CN217485501U - 燃料电池氢气浓度控制装置及燃料电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种燃料电池氢气浓度控制装置及燃料电池，涉及燃料电池设备的技术领域，包括电池电堆、电堆箱体、进气机构、排气机构、检测机构和控制机构；进气机构和排气机构能够对电堆箱体内部形成流通，实现了对电堆箱体内的氢气浓度稀释，检测机构检测电堆箱体内的氢气浓度，并将此浓度信息输送至控制机构处，控制机构能够针对电堆箱体内的氢气浓度信息，对应控制排气机构的排气功率，即保证电堆箱体内的流通环境，还能够时刻监测电堆箱体内的氢气浓度信息，保证电堆箱体内的氢气浓度维持在相对稳定的浓度范围内，缓解了现有技术中存在的氢气浓度传感器放置在电堆密封箱内，以及无法稀释电堆箱内氢气浓度的技术问题。

Description

燃料电池氢气浓度控制装置及燃料电池

技术领域

本实用新型涉及燃料电池设备技术领域，尤其是涉及一种燃料电池氢气浓度控制装置及燃料电池。

背景技术

燃料电池发动机为达到IP67防护等级要求，需要使用一个封闭的箱体将电堆封装密闭起来，在发动机工作过程中，电堆会时刻向外渗透少部分氢气，此氢气在电堆封装箱体内部积聚，具有一定的危险性，所以需要在燃料电池的电堆箱体设置有氢气泄漏检测结构。

现有技术中，主要是把氢气浓度传感器放置在电堆密封箱内，在电堆密封箱内顶部检测氢气浓度，如果检测到氢气浓度超过设定值，燃料电池系统会报警停机。

但是，现有技术中的氢气浓度传感器放置在电堆密封箱内，无法稀释电堆箱内氢气浓度，无法准确控制电堆内部温度。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种燃料电池氢气浓度控制装置及燃料电池，以缓解现有技术中存在的氢气浓度传感器放置在电堆密封箱内，以及无法稀释电堆箱内氢气浓度的技术问题。

本实用新型提供的一种燃料电池氢气浓度控制装置，包括：电池电堆、电堆箱体、进气机构、排气机构、检测机构和控制机构；

所述电池电堆容置于所述电堆箱体内部，所述进气机构和所述排气机构分别与所述电堆箱体内部连通，所述进气机构和所述排气机构用于对所述电堆箱体内部形成流通；

所述控制机构分别与所述检测机构和所述排气机构电信号连接，所述检测机构与所述电堆箱体内部连通，所述检测机构用于检测所述电堆箱体内的氢气浓度，并将此浓度信息输送至所述控制机构处，所述控制机构对应控制所述排气机构的排气功率。

在本实用新型较佳的实施例中，所述排气机构包括排气管和自吸泵；

所述排气管与所述电堆箱体内部连通，所述自吸泵与所述排气管远离所述电堆箱体的一端连接，所述自吸泵用于抽吸所述电堆箱体内的气体。

在本实用新型较佳的实施例中，所述检测机构包括氢气浓度探测器；

所述氢气浓度探测器和所述自吸泵分别与所述控制机构电信号连接，所述氢气浓度探测器位于所述自吸泵远离所述排气管的一端，所述氢气浓度探测器与所述自吸泵连通，所述氢气浓度探测器用于检测经所述自吸泵排出气体的氢气浓度信息，并将此氢气浓度信息输送至所述控制机构处，所述控制机构对应控制所述自吸泵的占空比。

在本实用新型较佳的实施例中，所述控制机构预设有氢气浓度档位值，所述控制机构能够根据所述氢气浓度探测器输送的氢气浓度数值对应调节所述自吸泵的占空比。

在本实用新型较佳的实施例中，所述检测机构还包括温度传感器；

所述温度传感器与所述控制机构电信号连接，所述温度传感器与所述电堆箱体内部连通，所述温度传感器用于检测所述电堆箱体内的温度信息，并将此温度信息输送至所述控制机构处，所述控制机构对应控制所述自吸泵的占空比。

在本实用新型较佳的实施例中，所述控制机构预设有温度档位值，所述控制机构能够根据所述温度传感器输送的温度数值对应调节所述自吸泵的占空比。

在本实用新型较佳的实施例中，还包括警报机构；

所述警报机构与所述控制机构电信号连接，所述控制机构预设有氢气浓度阈值和温度阈值，当所述氢气浓度探测器输送的氢气浓度信息达到氢气浓度阈值时，或，当所述温度传感器输送的温度浓度信息达到温度阈值时，所述控制机构用于控制所述自吸泵以占空比100％工作，并对应开始所述警报机构。

在本实用新型较佳的实施例中，所述进气机构包括进气管和空气过滤器；

所述进气管与所述电堆箱体内部连通，所述空气过滤器与所述进气管远离所述电堆箱体的一端连接，所述空气过滤器与外部环境连通，所述空气过滤器用于过滤经所述进气管进入至所述电堆箱体内的空气。

在本实用新型较佳的实施例中，所述进气管位于所述电堆箱体的底部，所述进气管与所述电堆箱体密封连接；

所述排气管位于所述电堆箱体的顶端，所述排气管与所述电堆箱体密封连接。

本实用新型提供的一种燃料电池，包括所述的燃料电池氢气浓度控制装置。

本实用新型提供的一种燃料电池氢气浓度控制装置，包括：电池电堆、电堆箱体、进气机构、排气机构、检测机构和控制机构；电池电堆容置于电堆箱体内部，进气机构和排气机构分别与电堆箱体内部连通，进气机构和排气机构能够对电堆箱体内部形成流通，即利用进气机构对电堆箱体输送气体，并且利用排气机构将电堆箱体内的混合气体排出，实现了对电堆箱体内的氢气浓度稀释，控制机构分别与检测机构和排气机构电信号连接，检测机构与电堆箱体内部连通，检测机构用于检测电堆箱体内的氢气浓度，并将此浓度信息输送至控制机构处，通过控制机构能够针对电堆箱体内的氢气浓度信息，对应控制排气机构的排气功率，即保证电堆箱体内的流通环境，还能够时刻监测电堆箱体内的氢气浓度信息，保证电堆箱体内的氢气浓度维持在相对稳定的浓度范围内，缓解了现有技术中存在的氢气浓度传感器放置在电堆密封箱内，以及无法稀释电堆箱内氢气浓度的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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为本实用新型实施例提供的燃料电池氢气浓度控制装置的整体结构示意图。

图标：100-电池电堆；200-电堆箱体；300-进气机构；400-排气机构；500-检测机构；600-控制机构；700-警报机构。

具体实施方式

下面将结合实施例对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实施例提供的一种燃料电池氢气浓度控制装置，包括：电池电堆100、电堆箱体200、进气机构300、排气机构400、检测机构500和控制机构600；电池电堆100容置于电堆箱体200内部，进气机构300和排气机构400分别与电堆箱体200内部连通，进气机构300和排气机构400用于对电堆箱体200内部形成流通；控制机构600分别与检测机构500和排气机构400电信号连接，检测机构500与电堆箱体200内部连通，检测机构500用于检测电堆箱体200内的氢气浓度，并将此浓度信息输送至控制机构600处，控制机构600对应控制排气机构400的排气功率。

需要说明的是，本实施例提供的燃料电池氢气浓度控制装置能够对电堆箱体200进行氢气浓度监测的基础上，还能够对电堆箱体200内部形成流通环境，以稀释氢气浓度；具体地，当电池电堆100工作过程中，电堆箱体200对电池电堆100形成封闭空间，为了保证电池电堆100渗漏的氢气吹扫排出，通过进气机构300与电堆箱体200的侧壁密封连接，并且排气机构400也与电堆箱体200的侧壁密封连接，排气机构400可以具有流通动力结构，排气机构400能够使得进气机构300能够将外部环境中的空气输送至电堆箱体200内部，并且排气机构400能够将电堆箱体200内氢气以及空气混合气体排出；其中，检测机构500能够实时对电堆箱体200内部进行监测，控制机构600能够根据电堆箱体200内部的氢气浓度范围，对应控制排气机构400的排气功率，通过控制机构600的控制能够保证电堆箱体200内的氢气浓度处于相对稳定的状态，并且通过控制排气机构400的排气功率能够避免外部气体流通加快，影响电堆箱体200内部的温度范围，避免电堆箱体200内部低温环境，影响电池电堆100的正常工作。

可选地，控制机构600可以采用燃料电池的控制器，即控制机构600可以为燃料电池主控制器(FCU)，是燃料电池发动机系统的控制“大脑”，主要实现对燃料电池系统的在线检测、实时控制及故障诊断，确保系统稳定可靠工作，燃料电池主控制器功能包括气路管理，水热管理，电气管理，通信功能和故障诊断等。

本实施例提供的一种燃料电池氢气浓度控制装置，包括：电池电堆100、电堆箱体200、进气机构300、排气机构400、检测机构500和控制机构600；电池电堆100容置于电堆箱体200内部，进气机构300和排气机构400分别与电堆箱体200内部连通，进气机构300和排气机构400能够对电堆箱体200内部形成流通，即利用进气机构300对电堆箱体200输送气体，并且利用排气机构400将电堆箱体200内的混合气体排出，实现了对电堆箱体200内的氢气浓度稀释，控制机构600分别与检测机构500和排气机构400电信号连接，检测机构500与电堆箱体200内部连通，检测机构500用于检测电堆箱体200内的氢气浓度，并将此浓度信息输送至控制机构600处，通过控制机构600能够针对电堆箱体200内的氢气浓度信息，对应控制排气机构400的排气功率，即保证电堆箱体200内的流通环境，还能够时刻监测电堆箱体200内的氢气浓度信息，保证电堆箱体200内的氢气浓度维持在相对稳定的浓度范围内，缓解了现有技术中存在的氢气浓度传感器放置在电堆密封箱内，以及无法稀释电堆箱内氢气浓度的技术问题。

在上述实施例的基础上，进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，排气机构400包括排气管和自吸泵；排气管与电堆箱体200内部连通，自吸泵与排气管远离电堆箱体200的一端连接，自吸泵用于抽吸电堆箱体200内的气体。

本实施例中，自吸泵可以作为排气管以及进气机构300的动力源，利用自吸泵的工作使得电堆箱体200内部空气流动，可以稀释电堆箱体200内的氢气浓度，排气管可以与电堆箱体200的侧壁密封连接，利用排气管能够保证电堆箱体200内部空气连通的基础上，还能够保证电堆箱体200的IP防护等级。

可选地，排气管还可以设置有阀门，其中阀门可以采用常开阀门，利用阀门能够关闭排气管，使得电堆箱体200在维护或者其他情况下，能够完全密封。

在本实用新型较佳的实施例中，检测机构500包括氢气浓度探测器；氢气浓度探测器和自吸泵分别与控制机构600电信号连接，氢气浓度探测器位于自吸泵远离排气管的一端，氢气浓度探测器与自吸泵连通，氢气浓度探测器用于检测经自吸泵排出气体的氢气浓度信息，并将此氢气浓度信息输送至控制机构600处，控制机构600对应控制自吸泵的占空比。

本实施例中，氢气浓度探测器可以集成于自吸泵的后端的导管中，即氢气浓度探测器能够监测是电堆箱体200内部经稀释后的氢气浓度信息，此时能够更加准确的对电堆箱体200内的氢气浓度范围进行判断，并且控制机构600能够根据氢气浓度探测器输送的氢气浓度信息，控制自吸泵的占空比，即对应调节自吸泵的工作功率。

其中，占空比是指在一个脉冲循环内，通电时间相对于总时间所占的比例，PWM是指脉冲宽度调制(Pulse width modulation，PWM)技术，占空比为PWM占空比，即PWM占空比是一个脉冲周期内,高电平的时间与整个周期时间的比例，单位为％(0％-100％)；本实施例控制机构600能够控制自吸泵的PWM占空比范围为0％-100％，PWM占空比为0％时，自吸泵停止工作，PWM占空比为100％时，自吸泵完全工作。

在本实用新型较佳的实施例中，控制机构600预设有氢气浓度档位值，控制机构600能够根据氢气浓度探测器输送的氢气浓度数值对应调节自吸泵的占空比。

可选地，控制机构600预设的氢气浓度档位可以为氢气浓度范围为低于2％，位于2％-4％之间，高于4％；具体地，当氢气浓度探测器检测到的氢气浓度低于2％时，此时控制机构600采用PWM占空比25％控制自吸泵工作；当氢气浓度探测器检测到的氢气浓度≥2％并＜4％时，此时控制机构600采用PWM占空比60％控制自吸泵工作，当氢气浓度探测器检测到的氢气浓度≥4％时，此时控制机构600采用PWM占空比100％控制自吸泵工作，并控制电池电堆100停止工作。

需要说明的是，电池电堆100在工作过程中，会伴随温度的升高，其中电池电堆100的工作温度为60℃最佳，其中，当进气机构300和排气机构400对电堆箱体200进行空气流动时，会对电堆箱体200进行降温操作。

在本实用新型较佳的实施例中，检测机构500还包括温度传感器；温度传感器与控制机构600电信号连接，温度传感器与电堆箱体200内部连通，温度传感器用于检测电堆箱体200内的温度信息，并将此温度信息输送至控制机构600处，控制机构600对应控制自吸泵的占空比。

本实施例中，温度传感器的探测端可以伸入至电堆箱体200内部，优选地，温度传感器位于电堆箱体200的顶端位置，此时温度传感器能够更加准确的对电堆箱体200内的温度范围进行判断，并且控制机构600能够根据温度传感器输送的温度信息，控制自吸泵的占空比，即对应调节自吸泵的工作功率。

在本实用新型较佳的实施例中，控制机构600预设有温度档位值，控制机构600能够根据温度传感器输送的温度数值对应调节自吸泵的占空比。

可选地，控制机构600预设的温度档位值可以为氢气浓度范围为低于60℃，位于60℃-80℃之间，高于80℃；具体地，当温度传感器检测到的温度数值低于60℃时，此时控制机构600采用PWM占空比25％控制自吸泵工作；当温度传感器检测到的温度数值≥60℃并＜80℃时，此时控制机构600采用PWM占空比60％控制自吸泵工作，当温度传感器检测到的温度数值≥80℃时，此时控制机构600采用PWM占空比100％控制自吸泵工作，并控制电池电堆100停止工作。

在本实用新型较佳的实施例中，还包括警报机构700；警报机构700与控制机构600电信号连接，控制机构600预设有氢气浓度阈值和温度阈值，当氢气浓度探测器输送的氢气浓度信息达到氢气浓度阈值时，或，当温度传感器输送的温度浓度信息达到温度阈值时，控制机构600用于控制自吸泵以占空比100％工作，并对应开始警报机构700。

需要说明的是，控制机构600针对氢气浓度探测器和温度传感器分别为独立的控制方式，即当氢气浓度探测器检测到的氢气浓度低于2％并且同时温度传感器检测到的温度数值低于60℃时，此时控制机构600采用PWM占空比25％控制自吸泵工作；当氢气浓度探测器检测到的氢气浓度≥2％并＜4％，或，温度传感器检测到的温度数值≥60℃并＜80℃任意一个条件满足时，此时控制机构600采用PWM占空比60％控制自吸泵工作；同样地，当氢气浓度探测器检测到的氢气浓度≥4％，或当温度传感器检测到的温度数值≥80℃时任意一个条件满足时，控制机构600采用PWM占空比100％控制自吸泵工作，并控制电池电堆100停止工作，同时开启警报机构700进行报警提醒，以方便工作人员及时得知燃料电池发生异常的情况。

可选地，警报装置可以采用扬声器警报结构。

在本实用新型较佳的实施例中，进气机构300包括进气管和空气过滤器；进气管与电堆箱体200内部连通，空气过滤器与进气管远离电堆箱体200的一端连接，空气过滤器与外部环境连通，空气过滤器用于过滤经进气管进入至电堆箱体200内的空气。

本实施例中，空气过滤器可以布置于进气管的入口端，即当自吸泵工作时，进气管在自吸泵的作用力下通过进气管抽吸外部环境中的空气，空气过滤器能够对进入到进气管内部的空气进行过滤净化，保证进入到电堆箱体200内的空气的干净度，避免了空气中的杂质影响电池电堆100的使用；其中，空气过滤器可以采用现有技术中的空气过滤结构，此处对此不作限定。

可选地，排气管可以与电堆箱体200的侧壁密封连接，利用排气管能够保证电堆箱体200内部空气连通的基础上，还能够保证电堆箱体200的IP防护等级。

为了保证电堆箱体200内部的空气流动完全覆盖电池电堆100四周，进气管和排气管分别位于电堆箱体200相对的两侧；在本实用新型较佳的实施例中，进气管位于电堆箱体200的底部，进气管与电堆箱体200密封连接；排气管位于电堆箱体200的顶端，排气管与电堆箱体200密封连接。

本实施例中，由于经进气管进入到电堆箱体200内部的空气属于冷空气，密度较大，通过进气管与电堆箱体200的连接口位于电堆箱体200的底部，可以在自吸泵的作用下使得空气与电堆箱体200内部的气体充分混合，同时排气管位于电堆箱体200的顶部，可以将完全混合的热气体排出，使得设计更加合理。

本实施例提供的一种燃料电池，包括所述的燃料电池氢气浓度控制装置；由于本实施例提供的燃料电池的技术效果与上述实施例提供的燃料电池氢气浓度控制装置的技术效果相同，此处对此不再赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。

Claims (10)

1.一种燃料电池氢气浓度控制装置，其特征在于，包括：电池电堆、电堆箱体、进气机构、排气机构、检测机构和控制机构；

所述电池电堆容置于所述电堆箱体内部，所述进气机构和所述排气机构分别与所述电堆箱体内部连通，所述进气机构和所述排气机构用于对所述电堆箱体内部形成流通；

所述控制机构分别与所述检测机构和所述排气机构电信号连接，所述检测机构与所述电堆箱体内部连通，所述检测机构用于检测所述电堆箱体内的氢气浓度，并将此浓度信息输送至所述控制机构处，所述控制机构对应控制所述排气机构的排气功率。

2.根据权利要求1所述的燃料电池氢气浓度控制装置，其特征在于，所述排气机构包括排气管和自吸泵；

所述排气管与所述电堆箱体内部连通，所述自吸泵与所述排气管远离所述电堆箱体的一端连接，所述自吸泵用于抽吸所述电堆箱体内的气体。

3.根据权利要求2所述的燃料电池氢气浓度控制装置，其特征在于，所述检测机构包括氢气浓度探测器；

所述氢气浓度探测器和所述自吸泵分别与所述控制机构电信号连接，所述氢气浓度探测器位于所述自吸泵远离所述排气管的一端，所述氢气浓度探测器与所述自吸泵连通，所述氢气浓度探测器用于检测经所述自吸泵排出气体的氢气浓度信息，并将此氢气浓度信息输送至所述控制机构处，所述控制机构对应控制所述自吸泵的占空比。

4.根据权利要求3所述的燃料电池氢气浓度控制装置，其特征在于，所述控制机构预设有氢气浓度档位值，所述控制机构能够根据所述氢气浓度探测器输送的氢气浓度数值对应调节所述自吸泵的占空比。

5.根据权利要求3所述的燃料电池氢气浓度控制装置，其特征在于，所述检测机构还包括温度传感器；

所述温度传感器与所述控制机构电信号连接，所述温度传感器与所述电堆箱体内部连通，所述温度传感器用于检测所述电堆箱体内的温度信息，并将此温度信息输送至所述控制机构处，所述控制机构对应控制所述自吸泵的占空比。

6.根据权利要求5所述的燃料电池氢气浓度控制装置，其特征在于，所述控制机构预设有温度档位值，所述控制机构能够根据所述温度传感器输送的温度数值对应调节所述自吸泵的占空比。

7.根据权利要求5所述的燃料电池氢气浓度控制装置，其特征在于，还包括警报机构；

所述警报机构与所述控制机构电信号连接，所述控制机构预设有氢气浓度阈值和温度阈值，当所述氢气浓度探测器输送的氢气浓度信息达到氢气浓度阈值时，或，当所述温度传感器输送的温度浓度信息达到温度阈值时，所述控制机构用于控制所述自吸泵以占空比100％工作，并对应开始所述警报机构。

8.根据权利要求2-7任一项所述的燃料电池氢气浓度控制装置，其特征在于，所述进气机构包括进气管和空气过滤器；

所述进气管与所述电堆箱体内部连通，所述空气过滤器与所述进气管远离所述电堆箱体的一端连接，所述空气过滤器与外部环境连通，所述空气过滤器用于过滤经所述进气管进入至所述电堆箱体内的空气。

9.根据权利要求8所述的燃料电池氢气浓度控制装置，其特征在于，所述进气管位于所述电堆箱体的底部，所述进气管与所述电堆箱体密封连接；

所述排气管位于所述电堆箱体的顶端，所述排气管与所述电堆箱体密封连接。

10.一种燃料电池，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的燃料电池氢气浓度控制装置。

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