经过DC/DC变换器，减少电能流动路径和损耗，提高电能的利用率和充电效率，具有绿色、零污染、可持续高效工作等优点。
附图说明
图1为本实用新型所设计的大功率氢燃料电池混合供电系统的结构示意图。
其中：氢燃料电池10、氢气供气系统20、储氢罐21、氢气减压装置22、氢气循环泵23、空气供气系统30、空气过滤器31、空气压缩机32、增湿器33、冷却系统40、水冷箱41、散热器42、节温器43、中冷器44、尾排系统50、排气消音器51、凝结水箱52、动力电池60、DC/DC变换器70
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所示，本实用新型所设计的大功率氢燃料电池混合供电系统，包括燃料电池系统、动力电池60和DC/DC变换器70，其中：
燃料电池系统包括氢燃料电池10、氢气供气系统20、空气供气系统30、冷却系统40和尾排系统50。
氢燃料电池10是实现氢气进，电能出的主要发电装置，既可以单独给用电设备供电；在动力电池60馈电情况下，又可以给动力电池60充电。具有快速启动、寿命长，燃料利用率高的特点。
氢气供气系统20包括储氢罐21、氢气减压装置22和氢气循环泵23，此外还包含阀门、管道等附件；储氢罐21的氢气输出端与氢气减压装置22的氢气输入端相连，氢气减压装置22的氢气输出端与氢燃料电池10的氢气输入端相连。氢气循环泵23的氢气输入端与氢燃料电池10的氢气返回端相连，其氢气输出端与氢气减压装置22的氢气输出端并联在氢燃料电池10的氢气输入端。氢气供气系统20的作用是将储氢罐21输出的中高压氢气降压、稳压、湿润处理，达到氢燃料电池10的电化学反应最佳氢气进气条件。没有完全反应的氢气通过氢气循环泵23再次进入氢燃料电池10并被重新利用，可提高氢气的利用率，减少尾气中的氢气含量。
空气供气系统30包括依次连接的空气过滤器31、空气压缩机32和增湿器33，增湿器33的空气输出端与氢燃料电池10的空气输入端相连，此外还包含阀门、管道等附件。空气供气系统30的作用是将空气净化、加压、湿润处理，达到氢燃料电池10的电化学反应最佳空气进气条件。
冷却系统40包含水冷箱41、散热器42(风冷)、节温器43和中冷器44。中冷器44包括气体通道和冷却水通道，其气体通道串联在空气供气系统30与氢燃料电池10之间；其冷却水通道的输入端与水冷箱41的冷却水输出端相连，输出端与散热器42的回水输入端相连。节温器43的回水输入端与氢燃料电池10的回水输出端相连，其回水输出端与散热器42的回水输入端相连。散热器42的冷水输出端与水冷箱41相连。空气压缩后放出大量热量，中冷器44用于增压后的高温空气散热。同时氢燃料电池10电化学反应在产生电能同时生成大量的热能，节温器43可以根据氢燃料电池10电化学反应温度自动调节进入氢燃料电池10的冷却水量，将氢燃料电池10冷却到电化学反应的最佳温度范围内。
尾排系统50包括排气消音器51和凝结水箱52，排气消音器51的进气端与氢燃料电池10的排气端相连，排气消音器51的凝结水输出端与凝结水箱52的进水端相连。氢燃料电池10电化学反应产生电能同时产生了大量的水蒸汽和无法利用的空气，多余空气通过排气消音器51排除，凝结水箱52用于存储凝结的水，将氢燃料电池10反应生成的水存储定并集中排放，对于氢燃料电池10混合动力汽车，可克服行驶途中排水对其他车辆造成影响，特别是冬季温度较低时不会使地面结冰，避免因排水结冰导致道路交通事故。
动力电池60一般采用蓄电池，既提供氢燃料电池10启动用电，又弥补氢燃料电池10无法满足用电设备短时大功率需求。
DC/DC变换器70用于将燃料电池发出的电能变换为用电设备所需的电压，稳定电能供应，解决燃料电池输出电压范围宽、特性软的问题，保证设备的用电要求。
燃料电池系统的电能输出端与动力电池60的电能输出端同时与DC/DC变换器70的电能输入端电连接(正负极分别连接)，DC/DC变换器70的电能输出端作为整个混合动力系统的电能输出端，为混合动力车辆等提供所需电力。

Claims (6)

1.一种大功率氢燃料电池混合供电系统，其特征在于：
包括燃料电池系统、动力电池(60)和DC/DC变换器(70)；
所述燃料电池系统包括氢燃料电池(10)、氢气供气系统(20)、空气供气系统(30)、冷却系统(40)和尾排系统(50)；
所述燃料电池系统的电能输出端与动力电池(60)的电能输出端并联在DC/DC变换器(70)的电能输入端上，所述DC/DC变换器(70)的电能输出端作为整个混合动力系统的电能输出端。
2.根据权利要求1所述的大功率氢燃料电池混合供电系统，其特征在于：所述氢气供气系统(20)包含储氢罐(21)和氢气减压装置(22)；其中，所述储氢罐(21)的氢气输出端与氢气减压装置(22)的氢气输入端相连，所述氢气减压装置(22)的氢气输出端与氢燃料电池(10)的氢气输入端相连。
3.根据权利要求2所述的大功率氢燃料电池混合供电系统，其特征在于：所述氢气供气系统(20)还包括氢气循环泵(23)；所述氢气循环泵(23)的氢气输入端与氢燃料电池(10)的氢气返回端相连，其氢气输出端与氢气减压装置(22)的氢气输出端并联在氢燃料电池(10)的氢气输入端。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的大功率氢燃料电池混合供电系统，其特征在于：所述空气供气系统(30)包括依次连接的空气过滤器(31)、空气压缩机(32)和增湿器(33)，所述增湿器(33)的空气输出端与氢燃料电池(10)的空气输入端相连。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的大功率氢燃料电池混合供电系统，其特征在于：
所述冷却系统(40)包含水冷箱(41)、散热器(42)、节温器(43)和中冷器(44)；
所述中冷器(44)包括气体通道和冷却水通道；所述气体通道串联在空气供气系统(30)与氢燃料电池(10)之间；所述冷却水通道的输入端与水冷箱(41)的冷却水输出端相连，输出端与散热器(42)的回水输入端相连；
所述节温器(43)的回水输入端与氢燃料电池(10)的回水输出端相连，其回水输出端与散热器(42)的回水输入端相连；所述散热器(42)的冷水输出端与水冷箱(41)相连。
6.根据权利要求1～3中任一项所述的大功率氢燃料电池混合供电系统，其特征在于：所述尾排系统(50)包括排气消音器(51)和凝结水箱(52)，所述排气消音器(51)的进气端与氢燃料电池(10)的排气端相连，所述排气消音器(51)的凝结水输出端与凝结水箱(52)的进水端相连。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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