CN214477564U - 一种小型高效氢燃料电池系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种小型高效氢燃料电池系统，涉及燃料电池技术领域，包括蓄电池、氢燃料电池电堆、氢气瓶和电源控制器，所述氢燃料电池电堆的进气侧设置有氮氧分离膜，所述氢燃料电池电堆的空气出气侧设置有风机；所述氢气瓶的出气口通过输气管与所述氢燃料电池电堆的氢气进气口连通，所述输气管设置有进气电磁阀；所述电源控制器分别与所述蓄电池、所述风机、所述进气电磁阀电连接。通过在氢燃料电池电堆的空气出气侧设置风机，增加了进入氢燃料电池电堆的空气流量；通过在氢燃料电池电堆的进气侧设置氮氧分离膜，提高空气中的氧含量，从而提高氢燃料电池的发电效率，使得更小体积的氢燃料电池也能产生相同的电量，从而减小氢燃料电池的体积。

Description

一种小型高效氢燃料电池系统

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种小型高效氢燃料电池系统。

背景技术

质子交换膜燃料电池是一种氢气和氧气产生化学反应发电的设备，由于其反应产物为水，因此不会对环境造成污染。随着国家大力发展新能源技术，氢燃料电池已在新能源汽车中批量使用。而小型燃料电池主要应用于无人机领域，当无人机在海拔较高的环境下工作时，由于空气稀薄，参与反应的氧气不足，造成燃料电池发电效率下降，从而影响无人机的正常工作。

实用新型内容

本实用新型提供一种小型高效氢燃料电池系统，用以解决现有技术中氢燃料电池的发电效率容易受到空气中氧含量的影响，以及氢燃料电池体积大的问题。

本实用新型提供一种小型高效氢燃料电池系统，包括：

蓄电池；

氢燃料电池电堆，所述氢燃料电池电堆的进气侧设置有氮氧分离膜，所述氢燃料电池电堆的空气出气侧设置有风机；

氢气瓶，所述氢气瓶的出气口通过输气管与所述氢燃料电池电堆的氢气进气口连通，所述输气管设置有进气电磁阀；

电源控制器，所述电源控制器分别与所述蓄电池、所述风机、所述进气电磁阀电连接。

根据本实用新型提供的小型高效氢燃料电池系统，所述氢燃料电池电堆的双极板的材质为不锈钢或钛。

根据本实用新型提供的小型高效氢燃料电池系统，还包括：

稳压模块，所述稳压模块分别与所述蓄电池、所述电源控制器、所述氢燃料电池电堆的电源输出端电连接，适于调节所述氢燃料电池电堆输出的电压值。

根据本实用新型提供的小型高效氢燃料电池系统，所述稳压模块为DC/DC转换器。

根据本实用新型提供的小型高效氢燃料电池系统，所述氢燃料电池电堆的内部设置有温度传感器，所述温度传感器与所述电源控制器电连接，适于检测所述氢燃料电池电堆内部的温度。

根据本实用新型提供的小型高效氢燃料电池系统，所述氢燃料电池电堆的氢气出气口设置有排气电磁阀，所述排气电磁阀与所述电源控制器电连接。

根据本实用新型提供的小型高效氢燃料电池系统，所述输气管还设置有减压阀，所述减压阀位于所述氢气瓶与所述进气电磁阀之间。

根据本实用新型提供的小型高效氢燃料电池系统，所述氢气瓶的内部压力为10～70Mpa，所述氢燃料电池电堆的氢气反应压力为0.05～0.1Mpa。

根据本实用新型提供的小型高效氢燃料电池系统，所述风机为轴流风机。

本实用新型提供的小型高效氢燃料电池系统，通过在氢燃料电池电堆的空气出气侧设置风机，增加了进入氢燃料电池电堆的空气流量；通过在氢燃料电池电堆的进气侧设置氮氧分离膜，提高空气中的氧含量，从而提高氢燃料电池的发电效率，使得更小体积的氢燃料电池也能产生相同的电量，从而减小氢燃料电池的体积。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型提供的小型高效氢燃料电池系统的结构示意图。

附图标记：101、蓄电池；102、氢燃料电池电堆；103、氢气瓶；104、电源控制器；105、DC/DC转换器；106、轴流风机；107、进气电磁阀；108、排气电磁阀；109、减压阀；110、氮氧分离膜。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不能用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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实施例和简化描述，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实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型实施例中的具体含义。

在本实用新型实施例中，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。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述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实施例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。

图1示例了一种小型高效氢燃料电池系统的结构示意图，如图1所示，小型高效氢燃料电池系统包括蓄电池101、氢燃料电池电堆102、氢气瓶103和电源控制器104，氢燃料电池电堆102的进气侧设置有氮氧分离膜110，氢燃料电池电堆102的空气出气侧设置有风机。氢气瓶103的出气口通过输气管与氢燃料电池电堆102的氢气进气口连通，输气管设置有进气电磁阀107。电源控制器104分别与蓄电池101、风机、进气电磁阀107电连接，电源控制器104适于控制进气电磁阀107的打开与关闭，进而实现控制氢燃料电池电堆102的工作与停止，电源控制器104还适于控制风机的转速。

本实用新型提供的小型高效氢燃料电池系统，通过在氢燃料电池电堆102的空气出气侧设置风机，增加了进入氢燃料电池电堆102的空气流量；通过在氢燃料电池电堆102的进气侧设置氮氧分离膜110，提高空气中的氧含量，从而提高氢燃料电池的发电效率，使得更小体积的氢燃料电池也能产生相同的电量，从而减小氢燃料电池的体积。本实用新型的小型高效氢燃料电池系统用于无人机时，可弥补高海拔环境下电池发电效率不足的缺陷，在正常环境下更是提高了供电的总功率。

根据本实用新型的实施例，氢燃料电池电堆102的双极板的材质为不锈钢或钛，不锈钢或钛材质的双极板具有重量轻和厚度薄的优点，可极大的降低同等功率燃料电池的尺寸和重量。

根据本实用新型的实施例，小型高效氢燃料电池系统还包括稳压模块，稳压模块分别与蓄电池101、电源控制器104、氢燃料电池电堆102的电源输出端电连接，稳压模块适于调节氢燃料电池电堆102输出的电压值，并将稳定后的电压输出给负载设备使用，稳压模块为DC/DC转换器105。

根据本实用新型的实施例，氢燃料电池电堆102的内部设置有温度传感器，温度传感器与电源控制器104电连接，温度传感器适于检测氢燃料电池电堆102内部的温度。在氢燃料电池电堆102的内部设置温度传感器的情况下，电源控制器104还适于根据温度传感器输出的温度反馈信号控制风机的转速，使得风机带走氢燃料电池电堆102化学反应产生的热量。

根据本实用新型的实施例，氢燃料电池电堆102的氢气出气口设置有排气电磁阀108，排气电磁阀108与电源控制器104电连接，在氢燃料电池电堆102的氢气出气口设置排气电磁阀108的情况下，电源控制器104还适于控制排气电磁阀108的打开与关闭。氢气瓶103输出的氢气通过进气电磁阀107进入氢燃料电池电堆102的内部，与空气中的氧气参与反应，未参与反应的氢气通过排气电磁阀108排出。

根据本实用新型的实施例，输气管还设置有减压阀109，减压阀109位于氢气瓶103与进气电磁阀107之间，由于氢气瓶103的内部压力为10～70Mpa，氢燃料电池电堆102的氢气反应压力为0.05～0.1Mpa，由于两者的压差较大，因此需要通过一个或多个减压阀109将氢气降压至所需的工作压力。

根据本实用新型的实施例，风机为轴流风机106，轴流风机106相较于普通风机具有更高的工作效率，增大进入氢燃料电池电堆102的空气流量。

根据本实用新型的实施例，小型高效氢燃料电池系统包括蓄电池101、氢燃料电池电堆102、氢气瓶103、电源控制器104和DC/DC转换器105，氢燃料电池电堆102的进气侧设置有氮氧分离膜110，氢燃料电池电堆102的空气出气侧设置有轴流风机106，氢燃料电池电堆102的内部设置有温度传感器，氢燃料电池电堆102的氢气出气口设置有排气电磁阀108。氢气瓶103的出气口通过输气管与氢燃料电池电堆102的氢气进气口连通，输气管设置有进气电磁阀107和减压阀109，减压阀109位于氢气瓶103与进气电磁阀107之间。电源控制器104分别与蓄电池101、轴流风机106、进气电磁阀107、排气电磁阀108、温度传感器电连接，DC/DC转换器105分别与蓄电池101、电源控制器104、氢燃料电池电堆102的电源输出端电连接。蓄电池101适于为轴流风机106、进气电磁阀107、排气电磁阀108、电源控制器104等用电部件进行供电，在氢燃料电池电堆102工作时，氢燃料电池电堆102还可为蓄电池101充电，蓄电池101可以为锂电池、超级电容、碱性干电池中的任意一种。当氢燃料电池电堆102工作时，当轴流风机106转动，在氮氧分离膜110两侧形成压力差，部分氮气分离后产生30％左右含氧量的富氧空气进入氢燃料电池电堆102与氢气反应，提高了反应效率。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种小型高效氢燃料电池系统，其特征在于，包括：

蓄电池；

氢燃料电池电堆，所述氢燃料电池电堆的进气侧设置有氮氧分离膜，所述氢燃料电池电堆的空气出气侧设置有风机；

氢气瓶，所述氢气瓶的出气口通过输气管与所述氢燃料电池电堆的氢气进气口连通，所述输气管设置有进气电磁阀；

电源控制器，所述电源控制器分别与所述蓄电池、所述风机、所述进气电磁阀电连接。

2.根据权利要求1所述的小型高效氢燃料电池系统，其特征在于，所述氢燃料电池电堆的双极板的材质为不锈钢或钛。

3.根据权利要求1所述的小型高效氢燃料电池系统，其特征在于，还包括：

稳压模块，所述稳压模块分别与所述蓄电池、所述电源控制器、所述氢燃料电池电堆的电源输出端电连接，适于调节所述氢燃料电池电堆输出的电压值。

4.根据权利要求3所述的小型高效氢燃料电池系统，其特征在于，所述稳压模块为DC/DC转换器。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的小型高效氢燃料电池系统，其特征在于，所述氢燃料电池电堆的内部设置有温度传感器，所述温度传感器与所述电源控制器电连接，适于检测所述氢燃料电池电堆内部的温度。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的小型高效氢燃料电池系统，其特征在于，所述氢燃料电池电堆的氢气出气口设置有排气电磁阀，所述排气电磁阀与所述电源控制器电连接。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的小型高效氢燃料电池系统，其特征在于，所述输气管还设置有减压阀，所述减压阀位于所述氢气瓶与所述进气电磁阀之间。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的小型高效氢燃料电池系统，其特征在于，所述氢气瓶的内部压力为10～70Mpa，所述氢燃料电池电堆的氢气反应压力为0.05～0.1Mpa。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的小型高效氢燃料电池系统，其特征在于，所述风机为轴流风机。

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