CN214226963U - 燃料电池通风控制系统及车辆 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种燃料电池通风控制系统及车辆，所述燃料电池通风控制系统包括电堆模块和空压机，电堆模块设置于壳体中，且电堆模块与壳体之间设有气流通道；所述燃料电池通风控制系统包括供气流路、控制流路和换气流路，空压机的出口通过供气流路与电堆模块连通，以为电堆模块内部的电化学反应提供所需气体；控制流路连接在空压机的出口和进口之间，且控制流路通过换气流路与气流通道连通，控制流路与换气流路的接口处设置有文丘里通道结构，以在所述接口处借助由空压机产生的高压气体所引起的负压而将气流通道内的气体吸入控制流路中。通过上述技术方案，本公开能够将电堆模块与壳体之间含有的水汽、氢气等排出再利用，达到通风换气的目的。

Description

燃料电池通风控制系统及车辆

技术领域

本公开涉及燃料电池系统技术领域，具体地，涉及一种燃料电池通风控制系统及车辆。

背景技术

燃料电池系统是用于新能源汽车的动力系统，主要通过氢气与氧气在催化剂的作用下进行电化学反应，从而向外输出电能。

在车辆的使用环境下，大量的扬尘和水分会附着在燃料电池系统表面，这对燃料电池系统的正常运行造成巨大的威胁，特别是电堆模块，因此一般都给电堆模块制作一个密封的外壳，隔绝环境中的灰尘和水，提高系统的防护等级，但是电堆正常运行过程中，往往会有一定量的氢气以及水汽从电堆内部逸出，并在密封的壳体内积累，这会造成以下三点危害：1、随着积累氢气的浓度不断上升，极易发生爆炸；2、不积聚的水汽附着在电堆的带电部件上，会降低整体的绝缘电阻，甚至会引发短路故障；3、在冬季结冰后，电堆壳体内部的水汽会凝结成冰，会破坏壳体内的带电部件，导致短路或其他故障。因此需要对密封的电堆壳体进行通风换气，以保证壳体内部环境的安全稳定。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本公开的目的是提供一种燃料电池通风控制系统及车辆，该燃料电池通风控制系统能够将电堆模块与壳体之间含有的水汽、氢气等排出再利用，达到通风换气的目的。

为了实现上述目的，本公开提供一种燃料电池通风控制系统，所述燃料电池通风控制系统包括电堆模块和空压机，所述电堆模块设置于壳体中，且所述电堆模块与所述壳体之间设有气流通道；所述燃料电池通风控制系统包括供气流路、控制流路和换气流路，所述空压机的出口通过所述供气流路与所述电堆模块连通，以为所述电堆模块内部的电化学反应提供所需气体；所述控制流路连接在所述空压机的出口和进口之间，且所述控制流路通过所述换气流路与所述气流通道连通，所述控制流路与所述换气流路的接口处设置有文丘里通道结构，以在所述接口处借助由所述空压机产生的高压气体所引起的负压而将所述气流通道内的气体吸入所述控制流路中。

可选地，所述文丘里通道结构构造为文丘里管，该文丘里管的进气口与所述空压机的出口连通、排气口与所述空压机的进口连通、引射孔与所述换气流路连通。

可选地，所述控制流路设置有位于所述文丘里管的所述进气口的上游的控制开关。

可选地，所述气流通道内设置有湿度传感器。

可选地，所述燃料电池通风控制系统还包括空气滤清器，该空气滤清器的出口与所述空压机的进口连通，且所述控制流路连通于所述空气滤清器和所述空压机之间的管路。

可选地，所述供气流路设置有自所述空压机的出口至所述电堆模块依次布置的中冷器和加湿器。

可选地，所述燃料电池通风控制系统包括排气流路，所述排气流路连通于所述电堆模块。

可选地，所述排气流路穿过所述加湿器且于所述加湿器内与所述供气流路流经加湿器的气体进行湿度交换。

可选地，所述排气流路设置有排气消声器。

本公开的另一方面还提供一种车辆，该车辆包括上述的燃料电池通风控制系统。

通过上述技术方案，即本公开提供的燃料电池通风控制系统，利用文丘里效应，在控制流路与换气流路的接口处产生负压来吸取气流通道内由电堆模块反应溢出的混合气体，以实现电堆模块与壳体之间的通风换气。具体工作时，空压机产生的部分高压气体通过控制流路回流至空压机增压前的管路，当流经控制流路与换气流路的接口处时，根据文丘里效应会产生负压，从而将气流通道内的气体吸入至空压机增压前的管路中，以达到通风换气的目的。另外，气流通道内的混合气体最终被吸入空压机增压前的管路中，混合气体中的氢气和水汽可以通过供气流路再次进入电堆模块中进行电化学反应。此外，将空压机产生的高压气体通过控制流路引回至增压前的管路，实现了气体的循环，不会对增压后的气体流量造成损耗。综上所述，本公开提供的燃料电池通风控制系统，利用文丘里效应产生的负压可以将电堆模块与壳体之间含有的水汽、氢气等排出再利用，达到通风换气的目的。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是本公开示例性实施方式中提出的燃料电池通风控制系统的框架结构简图；

图2是图1中文丘里管的结构简图。

附图标记说明

1-空气滤清器；2-空压机；3-供气流路；4-控制流路；5-换气流路；6-文丘里管；61-进气口；62-排气口；63-引射孔；7-控制开关；8-中冷器；9-加湿器；10-电堆模块；11-壳体；12-气流通道；13-湿度传感器；14-排气流路；15-排气消声器。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“内、外”是指相关构件轮廓的内外。“第一、第二”等是指为了区分一个要素和另一个要素，不具有顺序性和重要性。

下面将结合附图和具体实施方式对本公开作进一步地说明。

根据本公开的第一方面提供一种燃料电池通风控制系统，参考图1和图2所示，所述燃料电池通风控制系统包括电堆模块10和空压机2，电堆模块10设置于壳体11中，且电堆模块10与壳体11之间设有气流通道12；所述燃料电池通风控制系统包括供气流路3、控制流路4和换气流路5，空压机2的出口通过供气流路3与电堆模块10连通，以为电堆模块10内部的电化学反应提供所需气体；控制流路4连接在空压机2的出口和进口之间，且控制流路4通过换气流路5与气流通道12连通，控制流路4与换气流路5的接口处设置有文丘里通道结构，以在所述接口处借助由空压机2产生的高压气体所引起的负压而将气流通道12内的气体吸入控制流路4中。

通过上述技术方案，即本公开提供的燃料电池通风控制系统，利用文丘里效应，在控制流路4与换气流路5的接口处产生负压来吸取气流通道12内由电堆模块10反应溢出的混合气体，以实现电堆模块10与壳体11之间的通风换气。具体工作时，空压机2产生的部分高压气体通过控制流路4回流至空压机2增压前的管路，当流经控制流路4与换气流路5的接口处时，根据文丘里效应会产生负压，从而将气流通道12内的气体吸入至空压机2增压前的管路中，以达到通风换气的目的。另外，气流通道12内的混合气体最终被吸入空压机2增压前的管路中，混合气体中的氢气和水汽可以通过供气流路3再次进入电堆模块10中进行电化学反应。此外，将空压机2产生的高压气体通过控制流路4引回至增压前的管路，实现了气体的循环，不会对增压后的气体流量造成损耗。综上所述，本公开提供的燃料电池通风控制系统，利用文丘里效应产生的负压可以将电堆模块10与壳体11之间含有的水汽、氢气等排出再利用，达到通风换气的目的。

文丘里通道结构可以以任意合适的方式构造，其目的是通过文丘里效应在控制流路4和换气流路5的接口处产生负压来吸取气流通道12中的混合气体。例如，可以将所述文丘里通道结构构造为独立的文丘里管，并将该文丘里管接入到控制流路4中，也可以将控制流路4与换气流路5的接口处的部分管路构造为文丘里通道结构，即将该文丘里通道结构与控制流路4构造为一体。

在一些具体的实施方式中，参考图2所示，所述文丘里通道结构可以构造为文丘里管6，该文丘里管6的进气口61与空压机2的出口连通、排气口62与空压机2的进口连通、引射孔63与换气流路5连通。这样，当空压机2产生的高压气体流经文丘里管6时会产生负压，进而通过与引射孔63连通的换气流路5来吸取气流通道12内的混合气体。

具体的，该文丘里管6靠近进气口61的部分管道为收缩段、靠近排气口62的管道为扩散段、介于收缩段和扩散段之间且与引射孔63连通的管道为喉道。其中，收缩段中的管道截面A1＞喉道的管道截面A2，收缩段中的流速V1＜扩散段中的流速V2，收缩段中的压强P1大于扩散段中的压强P2，在所述喉道处，流体流速最大，动态压力最大，静态压力最小；当空压机2产生的高压气体流经文丘里管6的管路时，就会引起与引射孔63连通的换气流路5中气体的流动，从而将气流通道12中的混合气体引出。

在一些实施方式中，参考图1所示，控制流路4设置有位于文丘里管6的进气口61的上游的控制开关7。本公开通过该控制开关7可以实现以下三种工况：

工况一：当气流通道12中的湿度达到预设值，控制开关7开启，由空压机2产生的部分高压气体依次流经控制开关7、文丘里管6流入到增压前的管路中，当高压气体流经文丘里管时会产生较大的负压，从而使得气流通道中的混合气体流出到增压前的管路中，达到通风换气的目的；

工况二：当气流通道12中的湿度低于预设值时，控制开关7关闭，仅靠空压机2增压前的管路与气流通道12连通，此时可保证气流通道12中气体流通；

工况三：在电堆模块10停机吹扫过程中，同时开启控制开关7，对气流通道12中的气体进行吹扫，以避免停机状态下电堆模块10与壳体11之间结冰。

在一些具体的实施方式中，控制开关7可以采用任意合适的控制阀门，例如可以采用电磁阀，本公开在此不作具体限制。

为了监测气流通道12中的湿度，在一些具体的实施方式中，参考图1所示，气流通道12内设置有湿度传感器13。其中，湿度传感器13的数量可根据气流通道12内空间的大小设置多个，以更加精确的检测气流通道12中的湿度。因此，通过增设湿度传感器13和控制开关7可以实现上述三种工况。

在一些实施方式中，参考图1所示，所述燃料电池通风控制系统还包括空气滤清器1，该空气滤清器1的出口与空压机2的进口连通，且控制流路4连通于空气滤清器1和空压机2之间的管路。空气滤清器1可以用于滤除空气中灰尘、砂粒等杂质，保证进入足量、清洁的空气。而将控制流路4连通于空气滤清器1和空压机2之间，可以避免对过滤器的负担加大，避免频繁更换过滤器，同时也减少对高压空气的压力损耗。

在一些实施方式中，参考图1所示，供气流路3设置有自空压机2的出口至电堆模块10依次布置的中冷器8和加湿器9。这样，经空压机2增压后的高压气体经中冷器8冷却、加湿器9增湿后进入电堆模块10中参与电化学反应。其中，中冷器8、加湿器9为较成熟的现有技术，本公开在此不再赘述。

考虑到需要将电堆模块10反应过程中多余的气体排出，因此，在一些实施方式中，参考图1所示，所述燃料电池通风控制系统包括排气流路14，排气流路14连通于电堆模块10。这样，通过排气流路即可将该多余的气体排出。

考虑到经排气流路14排出的空气中具有一定的湿度，为了再次充分利用及减少成本，在一些实施方式中，参考图1所示，排气流路14穿过加湿器9且于加湿器9内与供气流路3流经加湿器9的气体进行湿度交换。由此，可以再次利用排出气体对供气流路中的空气增湿。

在一些具体的实施方式中，参考图1所示，所述排气流路14设置有排气消声器15。排气消声器15用于减小排出气体的噪声。在一些具体的实施方式中，排气消声器15设置于所述加湿器9的下游，即排出气体经排气流路14依次流经加湿器9、排气消声器15排入大气中。

本公开的另一方面还提供一种车辆，该车辆包括上述的燃料电池通风控制系统，并具有上述燃料电池通风控制系统所有的优点。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种燃料电池通风控制系统，其特征在于，所述燃料电池通风控制系统包括电堆模块(10)和空压机(2)，所述电堆模块(10)设置于壳体(11)中，且所述电堆模块(10)与所述壳体(11)之间设有气流通道(12)；

所述燃料电池通风控制系统包括供气流路(3)、控制流路(4)和换气流路(5)，所述空压机(2)的出口通过所述供气流路(3)与所述电堆模块(10)连通，以为所述电堆模块(10)内部的电化学反应提供所需气体；所述控制流路(4)连接在所述空压机(2)的出口和进口之间，且所述控制流路(4)通过所述换气流路(5)与所述气流通道(12)连通，所述控制流路(4)与所述换气流路(5)的接口处设置有文丘里通道结构，以在所述接口处借助由所述空压机(2)产生的高压气体所引起的负压而将所述气流通道(12)内的气体吸入所述控制流路(4)中。

2.根据权利要求1所述的燃料电池通风控制系统，其特征在于，所述文丘里通道结构构造为文丘里管(6)，该文丘里管(6)的进气口(61)与所述空压机(2)的出口连通、排气口(62)与所述空压机(2)的进口连通、引射孔(63)与所述换气流路(5)连通。

3.根据权利要求2所述的燃料电池通风控制系统，其特征在于，所述控制流路(4)设置有位于所述文丘里管(6)的所述进气口(61)的上游的控制开关(7)。

4.根据权利要求1所述的燃料电池通风控制系统，其特征在于，所述气流通道(12)内设置有湿度传感器(13)。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的燃料电池通风控制系统，其特征在于，所述燃料电池通风控制系统还包括空气滤清器(1)，该空气滤清器(1)的出口与所述空压机(2)的进口连通，且所述控制流路(4)连通于所述空气滤清器(1)和所述空压机(2)之间的管路。

6.根据权利要求1-4中任意一项所述的燃料电池通风控制系统，其特征在于，所述供气流路(3)设置有自所述空压机(2)的出口至所述电堆模块(10)依次布置的中冷器(8)和加湿器(9)。

7.根据权利要求6所述的燃料电池通风控制系统，其特征在于，所述燃料电池通风控制系统包括排气流路(14)，所述排气流路(14)连通于所述电堆模块(10)。

8.根据权利要求7所述的燃料电池通风控制系统，其特征在于，所述排气流路(14)穿过所述加湿器(9)且于所述加湿器(9)内与所述供气流路(3)流经加湿器(9)的气体进行湿度交换。

9.根据权利要求7所述的燃料电池通风控制系统，其特征在于，所述排气流路(14)设置有排气消声器(15)。

10.一种车辆，其特征在于，该车辆包括权利要求1-9中任意一项所述的燃料电池通风控制系统。

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