CN218827261U - 一种燃料电池进气系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种燃料电池进气系统，所属燃料电池系统技术领域，燃料电池进气系统包括：燃料电池系统、风机系统和空压机系统；风机系统与燃料电池系统相连接；空压机系统与燃料电池系统相连接，且空压机系统与风机系统并联连接在燃料电池系统上。燃料电池进气系统将风机系统和空压机系统并联在燃料电池系统上，在低功率段利用风机系统为燃料电池提供进气量，避免空压机进气工况接近喘振区域，无需通过放走一部分气减小进气量，确保燃料电池低功率时没有额外的功率消耗，节能环保；在中、高功率段，利用空压机系统为燃料电池提供进气量，实现资源的优化，提升供能效率。

Description

一种燃料电池进气系统

技术领域

本实用新型属于燃料电池系统技术领域，具体涉及一种燃料电池进气系统。

背景技术

燃料电池是一种将外部供给的燃料和氧化剂中的化学能转变成电能的连续发电装置。由于燃料电池功率密度和能量密度高，清洁高效，功率范围宽广，在微型电源、移动电源、车用发动机和固定电站等多个领域都有着广泛的应用前景。目前，世界上几乎所有大汽车制造商都在积极开发燃料电池电动汽车，中国也研制出首辆燃料电池机车。

电池汽车的燃料电池在小功率段工作时，进气量较小，进气工况通常处于空压机喘振区附近。为了避免进气工况接近喘振区域，现有的做法是先增大进气量，然后在气体进入燃料电池之前放走一部分气体，以达到所需的进气量，但这样会导致在低功率时产生额外的功率消耗，造成能源浪费。

实用新型内容

为了解决上述现有技术中存在的燃料电池低功率段时，为了避开喘振区而增大进气量，造成额外的功率消耗等问题，本实用新型提供一种燃料电池进气系统，利用设备本身的风机系统在燃料电池低功率段提供进气量代替空压机系统工作，减少了额外的功率损耗，实现了资源的优化，提升供能效率。其具体技术方案为：

一种燃料电池进气系统，燃料电池进气系统包括：燃料电池系统、风机系统和空压机系统；风机系统与燃料电池系统相连接；空压机系统与燃料电池系统相连接，且空压机系统与风机系统并联连接在燃料电池系统上。

另外，本实用新型提供的上述技术方案中的一种燃料电池进气系统还可以具有如下附加技术特征：

可选的，风机系统包括：采暖回路风机和制冷回路风机；采暖回路风机与燃料电池系统相连接；制冷回路风机与燃料电池系统相连接，且制冷回路风机与采暖回路风机并联连接在燃料电池系统上。

可选的，空压机系统包括：空压机和中冷器；中冷器的进气端与空压机的出气端相连接，中冷器的出气端与燃料电池系统相连接。

可选的，燃料电池进气系统包括：连接部；连接部包括第一进气口、第二进气口和排气口，连接部的第一进气口与风机系统的出气端相连接，连接部的第二进气口与空压机系统的出气端相连接，连接部的排气口与燃料电池系统的进气端相连接。

可选的，连接部上设置有阀门，阀门控制第一进气口和第二进气口的开关。

可选的，燃料电池系统包括：供氢及氢循环系统、电堆和冷却系统；电堆同时与风机系统、空压机系统和供氢及氢循环系统相连接；冷却系统与电堆相连接。

可选的，燃料电池系统还包括：加湿器；加湿器同时与风机系统、空压机系统和电堆相连接。

可选的，加湿器包括：加湿器本体、湿侧出口、干侧入口、干侧出口和湿侧入口；干侧入口同时与风机系统和空压机系统相连接；干侧出口与电堆相连接；湿侧入口与电堆相连接。

可选的，燃料电池进气系统还包括：尾排系统；尾排系统与湿侧出口相连接。

可选的，风机系统为燃料电池供能的设备内的制冷和制热系统。

本实用新型的一种燃料电池进气系统，与现有技术相比，有益效果为：

本申请的燃料电池进气系统将风机系统和空压机系统并联在燃料电池系统上，在低功率段利用风机系统为燃料电池提供进气量，避免空压机进气工况接近喘振区域，无需通过放走一部分气减小进气量，确保燃料电池低功率时没有额外的功率消耗，节能环保；在中、高功率段，利用空压机系统为燃料电池提供进气量，实现资源的优化，提升供能效率。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例的一种燃料电池进气系统的原理图；

图2为本实用新型一个实施例的一种燃料电池进气系统的空压机运行工况示意图；

其中，图1至图2中的附图标记与部件名称之间的对应关系为：

10、燃料电池系统；101、供氢及氢循环系统；102、电堆；103、冷却系统；104、加湿器；11、风机系统；111、采暖回路风机；112、制冷回路风机；12、空压机系统；121、空压机；122、中冷器；13、连接部；

a、燃料电池小功率实际工作值；b、燃料电池小功率流量需求值；l、空压机喘振线。

具体实施方式

在本申请的描述中，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”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，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，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，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

结合参见图1-图2所示，根据本申请的实施例，一种燃料电池进气系统，燃料电池进气系统包括：燃料电池系统10、风机系统11和空压机系统12；风机系统11与燃料电池系统10相连接；空压机系统12与燃料电池系统10相连接，且空压机系统12与风机系统11并联连接在燃料电池系统10上。通过使风机系统11与空压机系统12并联在燃料电池系统10上，根据燃料电池系统10的燃料电池功率选择适合的进气系统，分别为燃料电池提供进气量，解决了低功率时采用空压机121进气，产生额外的功率消耗的问题，节约了能量。当燃料电池收到启动命令时，燃料电池功率小于P_{vent_max}，使空压机系统12与燃料电池系统10断开，使风机系统11与燃料电池系统10连通，进而使风机系统11排出的空气进入燃料电池系统10，在低功率段利用风机系统11为燃料电池提供进气量，避免空压机121进气工况接近喘振区域，无需通过放走一部分气减小进气量，确保燃料电池低功率时没有额外的功率消耗，节能环保。当燃料电池功率进一步上升达到P_{vent_max}时，使风机系统11与燃料电池系统10断开，空压机系统12与燃料电池系统10连通，进而使空压机系统12排出的空气进入燃料电池系统10，在中、高功率段，利用空压机系统12为燃料电池提供进气量，实现资源的优化，提升供能效率。

需要说明的是，在燃料电池进气系统运行前首先根据空压机121万有特性曲线和燃料电池所需进气过量系数及压力，选定有可能引发空压机121喘振的进气流量，并且根据流量计算出不使用空压机121的最大功率点P_{vent_max}。

进一步的，燃料电池的供能的设备应具有独立的风机。

具体的，燃料电池的供能的设备为公交车或客车等乘客舱较大的车辆，此类车辆的风机具有较大的功率和进风量，能够更好地满足燃料电池在低功率段的需求。

作为一种实施例，采暖回路风机111与燃料电池系统10相连接；制冷回路风机112与燃料电池系统10相连接，且制冷回路风机112与采暖回路风机111并联连接在燃料电池系统10上。通过使采暖回路风机111与制冷回路风机112并联连接在电池进气系统上，利用车内制冷和暖风回路不同季节不同时工作的属性，充分利用闲置风机，在不干涉车辆系统的正常使用，提高了功能效率，节约了能量。

进一步的，夏季时，车辆运行夏季模式，使用采暖回路风机111提供进气量；其他季节，车辆运行除夏季模式以外的模式，提供进气量的风机更换为制冷回路风机112。

作为另一种实施例，中冷器122的进气端与空压机121的出气端相连接，中冷器122的出气端与燃料电池系统10相连接。通过设置中冷器122降低空压机121增压后的高温空气温度，以降低空压机121的热负荷，提高进气量，从而提高空压机系统12的换气效率。

作为另一种实施例，连接部13包括第一进气口、第二进气口和排气口，连接部13的第一进气口与风机系统11的出气端相连接，连接部13的第二进气口与空压机系统12的出气端相连接，连接部13的排气口与燃料电池系统10的进气端相连接。通过设置连接部13，使风机系统11和空压机系统12与燃料电池系统10并联连接，通过连接部13能对三条通路进行控制，从而根据燃料电池功率选择合适的进气方式，节约能量。

连接部13上设置有阀门，阀门控制第一进气口和第二进气口的开关。通过在连接部13上设置阀门，能够同时对三条通路进行控制，操作简单方便、调整迅速。

进一步的，连接部13为三通阀。

作为另一种实施例，电堆102同时与风机系统11、空压机系统和供氢及氢循环系统101相连接；冷却系统103与电堆102相连接。供氢及氢循环系统101为电堆102阳极反应提供氢气，冷却系统103避免反应过程中温度过高，保证电堆102电化学反应正常进行。

进一步的，供氢及氢循环系统101内设置有储氢瓶模组、氢循环泵和背压阀。

进一步的，冷却系统103内设置有换热器风扇模组和水泵，对电堆102进行循环冷却。

加湿器104同时与风机系统11、空压机系统12和电堆102相连接。加湿器104能够将空气加湿到目标湿度后进入电堆102，以保证燃料电池正常运行。

干侧入口同时与风机系统11、空压机系统12、电堆102相连接；干侧出口与电堆102相连接；湿侧入口与电堆102相连接。风机系统11或空压机系统12排出的空气经过加湿器104本体加湿到目标湿度后进入电堆102，加湿后的空气进入电堆102反应后流回加湿器104本体内，再从湿侧出口排出。

尾排系统与湿侧出口相连接。通过将湿侧出口与尾排系统相连通，使反应后的空气经过尾排系统处理后排出，避免直接排放，减少对环境的污染。

作为另一种实施例，风机系统11为燃料电池供能的设备内的制冷和制热系统。通过使用设备内自带的制冷和制热系统，在低功率端由设备自带的采暖或制冷系统提供空气流量，在中高功率段才由空压机系统12介入提供空气流量，实现资源的优化，减少额外的功率消耗，达到提升效率的目的。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。以上仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本申请的保护范围。

Claims (9)

1.一种燃料电池进气系统，其特征在于，所述燃料电池进气系统包括：

燃料电池系统(10)；

风机系统(11)，所述风机系统(11)与所述燃料电池系统(10)相连接；

空压机系统(12)，所述空压机系统(12)与所述燃料电池系统(10)相连接，且所述空压机系统(12)与所述风机系统(11)并联连接在燃料电池系统(10)上；

连接部(13)，所述连接部(13)包括第一进气口、第二进气口和排气口，所述连接部(13)的第一进气口与所述风机系统(11)的出气端相连接，所述连接部(13)的第二进气口与所述空压机系统(12)的出气端相连接，所述连接部(13)的排气口与所述燃料电池系统(10)的进气端相连接。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池进气系统，其特征在于，所述风机系统(11)包括：

采暖回路风机(111)，所述采暖回路风机(111)与所述燃料电池系统(10)相连接；

制冷回路风机(112)，所述制冷回路风机(112)与所述燃料电池系统(10)相连接，且所述制冷回路风机(112)与所述采暖回路风机(111)并联连接在所述燃料电池系统(10)上。

3.根据权利要求1所述的一种燃料电池进气系统，其特征在于，所述空压机系统(12)包括：

空压机(121)；

中冷器(122)，所述中冷器(122)的进气端与所述空压机(121)的出气端相连接，所述中冷器(122)的出气端与所述燃料电池系统(10)相连接。

4.根据权利要求1所述的一种燃料电池进气系统，其特征在于：

所述连接部(13)上设置有阀门，阀门控制所述第一进气口和所述第二进气口的开关。

5.根据权利要求1所述的一种燃料电池进气系统，其特征在于，所述燃料电池系统(10)包括：

供氢及氢循环系统(101)；

电堆(102)，所述电堆(102)同时与所述风机系统(11)、所述空压机系统和所述供氢及氢循环系统(101)相连接；

冷却系统(103)，所述冷却系统(103)与所述电堆(102)相连接。

6.根据权利要求5所述的一种燃料电池进气系统，其特征在于，所述燃料电池系统(10)还包括：

加湿器(104)，所述加湿器(104)同时与所述风机系统(11)、所述空压机系统(12)、所述电堆(102)相连接。

7.根据权利要求6所述的一种燃料电池进气系统，其特征在于，所述加湿器(104)包括：

加湿器(104)本体和湿侧出口；

干侧入口，所述干侧入口同时与所述风机系统(11)和所述空压机系统(12)相连接；

干侧出口，所述干侧出口与所述电堆(102)相连接；

湿侧入口，所述湿侧入口与所述电堆(102)相连接。

8.根据权利要求7所述的一种燃料电池进气系统，其特征在于，所述燃料电池进气系统还包括：

尾排系统，所述尾排系统与所述湿侧出口相连接。

9.根据权利要求1所述的一种燃料电池进气系统，其特征在于：

所述风机系统(11)为燃料电池供能的设备内的制冷和制热系统。

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