CN217485494U - 燃料电池系统和具有其的车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种燃料电池系统和具有其的车辆，所述燃料电池系统包括：空压机，所述空压机的进口与空气气源连通；第一换热装置，所述第一换热装置包括气气换热部，所述气气换热部具有氢气流道和空气流道，所述氢气流道的进口与液氢源连通，所述空气流道的进口与所述空压机的出口连通；电堆，所述电堆上设有电堆空气进口、电堆氢气进口、电堆冷却液进口和电堆冷却液出口，所述电堆空气进口与所述空气流道的出口连通，所述电堆氢气进口与所述氢气流道的出口连通。根据本实用新型实施例的燃料电池系统具有成本低、延长车辆续航、集成度高等优点。

Description

燃料电池系统和具有其的车辆

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体而言，涉及一种燃料电池系统和具有所述燃料电池系统的车辆。

背景技术

燃料电池系统由电堆和系统辅助零部件组成，辅助零部件可划分为氢气路、空气路和冷却路，氢气路为电堆内电化学反应提供合适温、湿度的氢气流量；空气路为电堆内电化学反应提供合适温、湿度的空气流量；冷却路为电堆提供合适温度的冷却液流量，带走电堆电化学反应产生的多余热量。

由于储氢装置中的氢气为低温高压液态氢，燃料电池系统的反应温度为60-90℃，因此储氢装置中的氢气在进入燃料电池系统之前需要进行降压和升温，在相关技术中的燃料电池系统中，液氢汽化采用水浴式换热器，利用高温水与液氢进行换热对液氢进行汽化，然后采用板式换热器，同样利用高温水换热，将低温气氢升温到适合电堆反应所需的高温氢气。在系统启动初期，需用PTC加热装置加热水浴式换热器内的介质，而采用PTC加热装置加热，不仅对系统安全性要求等级较高，而且需损耗电池包储存的电能，降低整车的续航，此外水浴式换热器所需体积较大，不利于系统集成。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种燃料电池系统，该燃料电池系统具有成本低、延长车辆续航、集成度高等优点。

本实用新型还提出一种具有所述燃料电池系统的车辆。

为实现上述目的，根据本实用新型的第一方面的实施例提出一种燃料电池系统，所述燃料电池系统包括与电堆相连通的氢气路、空气路和冷却路，所述燃料电池系统包括：空压机，所述空压机的进口与空气气源连通；第一换热装置，所述第一换热装置包括气气换热部，所述气气换热部具有氢气流道和空气流道，所述氢气流道的进口与液氢源连通，所述空气流道的进口与所述空压机的出口连通；电堆，所述电堆上设有电堆空气进口、电堆氢气进口、电堆冷却液进口和电堆冷却液出口，所述电堆空气进口与所述空气流道的出口连通，所述电堆氢气进口与所述氢气流道的出口连通。

根据本实用新型实施例的燃料电池系统，具有成本低、延长车辆续航、集成度高等优点。

另外，根据本实用新型上述实施例的燃料电池系统还可以具有如下附加的技术特征：

根据本实用新型的一个实施例，所述燃料电池系统进一步包括：水泵和散热器，所述水泵的第一进口与所述电堆冷却液出口相连通，所述散热器的第一出口与电堆冷却液进口相连通。

根据本实用新型的一个实施例，所述第一换热装置还包括气液换热部，所述气液换热部具有第一气体流道和第一液体流道，所述第一气体流道的进口与所述空气流道的出口相连，所述第一气体流道的出口与所述电堆空气进口连通，所述第一液体流道的进口与所述散热器的第二出口连通，所述第一液体流道的出口与所述水泵的第二进口相连通。

根据本实用新型的一个实施例，所述燃料电池系统还包括第二换热装置，所述第二换热装置内具有第二气体流道和第二液体流道，所述第二气体流道分别与所述氢气流道的出口和所述电堆氢气进口连通，所述第二液体流道分别与所述水泵的出口和所述散热器的进口连通。

根据本实用新型的一个实施例，所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括加湿装置，所述加湿装置分别与所述第一气体流道的出口和所述电堆空气进口连通。

根据本实用新型的一个实施例，所述燃料电池系统还包括氢循环装置，所述氢循环装置分别与所述第二气体流道的出口和所述电堆氢气进口连通。

根据本实用新型的一个实施例，所述空压机的进口通过过滤器与大气连通。

根据本实用新型的一个实施例，所述第一换热装置为中冷器。

根据本实用新型的一个实施例，所述第一换热器的长度为100-300毫米；所述氢气流道和所述空气流道的内径为10-19毫米。

根据本实用新型的第二方面的实施例提出一种车辆，所述车辆包括根据本实用新型的第一方面的实施例所述的燃料电池系统。

根据本实用新型实施例的车辆，通过利用根据本实用新型的第一方面的实施例所述的燃料电池系统，具有成本低、续航长、集成度高等优点。

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

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本实用新型实施例的燃料电池系统的结构示意图。

附图标记：燃料电池系统1、空压机10、第一换热装置20、气气换热部21、气液换热部22、电堆30、第二换热装置40、加湿装置50、氢循环装置60、散热器70、水泵80、空气气源2、液氢源3。

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，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

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，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，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，或一体地连接；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，可以是两个元件内部的连通。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中的具体含义。

下面参考附图描述根据本实用新型实施例的燃料电池系统1。

如图1所示，根据本实用新型实施例的燃料电池系统1包括与电堆30相连通的氢气路、空气路和冷却路。

根据本实用新型实施例的燃料电池系统1包括空压机10、第一换热装置20和电堆30。

空压机10的进口与空气气源2连通。第一换热装置20包括气气换热部21，气气换热部21具有氢气流道和空气流道，所述氢气流道的进口与液氢源3连通，所述空气流道的进口与空压机10的出口连通。电堆30上设有电堆空气进口、电堆氢气进口、电堆冷却液进口和电堆冷却液出口，所述电堆空气进口与所述空气流道的出口连通，所述电堆氢气进口与所述氢气流道的出口连通。

根据本实用新型实施例的燃料电池系统1，通过设置空压机10，利用空压机10对空气进行压缩，空气从空压机10的进口进入后经过空压机10压缩后温度升高，进入气气换热部21与通过气气换热部21的液氢进行热交换，对液氢进行加热汽化。这样通过压缩后的温度较高的空气对液氢进行加热汽化，相比相关技术中采用PTC加热装置进行加热的方式，可以省去PTC加热装置的设置，不仅可以降低系统对安全性的要求等级，降低燃料电池系统1的整体成本，而且无需消耗电池包存储的电能，降低对整车续航的影响，提高车辆的续航能力。

此外，由于采用气气换热部21利用空气与液氢换热，相比相关技术中采用水浴换热器的方式，可以降低第一换热装置20的体积，便于燃料电池系统1的集成，提高燃料电池系统1的集成度。

因此，根据本实用新型实施例的燃料电池系统1具有成本低、延长车辆续航、集成度高等优点。

下面参考附图描述根据本实用新型具体实施例的燃料电池系统1。

在本实用新型的一些具体实施例中，如图1所示，根据本实用新型实施例的燃料电池系统1包括空压机10、第一换热装置20和电堆30。

具体地，如图1所示，燃料电池系统1进一步包括散热器70和水泵80，水泵80的第一进口与所述电堆冷却液出口相连通，散热器70的第一出口与电堆冷却液进口相连通。

更为具体地，如图1所示，第一换热装置20还包括气液换热部22，气液换热部22具有第一气体流道和第一液体流道，所述第一气体流道的进口与所述空气流道的出口相连，所述第一气体流道的出口与所述电堆空气进口连通，所述第一液体流道的进口与散热器70的第二出口连通，所述第一液体流道的出口与水泵80的第二进口相连通。这样可以使经过气气换热部21的空气再经过气液换热部22，在气液换热部22内使空气与电堆30排出的高温冷却液进行热交换，提高空气的温度，为电堆30内的电化学反应提供合适温度的空气。

进一步地，如图1所示，燃料电池系统1还包括第二换热装置40，第二换热装置40内具有第二气体流道和第二液体流道，所述第二气体流道分别与所述氢气流道的出口和所述电堆氢气进口连通，所述第二液体流道分别与水泵80的出口和散热器70的进口连通。这样可以使经过气气换热部21的汽化后的氢气进入第二换热装置40，在第二换热装置40内与电堆30排出的高温冷却液进行热交换，提高氢气的温度，为电堆30内的电化学反应提供合适温度的氢气。此外，冷却液先经过第二换热装置40再经过气液换热部22，可以充分利用冷却液中的热量。

具体而言，第二换热装置40可以为板式换热器。

换言之，所述冷却路包括两条循环流路，其中一条由电堆30依次经过水泵80、第二换热装置40、散热器70后回到电堆30，另一条由水泵80依次经过第二换热装置40、散热器70、第一换热装置20的气液换热部22后回到水泵80。

具体而言，图1中实线表示冷却路，间隔较大的虚线表示氢气路，间隔较小的虚线表示空气路。

有利地，如图1所示，燃料电池系统1还包括加湿装置50，加湿装置50分别与所述第一气体流道的出口和所述电堆空气进口连通。这样可以利用加湿装置50对经过气液换热部22加热后的空气进行加湿，为电堆30内的电化学反应提供合适湿度的空气。

更为有利地，如图1所示，燃料电池系统1还包括氢循环装置60，氢循环装置60分别与所述第二气体流道的出口和所述电堆氢气进口连通。具体而言，氢循环装置60可以使氢气在内部循环，并调节供给给电堆30的氢气流量，氢气通入电堆30后参与电堆30内的电化学反应，未完全反应的氢气回到氢循环装置60中继续循环。这样可以提高氢气的利用率。

可选地，空压机10的进口通过过滤器与大气连通。这样可以实现空气的通入，而且过滤器可以对空气进行过滤，避免杂质进入后续流路。

在本实用新型的一些示例中，第一换热装置20为中冷器。具体而言，第一换热装置20可以为车辆的中冷器。这样可以利用车辆原有的中冷器，而无需额外设置其他换热装置。

可选地，第一换热装置20的长度为100-300毫米。这样不仅可以使空气与氢气以及空气与冷却液具有足够的换热空间以保证换热效果，而且可以便于控制第一换热装置20的尺寸，便于第一换热装置20的集成，提高燃料电池系统1的集成度。

进一步地，所述氢气流道和所述空气流道的内径为10-19毫米。这样可以便于保证氢气和空气的换热效果。

下面描述根据本实用新型实施例的车辆。根据本实用新型实施例的车辆包括根据本实用新型上述实施例的燃料电池系统1。

根据本实用新型实施例的车辆，通过利用根据本实用新型上述实施例的燃料电池系统1，具有成本低、续航长、集成度高等优点。

根据本实用新型实施例的车辆的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种燃料电池系统，包括与电堆相连通的氢气路、空气路和冷却路，其特征在于，包括：

空压机，所述空压机的进口与空气气源连通；

第一换热装置，所述第一换热装置包括气气换热部，所述气气换热部具有氢气流道和空气流道，所述氢气流道的进口与液氢源连通，所述空气流道的进口与所述空压机的出口连通；

电堆，所述电堆上设有电堆空气进口、电堆氢气进口、电堆冷却液进口和电堆冷却液出口，所述电堆空气进口与所述空气流道的出口连通，所述电堆氢气进口与所述氢气流道的出口连通。

2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，进一步包括：

水泵和散热器，所述水泵的第一进口与所述电堆冷却液出口相连通，所述散热器的第一出口与电堆冷却液进口相连通。

3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，所述第一换热装置还包括气液换热部，所述气液换热部具有第一气体流道和第一液体流道，所述第一气体流道的进口与所述空气流道的出口相连，所述第一气体流道的出口与所述电堆空气进口连通，所述第一液体流道的进口与所述散热器的第二出口连通，所述第一液体流道的出口与所述水泵的第二进口相连通。

4.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括第二换热装置，所述第二换热装置内具有第二气体流道和第二液体流道，所述第二气体流道分别与所述氢气流道的出口和所述电堆氢气进口连通，所述第二液体流道分别与所述水泵的出口和所述散热器的进口连通。

5.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括加湿装置，所述加湿装置分别与所述第一气体流道的出口和所述电堆空气进口连通。

6.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括氢循环装置，所述氢循环装置分别与所述第二气体流道的出口和所述电堆氢气进口连通。

7.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述空压机的进口通过过滤器与大气连通。

8.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述第一换热装置为中冷器。

9.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述第一换热器的长度为100-300毫米；所述氢气流道和所述空气流道的内径为10-19毫米。

10.一种车辆，其特征在于，包括根据权利要求1-9中任一项所述的燃料电池系统。

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