CN213878169U - 燃料电池箱体的通风系统及燃料电池系统、车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及燃料电池的通风设计领域，具体涉及一种燃料电池箱体的通风系统、燃料电池系统及车辆，所述通风系统包括防水透气装置，气流驱动装置及加热装置；所述气流驱动装置分别与所述防水透气装置及所述加热装置连接，所述加热装置与燃料电池箱体的进风口连接。本申请通过防水透气单元与气流流通区、气流密封区相互配合，形成各防水透气单元并联的效果，解决“凝露效应”及微量的泄漏反应气体稀释等问题；具有防尘、防水功能及具有好的透气性能。

Description

燃料电池箱体的通风系统及燃料电池系统、车辆

技术领域

本实用新型涉及燃料电池的通风设计领域，具体涉及一种燃料电池箱体的通风系统及燃料电池系统、车辆。

背景技术

燃料电池电堆由若干单片单元堆叠而成，其正常工作需要干燥、清洁、绝缘的环境条件。为保证燃料电池电堆的工作环境，设计中均将燃料电池电堆放置于封闭的箱体内(简称为燃料电池箱体)，并通过设计保证箱体的防水、防尘、绝缘等要求。燃料电池系统工作过程中，燃料电池电堆的堆叠单元密封界面不可避免会有微量的反应气体泄漏，如若泄漏的反应气不能及时排出燃料电池箱体外，会在燃料电池箱体内积聚，累积到一定浓度会有爆炸的风险。燃料电池箱体需要可靠的通风系统设计，及时将泄漏的反应气体稀释、排出燃料电池箱体。

现有的燃料电池电箱通风技术主要包括两类：

一、采用电动风扇或风机作为动力源，驱动环境空气流经燃料电池箱体，稀释箱体内的反应气，并经由通风出气口排出箱体。此种方法的难点在于通风进口、出口结构的防水设计，IP67及以上的防水要求难以满足。工程中普遍通风口防水方法为采用带有防水透气膜的防水透气阀。防水透气膜的通风能力与防水能力方面的需求相互冲突，难以同时具备。一般防水透气膜的防水等级越高，对应的透气微孔越小，对此气体分子或蒸气通过透气微孔的阻力越大，对应防水透气膜的透气性越差。

二、借助燃料电池空气供给系统。从燃料电池空气供给系统中引出支路，用于燃料电池箱体的通风。该种方法箱体通风受限于燃料电池空气供给系统的工作状况，尤其是在燃料电池空气供给系统瞬态开启或关闭过程中，箱体通风气流流通状态难以控制，甚至有气流瞬时反流的情况出现。

另外，燃料电池系统运行中，伴随电化学反应释放热量，引起箱体内温度瞬态较大幅度的变化。而且，户外环境条件的昼夜温差的变化会引起箱体内温度较大幅度的波动。受温度变化的影响，箱体内会产生“呼吸效应”与“凝露效应”。尤其在雨雪天气时，环境空气中湿度较大，“凝露效应”更加明显，严重时会出现燃料电池箱体内积水，引起系统绝缘失效，导致系统不能正常运行。

综上所述，设计一种能够克服燃料电池箱体的“凝露效应”及主动通风中的防水问题、被动通风中的瞬态气流反流问题的燃料电池箱体通风方案成为本行业亟待解决的技术难点。

实用新型内容

鉴于现有技术中存在的技术缺陷和技术弊端，本实用新型实施例提供克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种燃料电池箱体的通风系统及燃料电池系统、车辆。

作为本实用新型实施例的一个方面，提供了一种燃料电池箱体的通风系统，所述通风系统包括防水透气装置，气流驱动装置及加热装置；所述气流驱动装置分别与所述防水透气装置及所述加热装置连接，所述加热装置与燃料电池箱体的进风口连接。

进一步地，所述防水透气装置包括壳体、若干防水透气单元以及防护挡板；

所述壳体顶部设置有第一通气口，所述壳体底部与防护挡板连接，所述防护挡板设置有第二通气口；所述壳体内部设置有安装封板，所述安装封板设置有底部通气槽及顶部通气槽，所述底部通气槽与顶部通气槽之间设置所述防水透气单元，顶部通气槽与第一通气口连通；所述底部通气槽与第二通气口连通。

进一步地，所述防水透气单元包括防水透气膜、支撑架和密封边框，所述防水透气膜设置在支撑架上，所述密封边框套设在支撑架外；和/或

所述壳体中防护挡板的顶部及底部分别设置有顶部气流腔及底部气流腔，所述顶部气流腔与顶部通气槽连通，所述底部气流腔与底部通气槽连通，顶部气流腔、防水透气单元及底部气流腔形成防水透气通道；和/或

所述安装封板设置若干插槽，所述防水透气单元设置在插槽内；和/或

所述安装封板底部与防护挡板之间设置有防尘滤芯。

进一步地，所述防水透气装置的壳体水平切面为矩形，所述防水透气单元平行设置；或者

所述壳体的水平切面为圆形，所述防水透气单元呈星形放射结构设置。

进一步地，所述气流驱动装置通过第一连接装置固定在所述防水透气装置壳体顶部的第一通气口上方，所述加热装置通过第二连接装置与所述气流驱动装置的出风口相连接。

进一步地，所述加热装置为翅片式电加热器；和/或

所述气流驱动装置为高压风机或高压风扇。

作为本实用新型实施例的再一方面，提供了一种燃料电池系统，所述燃料电池系统中的燃料电池箱体的进气口与上述任意一项所述的燃料电池箱体的通风系统相连接。

进一步地，所述燃料电池系统包括控制系统及设置在燃料电池箱体内的氢浓度传感器、湿度传感器、温度传感器，所述控制系统实时获取所述氢浓度传感器、湿度传感器、温度传感器的采集数据，并根据采集数据控制所述流驱动装置及加热装置。

进一步地，所述燃料电池箱体的出气口与防护透气装置相连接。

作为本实用新型实施例的又一方面，提供了一种车辆，所述车辆包括上述任意一项所述的燃料电池系统。

本实用新型实施例至少实现了如下技术效果：

本实用新型实施例针对燃料电池系统通风需求及其特点设计了一种燃料电池箱体通风系统方案及实施方法，本实施通过防水透气单元与气流流通区、气流密封区相互配合，形成各防水透气单元并联的效果；解决“凝露效应”及微量的泄漏反应气体稀释等问题；具有防尘、防水功能及具有好的透气性能。而且本实施例提出的燃料电池箱体通风系统各装置模块采用集成化设计，结构紧凑、占用空间小。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所记载的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。

在附图中：

图1为本实用新型具体实施例一的燃料电池箱体的通风系统外部示意图；

图2为本实用新型具体实施例一的燃料电池箱体的通风系统剖视图；

图3为本实用新型具体实施例一的燃料电池箱体的通风系统侧面剖视图；

图4本实用新型具体实施例一的一种防水透气装置外部示意图；

图5为本实用新型具体实施例一的一种防水透气装置剖面图；

图6为本实用新型具体实施例一的一种防水透气装置的仰视图；

图7为本实用新型具体实施例一的一种防水透气装置的防水透气单元的正视图和侧视图；

图8为本实用新型具体实施例二的燃料电池箱体的通风系统外部示意图；

图9为本实用新型具体实施例二的燃料电池箱体的通风系统剖视图；

图10为本实用新型具体实施例二的一种防水透气装置的外部示意图；

图11为本实用新型具体实施例三的一种燃料电池系统的连接示意图。

标号说明：1、防水透气装置；10、壳体；11、第一通气口；12、防水透气单元；13、安装封板；14、防护挡板；15、防尘滤芯；121、防水透气膜；122、支撑架；123、密封边框；124、凹陷平台；131、底部通气槽；132、顶部通气槽；141、第二通气口；2、气流驱动装置；3、加热装置；4、第一连接装置；5、第二连接装置；6、燃料电池电堆；7、燃料电池箱体；8、氢浓度传感器；9、控制系统；10、湿度传感器；11、温度传感器。

具体实施方式

为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

附图和以下说明描述了本实用新型的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本实用新型。为了教导本实用新型技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将落在本实用新型的保护范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本实用新型的多个变型。由此，本实用新型并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。

实施例一

结合图1-图7，本实施例提供一种燃料电池箱体的通风系统，所述通风系统包括防水透气装置1，气流驱动装置2及加热装置3；所述气流驱动装置2分别与所述防水透气装置1及所述加热装置3连接，所述加热装置3与燃料电池箱体7的进风口连接。

在本实施例中，气流驱动装置2，用于驱动通风气流的流通，可采用高压风机或高压风扇，优选采用微型电控高压风机，例如：风机采用直流无刷高压风机，扇叶直径约50mm,24V供电；并可以通过塑封提高防水性能，通过PWM调速。其中，塑封指对高压风机外围结构(比如电接头、轴承末端等位置)做防水处理，目的是使风机自身满足防水要求。而高压风机的内部气流通道不需要塑封防水。加热装置用于箱体湿度大的情况下对通风气流加热，经除尘、防水后的气流流经加热装置后，气体温度提高，气流携水能力提升，用于减小“凝露效应”的影响；优选地可以采用铝制翅片电加热器；例如：24V供电，加热功率约50W,芯体尺寸约25mmx25mmx45mm。

本实施例根据燃料电池系统微量泄露反应气的需求，控制气流驱动单元转速，控制通风气流流量；根据燃料电池箱体湿度，控制通风气流流量通风模块中的加热单元的开启及功率，避免燃料电池箱体“凝露效应”的同时，通风系统中的气流还能够用于释稀微量泄露的反应气体。

优选地，所述气流驱动装置2通过第一连接装置4固定在所述防水透气装置壳体顶部的第一通气口11上方，所述加热装置3通过第二连接装置5与所述气流驱动装置2的出风口相连接。

优选地，结合图4-图7，所述防水透气装置1包括壳体10、若干防水透气单元12以及防护挡板14；所述壳体10顶部设置有第一通气口11，所述壳体10底部与防护挡板14连接，所述防护挡板14设置有第二通气口141；所述壳体10内部设置有安装封板13，所述安装封板13设置有底部通气槽131及顶部通气槽132，所述底部通气槽131与顶部通气槽132之间设置所述防水透气单元12，顶部通气槽132与第一通气口11连通；所述底部通气槽131与第二通气口141连通。在本实施例中，若干可以包括1、2、3等，优选的大于2组，具体的根据实际情况而定。

在本实施例中，防水透气装置1可以由多组防水透气单元集成，通过防水透气单元12与气流流通区、气流密封区相互配合，形成各防水透气单元12并联的效果。此模块具有防尘、防水功能之外，显著提高透气性能。

优选地，所述防水透气单元12包括防水透气膜121、支撑架122和密封边框123，所述防水透气膜121设置在支撑架122上，所述密封边框123套设在支撑架122外；所述密封边框123可以为橡胶类弹性材料构成，所述支撑架122可以选用高强度塑料材料；其中，所述支撑架122可以设置为环形，所述支撑架122内部边缘可以开设有凹陷平台124，所述防水透气膜121通过密封背胶粘接在凹陷平台124上。

在本实施例中安装封板13与壳体10可以是密封连接，也可以是一体成型。安装封板13与壳体10均可以采用塑料类材料，也可以通过铸塑或3D打印制成。

优选地，所述壳体10中安装封板13的顶部及底部分别设置有顶部气流腔及底部气流腔，所述顶部气流腔与顶部通气槽132连通，所述底部气流腔与底部通气槽131连通，顶部气流腔、防水透气单元12及底部气流腔形成防水透气通道；其中，气流通过底部气流腔进入壳体10内，再分别透过多组防水透气单元12流向顶部气流腔，气流的流动方向形成防水透气通道，由于壳体10内包括多种防水透气单元12并联，故流通的速度很快，本实施例中的安装封板13与壳体10的内壁密封连接，气流只能通过安装封板13中底部通气槽131流入，透过防水透气单元12流出顶部通气槽132，进而流入与第一通气孔相连接的顶部气流腔。

在本实施例中，防水透气单元12还可以与安装封板13采用插槽设计，安装封板13设置若干插槽，所述防水透气单元12设置在插槽内；方便拆卸，其中防水透气单元12数目可根据通气量需求调整，布置灵活。例如，壳体10的安装封板上设置九个、十四个插槽，则通过插槽安装九块、十四块的防水透气单元。

在本实施例中，所述安装封板13底部与防护挡板14之间还可以设置有防尘滤芯15。

所述防水透气装置1的壳体10的形状可以设置为任意形状，本实施例提供的壳体10的水平切面为矩形，所述防水透气单元12平行设置。当然防水透气单元也可以设置一定角度，单个所述防水透气单元可以平行设置也可以具有一定倾斜度。

本实用新型实施例提出的燃料电池系统不仅能够满足防尘、防水的需求，而且还能够满足燃料电池系统稀释微量泄露反应气的流量需求，保证燃料电池箱体压力波动幅度较小。

本实施例中的通风系统克服了现有技术中燃料电池通风系统中通风能力与防水能力需求的冲突点，能够在满足防水、防尘需求的同时，具有较小的通气阻力的优点；尤其适用于通风气流冷却、反应气体泄漏稀释等对通风流量较高需求的情况。

实施例二

本实施例与实施例一为相同构思的实用新型创造，相同部分不再赘述，参见图图8、图9及图10，本实施例提供一种燃料电池箱体的通风系统，本实施例在燃料电池箱体通风系统中壳体10的水平切面为圆形，所述防水透气单元12呈放射结构设置。本实施中，也可以在安装封板中延延迟设置多个插槽，例如安装封板一体成型，其中设置4或5个等插槽，所述防水透气单元设置在插槽中，安装封板13的底部通气槽131与顶部通气槽132通过防水透气单元隔开，

所述防水透气单元12的上侧边沿和下侧边沿通过安装封板13分别进行密封连接；所述底部通气槽131与顶部通气槽132可以设置为有相互错位的开口7，其形状并非为槽状，快口的形状可以根据壳体10内部的安装封板中插槽的排列方式而定，例如，本实施例中，底部通气槽131与顶部通气槽132的开口可以设置为扇形，底部通气槽131的开口与顶部通气槽132的开口中间设置有安装防水透气单元的插槽。由于所述壳体10的水平切面为圆形，所述防水透气单元12呈放射型设置。

本实施例的通风系统可以适用于燃料电池箱体，也可以适用于其他设备的通风。

实施例三

本实施例提供一种燃料电池系统，与上述实施例构成相似技术构思，相同部分不再赘述，参见图11，所述燃料电池系统中燃料电池电堆6设置在燃料电池箱体7内，所述燃料电池箱体7的进气口与上述任意一项所述的燃料电池箱体的通风系统相连接。其中，本实施例中的燃料电池系统可以指质子交换膜燃料电池系统。

优选地，本实施例的燃料电池系统还包括控制系统9，及设置在燃料电池箱体7内的氢浓度传感器8、湿度传感器10、温度传感器11，所述控制系统9实时获取所述氢浓度传感器8、湿度传感器10、温度传感器11的采集数据，并根据采集数据控制所述气流驱动装置2及加热装置3。在本实施例中，可以在燃料电池箱体7内集成氢浓度传感器8、湿度传感器10、温度传感器11，传感器采集的信号输入燃料电池系统控制系统9，控制系统9发出指令控制通风驱动装置中的目标转速，及加热装置的电流开关。并且通过结构布置及流道设计实现各单元间有序集成。

在本实施例中优选地，通风系统的上游进口连通大气环境，其中上游进口为设置在防护挡板14上的第二通气口141，所述燃料电池箱体7的进气口与通风系统的加热装置3出气口相连，所述燃料电池箱体7的出气口与防护透气装置相连接，进一步加强了箱体内的防尘、防水的特点，避免燃料电池箱体“凝露效应”。

在本实施例中，燃料电池箱体出口设置防水透气装置1，可采用与入口通风系统中的防水透气装置1相同的主体结构。为适应电堆出口管路形状，接口管路可适当微调。通风系统的下游出口连通大气环境。

燃料电池箱体入口通风系统、燃料电池箱体出口防水透气装置1相互配合，结合进气防水透气装置、出气防水透气装置的高透气性，燃料电池箱体压力波动幅度较小，减小了燃料电池箱体的耐压要求。

燃料电池箱体入口通风系统及燃料电池箱体出口防水透气装置还具有爆破阀的功能，在燃料电池箱体压力高于防水透气膜121的爆破压力，放水透气膜破裂，箱体压力降低。

实施例四

基于相同的实用新型构思，本实施例提供一种车辆，所述车辆包括上述任意一项所述的燃料电池系统。由于燃料电池系统的性能好，使用寿命长，故本实施例车辆的故障率低，维修成本低，具有较好的用户体验。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

类似地，应当理解，为了精简本实用新型并帮助理解各个实用新型方面中的一个或多个，在上面对本实用新型的示例性实施例的描述中，本实用新型的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该实用新型的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本实用新型要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本实用新型的单独实施例。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (10)

1.一种燃料电池箱体的通风系统，其特征在于，所述通风系统包括防水透气装置，气流驱动装置及加热装置；所述气流驱动装置分别与所述防水透气装置及所述加热装置连接，所述加热装置与燃料电池箱体的进风口连接。

2.如权利要求1所述的燃料电池箱体的通风系统，其特征在于，所述防水透气装置包括壳体、若干防水透气单元以及防护挡板；

所述壳体顶部设置有第一通气口，所述壳体底部与防护挡板连接，所述防护挡板设置有第二通气口；所述壳体内部设置有安装封板，所述安装封板设置有底部通气槽及顶部通气槽，所述底部通气槽与顶部通气槽之间设置所述防水透气单元，顶部通气槽与第一通气口连通；所述底部通气槽与第二通气口连通。

3.如权利要求2所述的燃料电池箱体的通风系统，其特征在于，所述防水透气单元包括防水透气膜、支撑架和密封边框，所述防水透气膜设置在支撑架上，所述密封边框套设在支撑架外；和/或

所述壳体中防护挡板的顶部及底部分别设置有顶部气流腔及底部气流腔，所述顶部气流腔与顶部通气槽连通，所述底部气流腔与底部通气槽连通，顶部气流腔、防水透气单元及底部气流腔形成防水透气通道；和/或

所述安装封板设置若干插槽，所述防水透气单元设置在插槽内；和/或

所述安装封板底部与防护挡板之间设置有防尘滤芯。

4.如权利要求2所述的燃料电池箱体的通风系统，其特征在于，所述防水透气装置的壳体水平切面为矩形，所述防水透气单元平行设置；或者

所述壳体的水平切面为圆形，所述防水透气单元呈星形放射结构设置。

5.如权利要求1所述的燃料电池箱体的通风系统，其特征在于，所述气流驱动装置通过第一连接装置固定在所述防水透气装置壳体顶部的第一通气口上方，所述加热装置通过第二连接装置与所述气流驱动装置的出风口相连接。

6.如权利要求1所述的燃料电池箱体的通风系统，其特征在于，所述加热装置为翅片式电加热器；和/或

所述气流驱动装置为高压风机或高压风扇。

7.一种燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池系统中的燃料电池箱体的进气口与如权利要求1-6任意一项所述的燃料电池箱体的通风系统相连接。

8.如权利要求7所述的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池系统包括控制系统及设置在燃料电池箱体内的氢浓度传感器、湿度传感器、温度传感器，所述控制系统实时获取所述氢浓度传感器、湿度传感器、温度传感器的采集数据，并根据采集数据控制气流驱动装置及加热装置。

9.如权利要求7所述的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池箱体的出气口与防护透气装置相连接。

10.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括如权利要求7-9任意一项所述的燃料电池系统。

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