CN214203747U - 燃料电池的控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型的实施例提出了一种燃料电池的控制装置，该燃料电池的控制装置包括氢气进气管、保护气进气管和燃料电池进气管、燃料电池出气管和排气控制阀和控制箱。根据本实用新型的实施例提供的燃料电池的控制装置将氢气进气管、保护气进气管、燃料电池进气管和燃料电池出气管中的每一者集成在控制箱上，并将控制燃料电池出气管排气的排气控制阀设在控制箱内，提高了控制装置的集成度，使得燃料电池的控制装置实现集成化、模块化。通过调节该控制装置上的排气控制阀，能够实现对燃料电池出气管的排气的控制，进一步实现对燃料电池的尾气的排放的控制。

Description

燃料电池的控制装置

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池的控制装置。

背景技术

燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂内的化学能转化为电能的能源装置，具有能量转换效率高、环境污染少、使用寿命长等优点，适用于交通、电站、可移动电源等领域，具有广阔的市场应用前景。其中，风冷燃料电池由于其体积小、重量轻的特点尤其适用于对体积和质量要求较高的小型飞行器、便携式电源等设备中。目前市面上尚无成熟的能够对燃料电池，尤其是风冷燃料电池的工况及运行参数进行检测和调控的燃料电池的控制装置。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的实施例提出一种燃料电池的控制装置，具有集成度高的优点。

根据本实用新型的实施例提出的燃料电池的控制装置包括氢气进气管、保护气进气管和燃料电池进气管，所述燃料电池进气管可切换地与所述氢气进气管或所述保护气进气管相连通；燃料电池出气管和排气控制阀，所述排气控制阀设在所述燃料电池出气管上；控制箱，所述氢气进气管、所述保护气进气管、所述燃料电池进气管和所述燃料电池出气管中的每一者的至少一部分位于所述控制箱内，所述排气控制阀设在所述控制箱内。

根据本实用新型的实施例提供的燃料电池的控制装置将氢气进气管、保护气进气管、燃料电池进气管和燃料电池出气管中的每一者集成在控制箱上，并将控制燃料电池出气管排气的排气控制阀设在控制箱内，提高了控制装置的集成度，使得燃料电池的控制装置实现集成化、模块化。通过调节该控制装置上的排气控制阀，能够实现对燃料电池出气管的排气的控制，进一步实现对燃料电池的尾气的排放的控制。因此，该控制装置既能控制进入燃料电池中的气体的种类，也能控制燃料电池中尾气的排放。

由此，本实用新型的实施例提供的燃料电池的控制装置具有集成度高的优点。

另外，根据本实用新型的燃料电池的控制装置还具有如下附加技术特征：

在一些实施例中，控制装置进一步包括设在所述控制箱内的切换阀，所述切换阀具有第一进气口、第二进气口和出气口，所述氢气进气管与所述第一进气口相连，所述保护气进气管与所述第二进气口相连，所述燃料电池进气管与所述出气口相连，所述出气口可切换地与所述第一进气口或所述第二进气口相连通。

在一些实施例中，控制装置还包括排气控制器，所述排气控制器设在所述控制箱内，所述排气控制器与所述排气控制阀相连以便控制所述排气控制阀的开启频率和开度。

在一些实施例中，所述排气控制阀为电磁阀。

在一些实施例中，控制装置还包括第一压力检测器和第二压力检测器，所述第一压力检测器与所述燃料电池进气管相连以便检测所述燃料电池进气管的压力，所述第二压力检测器与所述燃料电池出气管相连以便检测所述燃料电池出气管的压力，所述第二压力检测器位于所述排气控制阀的上游，所述第一压力检测器和所述第二压力检测器均设在所述控制箱内。

在一些实施例中，控制装置还包括流量控制阀，所述流量控制阀设在所述燃料电池进气管上且位于所述第一压力检测器的上游。

在一些实施例中，控制装置还包括用于冷却燃料电池的阴极板的风扇和风扇控制器，所述风扇控制器与所述风扇相连以便控制所述风扇的运行，所述风扇控制器设在所述控制箱上。

在一些实施例中，所述风扇控制器用于控制风扇的通电时间。

在一些实施例中，风扇控制器用于调控所述风扇的转速以及根据燃料电池电堆的温度控制所述风扇的所述转速和所述通电时间。

在一些实施例中，所述控制箱包括相互隔离的第一腔室和第二腔室，所述氢气进气管、所述保护气进气管、所述燃料电池进气管和所述燃料电池出气管中的每一者位于所述第一腔室中，所述控制箱上设有氢气进气口、保护气进气口、燃料电池进气接口、燃料电池出气接口和排气口，所述氢气进气管与所述氢气进气口相连，所述保护气进气管与所述保护气进气口相连，所述燃料电池进气管与所述燃料电池进气接口相连，所述燃料电池出气管与所述燃料电池出气接口相连，所述燃料电池出气管与所述排气口相连，所述排气控制器和所述风扇控制器设在所述第二腔室内。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

图1是根据本实用新型的实施例的燃料电池的控制装置的立体图。

图2是根据本实用新型的实施例的燃料电池的控制装置的正视图。

图3是根据本实用新型的实施例的燃料电池的控制装置的俯视图。

图4是根据本实用新型的实施例的燃料电池的控制装置的后视图。

图5是根据本实用新型的实施例的燃料电池的控制装置的左视图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面根据图1-5描述本实用新型的实施例的燃料电池的控制装置100。

如图1所示，本实施例中的燃料电池的控制装置100包括氢气进气管(图中未示出)、保护气进气管(图中未示出)和燃料电池进气管(图中未示出)、燃料电池出气管(图中未示出)和排气控制阀(图中未示出)，以及控制箱110。

燃料电池进气管可切换地与氢气进气管或保护气进气管相连通。燃料电池进气管与燃料电池的进气口相连以便向燃料电池中吹入氢气或保护气。

其中，燃料电池进气管可切换地与氢气进气管或保护气进气管相连通是指：燃料电池进气管可以与氢气进气管相连通，此时燃料电池进气管可以向燃料电池中吹入反应所需的氢气，且燃料电池进气管与保护气进气管不相通。或者燃料电池进气管也可以与保护气进气管相连通，此时燃料电池进气管可以向燃料电池中吹入保护气体，且燃料电池进气管与氢气进气管不相通。

燃料电池出气管与燃料电池的出气口相连。从燃料电池的出气口排出的尾气进入燃料电池出气管中，燃料电池出气管用于排放该尾气。排气控制阀设在燃料电池出气管上，以便控制燃料电池出气管的排气。例如排气控制阀能够控制燃料电池出气管中的气体的排气频率和排气流量，具体地，排气控制阀的开启频率能够控制燃料电池出气管中的气体的排气频率，排气控制阀的开度能够控制燃料电池出气管中的气体的排气流量。排气控制阀控制燃料电池出气管的排气即控制燃料电池的尾气的排放。

氢气进气管、保护气进气管、燃料电池进气管和燃料电池出气管中的每一者的至少一部分位于控制箱110内，排气控制阀设在控制箱110内。

根据本实用新型的实施例提供的燃料电池的控制装置100将氢气进气管、保护气进气管、燃料电池进气管和燃料电池出气管中的每一者集成在控制箱110上，并将控制燃料电池出气管排气的排气控制阀设在控制箱110内，提高了控制装置100的集成度，使得燃料电池的控制装置100实现集成化、模块化。通过调节该控制装置100上的排气控制阀，能够实现对燃料电池出气管的排气的控制，进一步实现对燃料电池的尾气的排放的控制。因此，该控制装置100既能控制进入燃料电池中的气体的种类，也能控制燃料电池中尾气的排放。

由此，本实用新型的实施例提供的燃料电池的控制装置100具有集成度高的优点。

可选地，保护气为氮气。燃料电池组装完成后，需要对燃料电池气体密闭性能进行检测，检测完毕后，保护气进气管与燃料电池进气管相互连通，向燃料电池的阳极侧进行吹扫以保护膜电极。

在一些实施例中，如图1-图5所示，控制箱110包括相互隔离的第一腔室和第二腔室，氢气进气管、保护气进气管、燃料电池进气管和燃料电池出气管中的每一者位于第一腔室内。控制箱110上设有氢气进气口1115、保护气进气口1116、燃料电池进气接口1117、燃料电池出气接口1118和排气口1119，氢气进气管与氢气进气口1115相连，保护气进气管与保护气进气口1116相连，燃料电池进气管与燃料电池进气接口1117相连，燃料电池出气管与燃料电池出气接口1118相连，燃料电池出气管与排气口1119相连。

设在控制箱110外部的氢气源与氢气进气口1115相连以便能够向氢气进气管提供氢气。设在控制箱110外部的保护气源与保护气进气口1116相连以便能够向保护气进气管提供保护气。燃料电池的进气口与燃料电池进气接口1117相连以便与位于第一腔室内的燃料电池进气管相连通。燃料电池的出气口与燃料电池出气接口1118相连以便与位于第一腔室内的燃料电池出气管相连通，燃料电池出气管能够与设在控制箱110上的排气口1119相连，以便燃料电池出气管中的气体通过排气口1119排出。如上设置使得本实用新型的实施例提供的控制装置100的结构更加合理，进一步提高了控制装置100的集成度。

可选地，在一些实施例中，控制箱110内设置有将第一腔室和第二腔室相互隔离开的隔板。

或者，在一些实施例中，如图1所示，控制箱110包括相连的气箱111和电箱112。气箱111限定出该第一腔室，电箱112限定出了该第二腔室。氢气进气口1115、保护气进气口1116、燃料电池进气接口1117、燃料电池出气接口1118和排气口1119中的每一者设在气箱111上。具体地，氢气进气口1115、保护气进气口1116和排气口1119中的每一者设在气箱111的背面1112靠近底部的位置。燃料电池进气接口1117和燃料电池出气接口1118中的每一者设在气箱111的侧面1113靠近底部的位置。

进一步地，控制装置100包括设在控制箱110内的切换阀。切换阀具有第一进气口、第二进气口和出气口，氢气进气管与第一进气口相连，保护气进气管与第二进气口相连，燃料电池进气管与出气口相连，出气口可切换地与第一进气口或第二进气口相连通。更进一步地，切换阀设在气箱111内部，即第一腔室内。

切换阀的设置实现了燃料电池进气管可切换地与氢气进气管或保护气进气管相连通。即当切换阀的出气口与切换阀的第一进气口相连通时，燃料电池进气管与氢气进气管相连通，此时由于当切换阀的出气口与切换阀的第二进气口不连通，因此燃料电池进气管与保护气进气管不连通。当切换阀的出气口与切换阀的第二进气口相连通时，燃料电池进气管与保护气进气管相连通，此时由于当切换阀的出气口与切换阀的第一进气口不连通，因此燃料电池进气管与氢气进气管不连通。

可选地，该切换阀为三通阀。进一步可选地，该切换阀的阀门开关230设在气箱111上，如图1和图2所示，气箱111的正面1111设置有切换阀的阀门开关230，操作人员通过操作切换阀的阀门开关230能够控制切换阀的出气口与第一进气口和第二进气口的切换连通。

在一些实施例中，控制装置100还包括排气控制器，排气控制器设在控制箱110内，排气控制器与排气控制阀相连以便控制排气控制阀的开启频率和开度。进一步地，排气控制阀设在气箱111内，排气控制器设在电箱112内。

可选地，排气控制阀为电磁阀，排气控制器能够通过控制该电磁阀的通电和断电实现控制该电磁阀的打开和关闭，当该电磁阀通电时，电磁阀打开，燃料电池出气管排气，当该电磁阀断电时，电磁阀关闭，燃料电池出气管不排气。因此，排气控制器通过控制对该电磁阀的通断电频率从而控制该电磁阀的开启频率。进一步可选地，电箱112内设置有24V变压器电源，该电源接入气箱111向排气控制阀供电。

如图1和图2所示，排气控制器的控制面板310设在电箱的正面1121上。操作人员可通过该控制面板设置排气控制阀的开启频率和/或开度。当排气控制器根据一定的频率控制排气控制阀的开启和关闭，即燃料电池出气管中的气体根据一定的频率排气，该排气过程可以称为脉冲排气。

进一步可选地，排气控制阀为防爆电磁阀，从而提高控制装置100的安全性。

在一些实施例中，控制装置100还包括第一压力检测器210和第二压力检测器220。第一压力检测器210和第二压力检测器220均设在控制箱110内。第一压力检测器210与燃料电池进气管相连以便检测燃料电池进气管的压力。第一压力检测器210通过检测燃料电池进气管中的压力，从而检测进入燃料电池中的气体的压力。操作人员可以通过对第一压力检测器210检测的压力进行监控，以便对进入燃料电池中的气体的压力进行调控。

第二压力检测器220与燃料电池出气管相连以便检测燃料电池出气管的压力，第二压力检测器220位于排气控制阀的上游。也就是说，第二压力检测器220检测的是燃料电池的出气接口和排气控制阀之间的压力。设置第二压力检测器220的作用是，当其检测到的燃料电池出气管内、排气控制阀的上游的气体压力超过一定的值，说明需要对燃料电池出气管进行排气。

进一步地，第二压力检测器220与排气控制器相连，排气控制器可以根据第二压力检测器220检测到的气体压力，通过控制排气控制阀从而控制燃料电池出气管的排气，使得燃料电池出气管中的气体压力在可控范围内，因此第二压力检测器220的设置能够更加精准和灵活地控制燃料电池出气管的排气。

第一压力检测器210的设置能够检测燃料电池的前段气路(例如燃料电池进气管)的压力参数。第二压力检测器220能够检测燃料电池的后段气路(例如燃料电池出气管)的压力参数。因此，设置第一压力检测器210和第二压力检测器220以便与操作人员对燃料电池的运行压力进行调控。

可选地，第一压力检测器210和第二压力检测设在气箱111内，电箱112内的24V变压器电源接入气箱111向第一压力检测器210和第二压力检测器220供电。

进一步地，如图1和图2所示，第一压力检测器210的显示盘和第二压力检测器220的显示盘均设在气箱111的正面1111上。操作人员可以通过观察显示盘对气体的压力值进行监控。

在一些实施例中，控制装置100还包括流量控制阀，流量控制阀设在燃料电池进气管上且位于第一压力检测器210的上游。进一步地，流量控制阀位于控制箱110内，流量控制器用于控制燃料电池进气管中的气体流量，即进入燃料电池的气体流量。通过调节流量控制器，可以调节燃料电池进气管中的气体流量。

可选地，如图1和图2所示，流量控制阀的控制钮240设在气箱111的正面1111，操作人员可以通过调节该控制钮240调节燃料电池进气管中的气体流量。

进一步地，位于燃料电池进气接口1117和流量控制阀之间的燃料电池进气管的该部分上设有三通接头，第一压力检测器210通过软管和该三通接头相连，以便对燃料电池进气管中的气体压力进行检测。

位于燃料电池出气接口1118和排气控制阀之间的燃料电池出气管的该部分上设有三通接头，第二压力检测器220通过软管和该三通接头相连，以便对燃料电池出气管的该部分的气体压力进行检测，

在一些实施例中，控制装置100还包括用于冷却燃料电池的阴极板的风扇(图中未示出)和风扇控制器(图中未示出)，风扇控制器与风扇相连以便控制风扇的运行。

风扇控制器用于控制风扇的通电时间、调控风扇的转速以及根据燃料电池电堆的温度控制风扇的转速和通电时间。也就是说，风扇控制器可以根据燃料电池电堆的实际温度情况，控制风扇的转速和运行时间，从而实现对燃料电池电堆的运行温度进行精确调控的目的。风扇控制器可以与电脑相连，实时监控环境温度、燃料电池电堆的温度。

如图1和图2所示，风扇控制器的控制面板320设在电箱的正面1121上，操作人员可以通过该控制面板调控风扇的运行，例如风扇的运行时间或转速。

具体地，风扇控制器包括开关模块、计时模块、调速模块和运行策略模块。开关模块用于控制风扇的通电和断电以控制风扇的打开和关闭。计时模块用于控制风扇的通电时间。调速模块用于调控风扇的转速。运行策略模块用于根据燃料电池电堆的温度得出风扇的转速和通电时间。

排气控制器和风扇控制器设在电箱112内，由电箱112内的12V变压器电源供电。由于电箱112与气箱111隔离，因此排气控制器和风扇控制器这些带电的设备不会与气箱111内的气体接触，只有电箱112内的24V变压器电源接入气箱111，避免了由电路短路故障引发的氢气泄露等风险，提高了控制装置100的安全性。

如图1所示，电箱112内设置有变压器冷却风扇330，变压器冷却风扇330向电箱112的顶部吹气，用以对电箱112内的电路和变压器进行冷却。电箱112的背面1122设置有过线孔340。电箱112的侧面1123和背面1122均设置有冷却气进气口350。

如图1-图5所示，气箱111的侧面1113、背面1112和顶面1114的盖板均包括网状结构250，网状结构250包括排气孔，即气箱111的侧面1113、背面和顶面的盖板上均具有多个排气孔，排气孔的作用是防止氢气泄露情况下氢气浓度升高引发的爆炸风险。

根据本实用新型实施例提供的燃料电池的控制装置100，可根据实验要求随时精确调整燃料电池工况及各种运行参数，为燃料电池的核心组件的性能的初步检测提供更具有参考价值的测试数据。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实用新型中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种燃料电池的控制装置，其特征在于，包括：

氢气进气管、保护气进气管和燃料电池进气管，所述燃料电池进气管可切换地与所述氢气进气管或所述保护气进气管相连通；

燃料电池出气管和排气控制阀，所述排气控制阀设在所述燃料电池出气管上；

控制箱，所述氢气进气管、所述保护气进气管、所述燃料电池进气管和所述燃料电池出气管中的每一者的至少一部分位于所述控制箱内，所述排气控制阀设在所述控制箱内。

2.根据权利要求1所述的燃料电池的控制装置，其特征在于，进一步包括设在所述控制箱内的切换阀，所述切换阀具有第一进气口、第二进气口和出气口，所述氢气进气管与所述第一进气口相连，所述保护气进气管与所述第二进气口相连，所述燃料电池进气管与所述出气口相连，所述出气口可切换地与所述第一进气口或所述第二进气口相连通。

3.根据权利要求1所述的燃料电池的控制装置，其特征在于，还包括排气控制器，所述排气控制器设在所述控制箱内，所述排气控制器与所述排气控制阀相连以便控制所述排气控制阀的开启频率和开度。

4.根据权利要求3所述的燃料电池的控制装置，其特征在于，所述排气控制阀为电磁阀。

5.根据权利要求1所述的燃料电池的控制装置，其特征在于，还包括第一压力检测器和第二压力检测器，所述第一压力检测器与所述燃料电池进气管相连以便检测所述燃料电池进气管的压力，所述第二压力检测器与所述燃料电池出气管相连以便检测所述燃料电池出气管的压力，所述第二压力检测器位于所述排气控制阀的上游，所述第一压力检测器和所述第二压力检测器均设在所述控制箱内。

6.根据权利要求5所述的燃料电池的控制装置，其特征在于，还包括流量控制阀，所述流量控制阀设在所述燃料电池进气管上且位于所述第一压力检测器的上游。

7.根据权利要求1所述的燃料电池的控制装置，其特征在于，还包括用于冷却燃料电池的阴极板的风扇和风扇控制器，所述风扇控制器与所述风扇相连以便控制所述风扇的运行，所述风扇控制器设在所述控制箱上。

8.根据权利要求7所述的燃料电池的控制装置，其特征在于，所述风扇控制器用于控制风扇的通电时间。

9.根据权利要求8所述的燃料电池的控制装置，其特征在于，所述风扇控制器用于调控所述风扇的转速以及根据燃料电池电堆的温度控制所述风扇的所述转速和所述通电时间。

10.根据权利要求7所述的燃料电池的控制装置，其特征在于，所述控制箱包括相互隔离的第一腔室和第二腔室，所述氢气进气管、所述保护气进气管、所述燃料电池进气管和所述燃料电池出气管中的每一者位于所述第一腔室中，所述控制箱上设有氢气进气口、保护气进气口、燃料电池进气接口、燃料电池出气接口和排气口，所述氢气进气管与所述氢气进气口相连，所述保护气进气管与所述保护气进气口相连，所述燃料电池进气管与所述燃料电池进气接口相连，所述燃料电池出气管与所述燃料电池出气接口相连，所述燃料电池出气管与所述排气口相连，所述排气控制器和所述风扇控制器设在所述第二腔室内。

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