CN218471993U - 一种燃料电池发动机系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及燃料电池发动机系统，包括电堆子系统、空气子系统、氢气子系统以及冷却子系统；电堆子系统包括反应堆以及固定于反应堆两端的两个端板；氢气子系统前处理模块以及氢气喷射器均固定于其中一端板上；空气子系统空压机设于两端板之间区域，且固定于反应堆的一侧面上，并通过配气管路导通至端板上；中冷器设于配气管路上。氢气子系统和空气子系统分别固定于反应堆的端板和侧面上，实现了二者L字型的布局，管路结构简化：同时将氢气前处理器和喷射泵等直接集成于端盖，实现内部流道设计，减小了外部管道；侧面预留出空压机以及中冷器的布局空间，解决了现有燃料电池动力系统分散布置，整车装配困难，整车维护不便的问题。

Description

一种燃料电池发动机系统

技术领域

本实用新型属于燃料电池技术领域，具体的涉及一种集成布局的燃料电池发动机系统。

背景技术

动力系统开发是燃料电池研发的核心内容之一。燃料电池汽车动力系统包括燃料电池发动机子系统、电驱动子系统、能量转换及能量管理子系统、以及相应的辅助系统等。就燃料电池汽车动力系统开发而言，系统庞大但各子系统集成很低，整个动力系统集成度更是非常低。

目前燃料电池整车设计针对燃料电池动力系统都是采用分散布置，并采用支架固定的方式固定零部件，这对燃料电池汽车产业化来讲并不合理。主要存在两方面的问题，第一，无法满足整车装配技术要求；第二，无法满足整车可维护性要求。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种燃料电池发动机系统，以解决现有燃料电池动力系统分散布置，整车装配困难，整车维护不便的问题。

具体方案如下：一种燃料电池发动机系统，包括电堆子系统、空气子系统、氢气子系统以及冷却子系统；该电堆子系统包括反应堆以及固定于反应堆两端的两个端板；

该氢气子系统包括依次导通的前处理模块以及氢气喷射器，该前处理模块以及氢气喷射器均固定于其中一该端板上；

该空气子系统包括依次导通的空压机以及中冷器；该空压机设于两端板之间区域，且固定于该反应堆的一侧面上，并通过配气管路导通至该端板上；该中冷器设于该配气管路上。

本实用新型的进一步技术方案为：定义固定该前处理模块和氢气喷射器的端板为前端板，另一端板为后端板；则两端板分别设于该反应堆的前后两侧，该空压机设于该反应堆的下侧位置；

该配气管路导通至该前端板，且该配气管路以及该氢气喷射器，分别通过一前端板内侧流道导通至该电堆内。

本实用新型的进一步技术方案为：该前端板上还设有一导通至该反应堆歧口的出堆排气管，该出堆排气管上设有一出堆节气门；

该中冷器出口端连接有一空气三通阀，该空气三通阀还并行导通至该前端板的空气内侧流道以及该出堆节气门。

本实用新型的进一步技术方案为：还包括一空气子系统安装板，该空气子系统安装板设于该反应堆的下侧面上，且两端与该前端板和后端板固定连接；该空压机、中冷器均固定于该空气子系统安装板上。

本实用新型的进一步技术方案为：该氢气喷射器包括多个依次串联的电磁阀，最后一级电磁阀出口端通过一安全阀管路导通至该前端板的氢气注入内侧流道。

本实用新型的进一步技术方案为：还包括温度传感器以及压力传感器，该温度传感器和压力传感器设于该安全阀与该前端板之间的管路上。

本实用新型的进一步技术方案为：还包括氢气回流管路：

该氢气回流管路包括依次连通的分水器、氢气循环泵以及氢气回流管，该分水器连通于该前端板上的氢气排出内侧流道，该氢气回流管路连通至该前端板的氢气注入内侧流道。

本实用新型的进一步技术方案为：该冷却子系统包括冷却循环泵，该冷却循环泵固定于该反应堆的下侧位置，且通过循环管路导通至该反应堆的前端板；

该循环管路上串接有一冷却三通管，并通过该冷却三通管与车辆的散热器冷却液相导通。

本实用新型的进一步技术方案为：还包括控制集成器，该控制集成器固定于该反应堆的上侧面；该反应堆的左右两侧面，分别固定有冷却子系统的循环泵控制器以及CVM检修板。

本实用新型的进一步技术方案为：该电堆子系统包括两组上下堆叠的子反应堆；对应的，该前处理包括内设有一氢气分流道，该配气管路连通有一配气模块，以对应导通至两该子反应堆。

有益效果：本实用新型的燃料电池发动机系统，包括电堆子系统、空气子系统、氢气子系统以及冷却子系统；该电堆子系统包括反应堆以及固定于反应堆两端的两个端板；该氢气子系统前处理模块以及氢气喷射器均固定于其中一该端板上；该空气子系统空压机设于两端板之间区域，且固定于该反应堆的一侧面上，并通过配气管路导通至该端板上；该中冷器设于该配气管路上。氢气子系统和空气子系统分别固定于反应堆的端板和侧面上，实现了二者L字型的布局，管路结构简化：同时将氢气前处理器和喷射泵等直接集成于端盖，实现内部流道设计，减小了外部管道；侧面预留出空压机以及中冷器的布局空间，解决了现有燃料电池动力系统分散布置，整车装配困难，整车维护不便的问题。

附图说明

图1示出了本实用新型燃料电池发动机系统正视图；

图2示出了图1的仰视图；

图3示出了图1的右视图；

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本实用新型提供有附图。这些附图为本实用新型揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本实用新型的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。

结合图1至图3所示，该实施例提供了一种燃料电池发动机系统，该燃料电池发动机系统包括电堆子系统、空气子系统、氢气子系统以及冷却子系统。

其中，该电堆子系统包括反应堆以及固定于反应堆两端的两个端板；该实施例中，反应堆是由多个燃料电池单体以串联方式层叠组合构成的反应结构。双极板与膜电极MEA交替叠合，各单体之间嵌入密封件，而后经前、后端板压紧后用螺杆紧固拴牢，即构成该实施例中燃料电池电堆子系统。

该实施例中，该氢气子系统包括依次导通的高压气瓶(图中未示出，独立设置于车架上)、前处理模块4以及氢气喷射器。在该实施例中，为实现氢气管路的内置集成，最小化减小氢气管路外露，该前处理模块4以及氢气喷射器均固定于其中一该端板上；其中，定义固定该前处理模块4和氢气喷射器的端板为前端板，另一端板为后端板，该电堆子系统由后端板朝向前端板方向为向前方向，即两端板分别设于该反应堆的前后两侧位置。

该实施例供氢原理为：

高压氢气由氢瓶前处理模块4内的减压阀减压后输送至氢气喷射器，在该实施例中，该氢气喷射器包括多个依次串联的电磁阀，最后一级电磁阀出口端通过一安全阀管路导通至该前端板的氢气注入内侧流道。

氢气喷射器由5个电磁阀组成，通过控制5个电磁阀的开启频次来控制氢气进堆的流量与压力，该种喷射方式，控制简单，控制精度高，且使用寿命长且维护成本低。通过喷射器后的氢气通入安全阀，安全阀开启压力为310kpa，若待氢喷失控，气体压力≥310kpa后，安全阀开启，气体由安全阀排出至尾排，起到保护电堆的作用，正常情况下，安全阀不工作，氢气直接再经过温度、压力传感器实时检测后，通过前端板内侧流道进入电堆。即在该实施例中，还包括温度传感器以及压力传感器，该温度传感器和压力传感器设于该安全阀与该前端板之间的管路上。该种结构设置，实现了对氢气输送管路的最大化内置集成，大大减小了减压后氢气流道长度，确保检测精度以及供气稳定性。

同时，该前端板上还集成有包括氢气回流管路：该氢气回流管路包括依次连通的分水器8、氢气循环泵2以及氢气回流管，该分水器连通于该前端板上的氢气排出内侧流道，该氢气回流管路连通至该前端板的氢气注入内侧流道。进而，分水器8将反应废气与水进行分离，水通过排水阀排除，将未利用的氢气通入部件2(循环泵)循环回电堆阳极入口再次利用。由于将氢气回流管路也集成于前端板上，其氢气回流管路外露路径短，实现了最大程度的管路内置于电堆子系统内。

该实施例中，该空气子系统包括依次导通的空压机7以及中冷器9：在该实施例中，为进一步减小震动，实现对空气子系统的稳固安装，该实施例还包括一空气子系统安装板，该空气子系统安装板为绝缘平板，其设于该反应堆的下侧面上，且两端与该前端板和后端板固定连接，以实现固定；同时，该空压机7、中冷器9均固定于该空气子系统安装板上。进而，实现了该空压机7和中冷器9设于两端板之间区域，且均集成固定于该反应堆的下侧面上，而后，空压机7的出气口通过一穿过中冷器9的配气管路导通至该端板上，以连通上端板上的内置空气流道，实现与电堆内部导通。该种空气子系统下置方式，其与氢气前处理模块4呈L字型布局，二者之间为电池堆子系统布置空间，实现了压缩机7和中冷器9的避位免干涉，空间布局合理，管路简短，并提高了集成系统的维护简便性。

进一步的，在该实施例中，为实现空气高效进气：该前端板上还设有一导通至该反应堆歧口的出堆排气管，该出堆排气管上设有一出堆节气门5；同时，该中冷器9的出口端连接有一空气三通阀3，该空气三通阀3的另外两端还并行导通至该前端板的空气内侧流道以及该出堆节气门5。

该实施例中，空气路工作原理为：

空气路使用空气三通阀3替代节气门，优选为三通球阀：三通阀通过控制其内部球阀的转动角度，改变三路的流量大小，其优势对比节气门有两种好处，其一为将两通集成为三通，其二可以控制三路流量的大小；空气由空滤到质量流量计再到空压机7；而后，空压机7后进入中冷器9以降低气体温度；中冷器9出来后到空气三通阀3，经过温压一体传感器实时检测，由前端板内测流道进入电堆；且从电堆出来后经过温压一体传感器，再与出堆节气门5连接并排到尾排：空气三通阀3的分流设置，实现了出堆节气门5对气流量的可控，即出堆节气门5对整体进气进行调控，由空气三通阀3对电堆进气调控，即可实现精准进气控制。

同时，该实施例中，还包括冷却子系统，冷却子系统包括冷却循环泵11，该冷却循环泵11固定于该反应堆的下侧位置，即固定于空气子系统安装板，以隔绝震动，同时有效利用空压机7和中冷器9半包围占用的空间。冷却循环泵11通过循环管路导通至该反应堆的前端板。在公司实施例中，该循环管路上串接有一冷却三通管10，并通过该冷却三通管10与车辆的散热器冷却液相导通：由于电堆反应，要维持一定范围的温度，温度过高或过低，均影响反应进行状态；以三通的方式联通冷却液，循环过程实现外部低温冷却液与循环管路内高温冷却液混合，实现高温控制，同时防止温度过低，降低电堆效率。

还包括控制集成器1，该控制集成器1固定于该反应堆的上侧面；该反应堆的左右两侧面，分别固定有冷却子系统的循环泵控制器12/水冷加热器13，以及CVM检修板，所有部件集成在端板底部，各部件间无阻碍，检修拆装方便；集成度提高，传感器及细小零部件均集成在阀块处，空压机控制器集成在dcdc，即控制集成器1，内部。

在该实施例中，优选的，该电堆子系统包括两组上下堆叠的子反应堆；对应的，该前处理包括内设有一氢气分流道，该配气管路连通有一配气模块，以对应导通至两该子反应堆。实现了高功率反应供电。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种燃料电池发动机系统，包括电堆子系统、空气子系统、氢气子系统以及冷却子系统；其特征在于：

该电堆子系统包括反应堆以及固定于反应堆两端的两个端板；

该氢气子系统包括依次导通的前处理模块以及氢气喷射器，该前处理模块以及氢气喷射器均固定于其中一该端板上；

该空气子系统包括依次导通的空压机以及中冷器；该空压机设于两端板之间区域，且固定于该反应堆的一侧面上，并通过配气管路导通至该端板上；该中冷器设于该配气管路上。

2.根据权利要求1所述的燃料电池发动机系统，其特征在于：定义固定该前处理模块和氢气喷射器的端板为前端板，另一端板为后端板；则两端板分别设于该反应堆的前后两侧，该空压机设于该反应堆的下侧位置；

该配气管路导通至该前端板，且该配气管路以及该氢气喷射器，分别通过一前端板内侧流道导通至该反应堆内。

3.根据权利要求2所述的燃料电池发动机系统，其特征在于：该前端板上还设有一导通至该反应堆歧口的出堆排气管，该出堆排气管上设有一出堆节气门；该中冷器出口端连接有一空气三通阀，该空气三通阀还并行导通至该前端板的空气内侧流道以及该出堆节气门。

4.根据权利要求2所述的燃料电池发动机系统，其特征在于：还包括一空气子系统安装板，该空气子系统安装板设于该反应堆的下侧面上，且两端与该前端板和后端板固定连接；该空压机、中冷器均固定于该空气子系统安装板上。

5.根据权利要求2所述的燃料电池发动机系统，其特征在于：该氢气喷射器包括多个依次串联的电磁阀，最后一级电磁阀出口端通过一安全阀管路导通至该前端板的氢气注入内侧流道。

6.根据权利要求5所述的燃料电池发动机系统，其特征在于：还包括温度传感器以及压力传感器，该温度传感器和压力传感器设于该安全阀与该前端板之间的管路上。

7.根据权利要求2所述的燃料电池发动机系统，其特征在于，还包括氢气回流管路：

该氢气回流管路包括依次连通的分水器、氢气循环泵以及氢气回流管，该分水器连通于该前端板上的氢气排出内侧流道，该氢气回流管路连通至该前端板的氢气注入内侧流道。

8.根据权利要求2所述的燃料电池发动机系统，其特征在于：该冷却子系统包括冷却循环泵，该冷却循环泵固定于该反应堆的下侧位置，且通过循环管路导通至该反应堆的前端板；

该循环管路上串接有一冷却三通管，并通过该冷却三通管与车辆的散热器冷却液相导通。

9.根据权利要求2-8任一权利要求所述的燃料电池发动机系统，其特征在于：还包括控制集成器，该控制集成器固定于该反应堆的上侧面；该反应堆的左右两侧面，分别固定有冷却子系统的循环泵控制器以及CVM检修板。

10.根据权利要求1-8任一权利要求所述的燃料电池发动机系统，其特征在于：该电堆子系统包括两组上下堆叠的子反应堆；对应的，该前处理包括内设有一氢气分流道，该配气管路连通有一配气模块，以对应导通至两该子反应堆。

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