CN217214785U - 一种燃料电池系统及氢能汽车 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种燃料电池系统及氢能汽车，包括电堆、增湿器、分流控制阀和蒸发器；增湿器与电堆的空气进气管和空气出气管相连；增湿器上设总进气管和总排气管，总进气管上设空压机和中冷器，中冷器设于空压机和增湿器之间，中冷器的第一进口与空压机连接，中冷器的第一出口与增湿器连接；分流控制阀的入口用于连接液氢罐，分流控制阀的两个出口分别与中冷器的第二进口和蒸发器的入口连通，蒸发器的入口还与中冷器的第二出口连通，蒸发器的出口与电堆的氢气进气管连通。通过液氢的低温吸收压缩后空气的热量，又利用压缩空气的高温热量来气化液氢，达到不增加散热风扇功率和水泵功率的前提下对压缩后的空气进行冷却的目的，提高系统效率。

Description

一种燃料电池系统及氢能汽车

技术领域

本实用新型涉及氢能汽车技术领域，尤其涉及一种燃料电池系统及氢能汽车。

背景技术

燃料电池系统是氢能汽车最重要的部分，燃料电池系统为氢能汽车运行提供动力，燃料电池最核心的部分为电堆，现有氢燃料电池系统的空气路用空压机提供一定压力和流量的气体，空气温度经空压机压缩后，会上升超过电堆所耐受的最高温度，因此需要对压缩后的空气进行冷却，现有技术方案大多是通过热管理系统的冷却水对压缩后空气进行冷却，但如此会增加散热风扇功率和水泵功率，增大附件消耗，减少系统效率。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的实施例提供了一种燃料电池系统，旨在不增加散热风扇功率和水泵功率的前提下对压缩后的空气进行冷却，提高系统效率。

本实用新型的实施例提供一种燃料电池系统，包括电堆、增湿器、总进气管、总排气管、空压机、分流控制阀以及蒸发器；其中，

所述电堆上设置有空气进气管、空气出气管、氢气进气管；

所述增湿器通过所述空气进气管和所述空气出气管与电堆相连；

所述总进气管连接于所述增湿器上，所述空压机设置于所述总进气管上，所述总进气管上还设有中冷器，所述中冷器设于所述空压机和所述增湿器之间，所述中冷器包括第一进口、第二进口、第一出口和第二出口，所述第一进口与所述空压机连接，所述第一出口与所述增湿器连接；

所述总排气管连接于所述增湿器上，所述总排气管上设有一节气阀；

所述分流控制阀设有一个入口和两个出口，所述分流控制阀的入口用于连接液氢罐，所述分流控制阀的两个出口分别与所述中冷器的第二进口和蒸发器的入口连通，所述蒸发器的入口还与所述中冷器的第二出口连通，所述蒸发器的出口与所述氢气进气管连通。

可选地，所述电堆上还设有排水管，所述排水管上依次设有分水器、循环泵和单向阀，所述单向阀一端与所述氢气进气管连通；

所述中冷器、所述分流控制阀和所述蒸发器构成第一回路；

所述中冷器、所述蒸发器、所述电堆和所述增湿器构成第二回路；

所述氢气进气管、所述电堆、所述氢气出气管、所述分水器，所述循环泵和所述单向阀构成第三回路。

可选地，所述空气进气管上设有温度传感器。

可选地，所述总进气管上端部还设有一空气过滤器，所述空气过滤器过滤进入电堆中的空气中的杂质。

可选地，所述总进气管上还设有一气体流量计，所述气体流量计位于所述空气过滤器与所述空压机之间，所述气体流量计用于感测所述总进气管的总进气量。

可选地，所述蒸发器的出口处还设有一氢气过滤器，所述氢气过滤器过滤进入电堆中的氢气中的杂质。

可选地，所述蒸发器的出口与所述氢气过滤器之间还设有减压阀，用于调控氢气的压力。

可选地，所述排水管上还设有一排水支路，所述排水支路一端与所述分水器连通，所述排水支路上设有排水阀。

可选地，所述分流控制阀为电控阀。

本实用新型还提供一种氢能汽车，包括如上所述的燃料电池系统。

本实用新型的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本实用新型的燃料电池系统通过在空压机和增湿器之间设置中冷器，并在中冷器上连接有液氢罐的分流控制器和蒸发器，可以利用液氢的低温去吸收压缩后空气的热量。液氢从液氢罐出来后通过分流控制阀一部分进入中冷器，另一部分进入蒸发器，进入中冷器的液氢利用其低温特性带走压缩空气的热量，从而降低压缩空气的温度，确保电堆高效率运行的同时，经过中冷器的液氢和从分流控制阀中流出的另一部分液氢最后都进入到蒸发器中吸收周围热量或其它热量形成气态氢气通过氢气进气管进入电堆，既充分利用了液氢的低温特性，又充分利用了压缩空气的高温热量，使得整个燃料系统的能量被充分利用，从而达到不增加散热风扇功率和水泵功率的前提下对压缩后的空气进行冷却的目的，并提高了系统效率。

附图说明

图1是本实用新型提供的燃料电池系统一实施例的结构示意图。

图中：燃料电池系统100、电堆1、空气进气管11、空气出气管12、氢气进气管13、排水管14、分水器141、循环泵142、单向阀143、温度传感器15、排水支路16、排水阀161、增湿器2、总进气管3、空气过滤器31、气体流量计32、总排气管4、空压机5、分流控制阀6、蒸发器7、氢气过滤器71、减压阀72、中冷器8、节气阀9、液氢罐10。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地描述。

本实用新型提供一种氢能汽车，包括一种燃料电池系统，只要包含所述燃料电池系统的氢能汽车都属于本实用新型所保护的氢能汽车。

请参考图1，本实用新型提供的一种燃料电池系统100，包括电堆1、增湿器2、总进气管3、总排气管4、空压机5、分流控制阀6以及蒸发器7；其中，所述电堆1上设置有空气进气管11、空气出气管12、氢气进气管13；所述增湿器2通过所述空气进气管11和所述空气出气管12与电堆1相连；所述总进气管3连接于所述增湿器2上，所述空压机5设置于所述总进气管3上，所述总进气管3上还设有中冷器8，所述中冷器8设于所述空压机5和所述增湿器2之间，所述中冷器8包括第一进口、第二进口、第一出口和第二出口，所述第一进口与所述空压机5连接，所述第一出口与所述增湿器2连接；所述总排气管4连接于所述增湿器2上，所述总排气管4上设有一节气阀9；所述分流控制阀6设有一个入口和两个出口，所述分流控制阀6的入口用于连接液氢罐10，所述分流控制阀6的两个出口分别与所述中冷器8的第二进口和蒸发器7的入口连通，所述蒸发器7的入口还与所述中冷器8的第二出口连通，所述蒸发器7的出口与所述氢气进气管13连通。

通过在空压机5和增湿器2之间设置中冷器8，并在中冷器8上连接有液氢罐10的分流控制器和蒸发器7，可以利用液氢的低温去吸收压缩后空气的热量。液氢从液氢罐10出来后通过分流控制阀6一部分进入中冷器8，另一部分进入蒸发器7，进入中冷器8的液氢利用其低温特性带走压缩空气的热量，从而降低压缩空气的温度，确保电堆1高效率运行的同时，经过中冷器8的液氢和从分流控制阀6中流出的另一部分液氢最后都进入到蒸发器7中吸收周围热量或其它热量形成气态氢气通过氢气进气管13进入电堆1，既充分利用了液氢的低温特性，又充分利用了压缩空气的高温热量，使得整个燃料系统的能量被充分利用，从而达到不增加散热风扇功率和水泵功率的前提下对压缩后的空气进行冷却的目的，并提高了系统效率。

进一步地，所述电堆1上还设有排水管14，所述排水管14上依次设有分水器141、循环泵142和单向阀143，所述单向阀143一端与所述氢气进气管13连通。利用电堆1的排水管14中的冷却水，通过依次设置分水器141、循环泵142和单向阀143与氢气进气管13连通，从而利用冷却水对进入电堆1内的压缩空气进行进一步冷却，进一步地降低散热风扇功率和水泵功率，减小附件消耗，提高系统效率。通过循环泵142和单向阀143可以实现水的循环利用。所述排水管14上还设有一排水支路16，所述排水支路16一端与所述分水器141连通，所述排水支路16上设有排水阀161，通过设置排水支路16，在排水支路16上设置排水阀161，可以排除系统中多余的水。

所述中冷器8、所述分流控制阀6和所述蒸发器7构成第一回路。第一回路是利用液氢的低温特性来降低压缩空气的热量，液氢吸收压缩空气的热量后进入蒸发器7，从而转化为气态氢供电堆1利用。

所述中冷器8、所述蒸发器7、所述电堆1和所述增湿器2构成第二回路。第二回路是整个电池燃料系统中为电堆1提供氢气。

所述氢气进气管13、所述电堆1、所述氢气出气管、所述分水器141，所述循环泵142和所述单向阀143构成第三回路。第三回路是利用冷却水循环为电堆1进一步降低压缩空气的热量。

进一步地，所述空气进气管11上设有温度传感器15。通过在空气进气管11上设置温度传感器15，可以实时监控进入电堆1的压缩空气的温度，从而便于调节分流控制阀6进入中冷器8中液氢出口的开度。当温度过高时，可以加大进入中冷器8的液氢量，当温度较低时，可以减少进入中冷器8的液氢量。

进一步地，所述总进气管3上端部还设有一空气过滤器31，所述空气过滤器31过滤进入电堆1中的空气中的杂质。所述总进气管3上还设有一气体流量计32，所述气体流量计32位于所述空气过滤器31与所述空压机5之间，所述气体流量计32用于感测所述总进气管3的总进气量。所述蒸发器7的出口处还设有一氢气过滤器71，所述氢气过滤器71过滤进入电堆1中的氢气中的杂质。所述蒸发器7的出口与所述氢气过滤器71之间还设有减压阀72，用于调控氢气的压力，以匹配燃料电池系统100的工作压力。

进一步地，所述分流控制阀6为电控阀，此外，减压阀72和排水阀161也为电控阀，且均为氢能汽车的中控单元连接，氢能汽车的中控单元通过控制分流控制阀6的出入口的开度，即可达到调节进入中冷器8的液氢量，氢能汽车的中控单元也可监测温度传感器15获取的温度值来进行控制。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种燃料电池系统，其特征在于，包括电堆、增湿器、总进气管、总排气管、空压机、分流控制阀以及蒸发器；其中，

所述电堆上设置有空气进气管、空气出气管、氢气进气管；

所述增湿器通过所述空气进气管和所述空气出气管与电堆相连；

所述总进气管连接于所述增湿器上，所述空压机设置于所述总进气管上，所述总进气管上还设有中冷器，所述中冷器设于所述空压机和所述增湿器之间，所述中冷器包括第一进口、第二进口、第一出口和第二出口，所述第一进口与所述空压机连接，所述第一出口与所述增湿器连接；

所述总排气管连接于所述增湿器上，所述总排气管上设有一节气阀；

所述分流控制阀设有一个入口和两个出口，所述分流控制阀的入口用于连接液氢罐，所述分流控制阀的两个出口分别与所述中冷器的第二进口和蒸发器的入口连通，所述蒸发器的入口还与所述中冷器的第二出口连通，所述蒸发器的出口与所述氢气进气管连通。

2.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述电堆上还设有排水管，所述排水管上依次设有分水器、循环泵和单向阀，所述单向阀一端与所述氢气进气管连通；

所述中冷器、所述分流控制阀和所述蒸发器构成第一回路；

所述中冷器、所述蒸发器、所述电堆和所述增湿器构成第二回路；

所述氢气进气管、所述电堆、所述排水管、所述分水器，所述循环泵和所述单向阀构成第三回路。

3.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述空气进气管上设有温度传感器。

4.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述总进气管上端部还设有一空气过滤器，所述空气过滤器过滤进入电堆中的空气中的杂质。

5.如权利要求4所述的燃料电池系统，其特征在于，所述总进气管上还设有一气体流量计，所述气体流量计位于所述空气过滤器与所述空压机之间，所述气体流量计用于感测所述总进气管的总进气量。

6.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述蒸发器的出口处还设有一氢气过滤器，所述氢气过滤器过滤进入电堆中的氢气中的杂质。

7.如权利要求6所述的燃料电池系统，其特征在于，所述蒸发器的出口与所述氢气过滤器之间还设有减压阀，用于调控氢气的压力。

8.如权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，所述排水管上还设有一排水支路，所述排水支路一端与所述分水器连通，所述排水支路上设有排水阀。

9.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述分流控制阀为电控阀。

10.一种氢能汽车，其特征在于，包括如权利要求1-9任意一项所述的燃料电池系统。

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