CN216671701U - 一种车用燃料电池系统及车辆 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种车用燃料电池系统，包括：燃料电池堆；与燃料电池堆的阳极输入端口连通的进气管路；用于提供氢气的氢气源；分别与燃料电池堆的阳极输出端口和进气管路连通的循环管路；用于将循环管路中的流体泵入进气管路中；设置在进气管路与燃料电池堆的阳极输入端口之间的第一分离器，用于将进气管路中的流体中的气体和液体进行分离，并将气体输入燃料电池堆中；设置在燃料电池堆的输出端口与循环管路之间的第二分离器，用于将燃料电池堆输出的流体中的气体和液体进行分离，并将气体输入循环管路；分流管路，连通所述第一分离器和第二分离器的分流管路。本申请提供的车用燃料电池系统，可有效避免液态水进入燃料电池堆中。

Description

一种车用燃料电池系统及车辆

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种车用燃料电池系统及车辆。

背景技术

目前，国内和国际上燃料电池新能源交通工具，特别是车辆运行过程，出现冷凝水的水回流，直接进入燃料电池堆的问题。这一现象造成了二种后果：一是严重降低了燃料电池堆的工作稳定性和工作效率；二是严重缩短了燃料电池堆的工作寿命。

实用新型内容

为了克服上述问题，本申请的实施例提供了一种车用燃料电池系统及车辆，可有效避免液态水进入燃料电池堆中，避免燃料电池堆中发生进水而导致的降低工作寿命的情况，同时提高了燃料电池堆的工作稳定性和工作效率。

为了达到上述目的，本申请的实施例采用如下技术方案：

第一方面，本申请提供一种车用燃料电池系统，包括：燃料电池堆、进气管路、氢气源、循环管路、氢能泵、第一分离器、第二分离器和分流管路，其中，燃料电池堆包括阳极和阴极，所述阳极具有输入端口和输出端口；进气管路与所述输入端口连通；氢气源用于提供氢气，与所述进气管路连通；循环管路分别与所述输出端口和进气管路连通，用于将输出端口输出的流体通入进气管路；氢能泵包括进口端和出口端，所述进口端与所述循环管路连通，所述出口端与所述进气管路连通，用于将循环管路和进气管路中的流体泵入所述燃料电池堆的阳极；第一分离器设置在所述进气管路与所述输入端口之间，用于将进气管路中的流体中的气体和液体进行分离，并将气体输入所述输入端口；第二分离器设置在所述输出端口与所述循环管路之间，用于将所述输出端口输出的流体中的气体和液体进行分离，并将气体输入所述循环管路；分流管路连通所述第一分离器和第二分离器，用于将所述第一分离器分离出的液体导流至第二分离器中。

本申请提供的车用燃料电池系统，通过在燃料电池堆的阳极输入端口和输出端口分别设置分离器，分别将进入燃料电池堆的流体和燃料电池堆输出的流体进行气液分离，通过在两个分离器中设置分流管路，将设置在燃料电池堆的阳极的输入端口的分离器分离出的液体导流至设置在燃料电池堆的阳极的输出端的分离器中，然后再将其排出，可有效避免液态水进入燃料电池堆中，避免燃料电池堆中发生进水而导致的降低工作寿命的情况，同时提高了燃料电池堆的工作稳定性和工作效率。

在一个可能的实现中，第一分离器包括第一进口、第一出气口和第一出液口，其中，所述第一进口与所述进气管路连通，所述第一出气口与所述输入端口连通，所述第一出液口与所述分流管路连通。

在另一个可能的实现中，第一分离器包括第一分离腔，所述第一分离腔的内壁上分别开设第一通口、第二通口和第三通口，所述第一通口与所述第一进口连通，所述第二通口与所述第一出气口连通，所述第三通口与所述第一出液口连通；其中，所述第一通口高于所述第二通口设置，所述第二通口高于所述第三通口设置。

在另一个可能的实现中，第二分离器还包括第二进口、第三进口、第二出气口和第二出液口，其中，所述第二进口与所述分流管路连通，所述第三进口与所述输出端口连通，所述第二出气口与所述循环管路连通，所述第二出液口与车辆排出管路连通。

在另一个可能的实现中，第二分离器还包括第二分离腔，所述第二分离腔的内壁上分别开设第四通口、第五通口、第六通口和第七通口，所述第四通口与所述第一进口连通，所述第五通口与所述第二出气口连通，所述第六通口与所述第二进口连通，所述第七通口与所述第二出液口连通；其中，所述第四通口和第五通口均高于所述第六通口设置，所述第六通口高于所述第七通口设置。

在另一个可能的实现中，所述第二出液口设置电磁阀。

在另一个可能的实现中，还包括控制器，所述控制器与所述电磁阀电连接，用于控制所述电磁阀周期性的打开或关闭。

在另一个可能的实现中，所述第一分离器高于第二分离器设置。

在另一个可能的实现中，所述输出端口输出的流体包括液体水、氢气、氮气和水蒸气。

第二方面，本申请提供了一种车辆，包括第一方面所述的车用燃料电池系统。

附图说明

下面对实施例或现有技术描述中所需使用的附图作简单地介绍。

图1为本申请实施例提供的车用燃料电池系统的结构示意图；

图2为图1中的第一分离器41的剖面图；

图3为图1中第二分离器42的剖面图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

在本申请的描述中，术语“中心”、“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申请和简化描述，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申请的限制。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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，还可以是抵触连接或一体的连接；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申请中的具体含义。

图1本申请实施例提供的车用燃料电池系统的结构示意图。如图1所示，车用燃料电池系统包括：燃料电池堆10、氢气源20、进气管路80、循环管路50、氢能泵30、第一分离器41、第二分离器42和分流管路60，其中，燃料电池堆10包括阳极11和阴极12，阳极11具有输入端口111和输出端口112；进气管路80与输入端口111连通；氢气源20用于提供氢气，与进气管路80连通；例如，氢气源20可以为储氢罐，储氢罐内存储有氢气，储氢罐的出口与进气管路连通，实现向进气管路通入氢气，进而为燃料电池堆提供氢气；循环管路50分别与输出端口112和进气管路80连通，用于将输出端口112输出的流体通入进气管路80；氢能泵30包括进口端和出口端，进口端与循环管路50连通，出口端与进气管路80连通，用于将循环管路50和进气管路80中的流体泵入燃料电池堆10的阳极11；第一分离器41设置在进气管路80与输入端口111之间，用于将进气管路80中的流体中的气体和液体进行分离，并将气体通入燃料电池堆10的输入端口111；第二分离器42设置在输出端口112与循环管路50之间，用于将输出端口112输出的流体中的气体和液体进行分离，并将气体输入循环管路50；分流管路60连通第一分离器41和第二分离器42，用于将第一分离器41分离出的液体导流至第二分离器中。

本申请提供的车用燃料电池系统，通过在燃料电池堆的阳极输入端口和输出端口分别设置分离器，分别将进入燃料电池堆的流体和燃料电池堆输出的流体进行气液分离，通过在两个分离器中设置分流管路，将设置在燃料电池堆的阳极的输入端口的分离器分离出的液体导流至设置在燃料电池堆的阳极的输出端的分离器中，然后再将其排出，可有效避免液态水进入燃料电池堆中，避免燃料电池堆中发生进水而导致的降低工作寿命的情况，同时提高了燃料电池堆的工作稳定性和工作效率。

图2为第一分离器的剖面图。如图2所示，第一分离器包括第一进口411、第一出气口412和第一出液口413，其中，第一进口411与进气管路连通，第一出气口412与燃料电池堆的阳极的输入端口连通，第一出液口413与分流管路连通，以将第一分离器分离出的液体，分流至第二分离器中，再从第二分离器中排出，避免燃料电池堆中进入液态水。

第一分离器分离出的液体为液态水，例如冷凝水，在其他示例中，第一分离器的第一出液口413也可以直接与车辆的排出管路连通，将分离出的冷凝水直接通过排出管路排出。

具体的，第一分离器41还包括第一分离腔410，第一分离腔410的内壁上分别开设第一通口、第二通口和第三通口，所述第一通口与第一进口411连通，第二通口与第一出气口412连通，第三通口与第一出液口413连通；其中，第一通口高于第二通口设置，第二通口高于第三通口设置。

例如，第一通口开设在第一分离腔的顶壁上，第二通口开设在第一分离腔的侧壁上，第三通口开设在第一分离腔的底壁上，因为冷凝水相较于氢气更重，冷凝水会沉到第一分离腔的底壁上，并从第三通口排出，氢气会从开设在第一分离腔的侧壁上的通口排出至燃料电池堆，实现冷凝水和氢气的分离。

在另一个示例中，第三通口和第二通口之间设置挡水凸筋，进一步防止冷凝水从第二通口流出。

图3为第二分离器的剖面图。如图3所示，第二分离器包括第二进口421、第三进口423、第二出气口422和第二出液口424，其中，第二进口421与分流管路连通，第三进口423与燃料电池堆的阳极的输出端口连通，第二出气口422与循环管路连通，第二出液口424与车辆排出管路连通。

具体的，第二分离器还包括第二分离腔420，第二分离腔的内壁上分别开设第四通口、第五通口、第六通口和第七通口，第四通口与第一进口421连通，第五通口与第二出气口422连通，第六通口与第二进口423连通，第七通口与第二出液口424连通；其中，第四通口和第五通口均高于第六通口设置，第六通口高于第七通口设置。

例如，第四通口和第五通孔均开开设在第二分离腔的顶壁上，第六通口开设在第二分离腔的侧壁上，第七通口开设在第二分离腔的底壁上，因为冷凝水相较于氢气、水蒸气或氮气等气体更重，冷凝水会沉到第二分离腔的底壁上，并从第七通口排出，氢气和水蒸气会漂浮在冷凝水的上方，并从开设在第二分离腔的顶壁上的第五通口流入到循环管路，再从循环管路重新流入到燃料电池堆的阳极进行再利用，再次实现气液分离。

第二分离器通过分流管路承接第一分类器中分离出的冷凝水，将第一分离器和第二分离器分离出的冷凝水汇集于一处，并从第二分离器的第二出液口424排出，方便对两个分离器分离出的冷凝水进行集中排放。

分流管路是一种高聚合化工管路，用于疏导冷凝水的排出，不流入或不回流到燃料电池堆，而是有序规则的分流到车载排放口。

继续参见图1，第二分离器42的出液口处设置电磁阀70或者气动阀，以控制冷凝水和其他气体的定期排出。

在另一个示例中，车用燃料电池系统还包括控制器(图中未示出)，控制器与电磁阀70电连接，用于控制电磁阀70周期性的打开或关闭，以对第二分离器中的冷凝水、氮气等物质定期排出清洁。

燃料电池堆10中在阳极11和阴极12之间设置质子交换膜13，但是在燃料电池堆10工作过程中，阴极12中的少量氮气会慢慢的从质子交换膜13中通过进入到阳极11，由于氮气并不参加燃料电池堆的化学反应，因此进入到阳极11的少量氮气会从阳极11的输出端112中排出并进入到第二分离器42中，再从第二分离器42中进入循环管路50，进而重新进入燃料电池堆中，但是随着时间的推移，循环管路中的氮气会慢慢累积增加，因此需要定期打开电磁阀70，以将氮气排出，避免过多氮气进入到燃料电池堆的阳极，影响燃料电池堆的反应效率。

在另一个示例中，第二分离器中设置水位传感器，该水位传感器与控制器通信连接，当控制器接收到水位传感器检测到第二分离器的分离腔内的水位超过预设阈值的信号时，则控制电磁阀打开，进行排水，如此实现根据第二分离器中的冷凝水的水位自动排水，避免第二分离器中的冷凝水收集过多的情况发生。

为了便于第一分离器中的冷凝水通过分流管路流入到第二分离器中，第一分离器高于第二分离器设置。

本领域技术人员容易理解的是，燃料电池堆10的阳极11的输出端口112输出的流体可能包括氢气、水蒸气、液态水和氮气。以及上文提及的燃料电池(Fuel Cell)，国家标准(GB/T28816-2012/3.43)载明的释义是：将一种燃料和一种氧化剂的化学能直接转化为电能(直流电)、热和反应产物的电化学装置，例如氢燃料电池。阳极(Anode)，国家标准(GB/T28816-2012/3.2)载明的释义是：燃料的氧化反应发生所在电极。冷凝水(Condensate)，燃料电池运行中或循环供应过程中，经过冷凝工艺产生的液体。

本申请实施例提供的车载燃料电池系统，通过设置第一分离器、第二分离器和分流管路，解决了冷凝水可能滞留、泄漏和回流，造成的燃料电池稳定性和效率故障；确保了燃料电池≥20,000小时的工作寿命。

本申请实施例还提供了一种车辆，包括上文提及的车用燃料电池系统。该车辆包括但不限于轿车、SUV、MPV、大巴车、货车、农用车等车辆。

在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以适合的方式结合。

最后说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种车用燃料电池系统，其特征在于，包括：

燃料电池堆，包括阳极和阴极，所述阳极具有输入端口和输出端口；

进气管路，与所述输入端口连通；

氢气源，用于提供氢气，与所述进气管路连通；

循环管路，分别与所述输出端口和进气管路连通，用于将输出端口输出的流体通入进气管路；

氢能泵，包括进口端和出口端，所述进口端与所述循环管路连通，所述出口端与所述进气管路连通，用于将循环管路和进气管路中的流体泵入所述燃料电池堆的阳极；

第一分离器，设置在所述进气管路与所述输入端口之间，用于将进气管路中的流体中的气体和液体进行分离，并将气体输入所述输入端口；

第二分离器，设置在所述输出端口与所述循环管路之间，用于将所述输出端口输出的流体中的气体和液体进行分离，并将气体输入所述循环管路；

分流管路，连通所述第一分离器和第二分离器，用于将所述第一分离器分离出的液体导流至第二分离器中。

2.根据权利要求1所述的车用燃料电池系统，其特征在于，所述第一分离器包括第一进口、第一出气口和第一出液口；

所述第一进口与所述进气管路连通，所述第一出气口与所述输入端口连通，所述第一出液口与所述分流管路连通。

3.根据权利要求2所述的车用燃料电池系统，其特征在于，所述第一分离器包括第一分离腔，所述第一分离腔的内壁上分别开设第一通口、第二通口和第三通口，所述第一通口与所述第一进口连通，所述第二通口与所述第一出气口连通，所述第三通口与所述第一出液口连通；

所述第一通口高于所述第二通口设置，所述第二通口高于所述第三通口设置。

4.根据权利要求2所述的车用燃料电池系统，其特征在于，所述第二分离器还包括第二进口、第三进口、第二出气口和第二出液口；

所述第二进口与所述分流管路连通，所述第三进口与所述输出端口连通，所述第二出气口与所述循环管路连通，所述第二出液口与车辆排出管路连通。

5.根据权利要求4所述的车用燃料电池系统，其特征在于，所述第二分离器还包括第二分离腔，所述第二分离腔的内壁上分别开设第四通口、第五通口、第六通口和第七通口，所述第四通口与所述第一进口连通，所述第五通口与所述第二出气口连通，所述第六通口与所述第二进口连通，所述第七通口与所述第二出液口连通；

所述第四通口和第五通口均高于所述第六通口设置，所述第六通口高于所述第七通口设置。

6.根据权利要求4所述的车用燃料电池系统，其特征在于，所述第二出液口设置电磁阀。

7.根据权利要求6所述的车用燃料电池系统，其特征在于，还包括控制器，所述控制器与所述电磁阀电连接，用于控制所述电磁阀周期性的打开或关闭。

8.根据权利要求1所述的车用燃料电池系统，其特征在于，所述第一分离器高于第二分离器设置。

9.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的车用燃料电池系统。

Images