CN218867161U - 氢燃料电池的空气增压系统、氢燃料电池及车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于车辆技术领域，公开了氢燃料电池的空气增压系统、氢燃料电池及车辆，该氢燃料电池的空气增压系统包括进气管、第一空压机、第二空压机、控制阀、第一壳体和第二壳体，进气管的一端与大气连通，控制阀能控制进气管的另一端与第一空压机的进气口连通或者进气管的另一端与第二空压机的进气口连通，第一空压机的出气口与第二空压机的进气口连通，第二空压机的出气口与电堆连通，第二空压机和电堆均固定设置于第一壳体，进气管、第一空压机和控制阀均固定设置于第二壳体，第一壳体和第二壳体可拆卸连接。该氢燃料电池的空气增压系统能满足在高原地区工作时电堆对空气压力的需求。

Description

氢燃料电池的空气增压系统、氢燃料电池及车辆

技术领域

本实用新型涉及车辆技术领域，尤其涉及氢燃料电池的空气增压系统、氢燃料电池及车辆。

背景技术

氢燃料电池具有能量转化效率高、零排放和续航里程长等优点，已广泛应用于交通运输、固定发电和备用电源等多种场景。氢燃料电池中的电堆对空气的流量和压力十分敏感，由于空气中的氧气分子需要穿过气体扩散层和微孔层到达催化剂层，在催化剂层上发生反应，产生电能，当空气压力或流量过低时，电堆的输出功率和效率将会大幅度降低，并且若空气流量不足，到达电堆后端的空气很少，在后端会造成严重的传质极化，使局部电压过低，这将导致电堆无法正常工作。

现有技术中的氢燃料电池中一般设有一个空压机，空压机用于提高进入电堆的空气的流量和压力，能满足氢燃料电池在平原地区高效运行所需的空气。而随着海拔的上升，大气压降低，在高原地区，即海拔1km～5km的空间，常规的空压机以高功率运行，可以满足电堆对空气流量的需求，但是由于大气压已降低到平原地区的50％～80％，想要达到电堆在平原地区时的工作压力，空压机的压缩能力需要成倍增加。受限于空压机的工作原理，空压机的压缩能力不可能成倍增加，因此现有技术中的氢燃料电池在高原地区难以满足电堆对空气压力的需求，氢燃料电池的功率和效率会大幅度降低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供氢燃料电池的空气增压系统、氢燃料电池及车辆，以解决现有技术中的氢燃料电池在高原地区难以满足电堆对空气压力的需求，氢燃料电池的功率和效率会大幅度降低的问题。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

氢燃料电池的空气增压系统，包括：

进气管，所述进气管的一端与大气连通；

第一空压机、第二空压机和控制阀，所述控制阀能控制所述进气管的另一端与所述第一空压机的进气口连通或者所述进气管的另一端与所述第二空压机的进气口连通，所述第一空压机的出气口与所述第二空压机的进气口连通，所述第二空压机的出气口与电堆连通；

第一壳体和第二壳体，所述第二空压机和所述电堆均固定设置于所述第一壳体，所述进气管、所述第一空压机和所述控制阀均固定设置于所述第二壳体，所述第一壳体和所述第二壳体可拆卸连接。

作为上述氢燃料电池的空气增压系统的一种优选方案，所述控制阀具有第一阀口、第二阀口和第三阀口，所述第一阀口与所述进气管的另一端连通，所述第二阀口与所述第一空压机的进气口连通，所述第三阀口与所述第二空压机的进气口连通，所述第一阀口能与所述第二阀口或者所述第三阀口连通。

作为上述氢燃料电池的空气增压系统的一种优选方案，所述氢燃料电池的空气增压系统还包括第一压力传感器，所述第一压力传感器设置于所述进气管。

作为上述氢燃料电池的空气增压系统的一种优选方案，所述氢燃料电池的空气增压系统还包括第一中冷器，所述第一中冷器的进气口与所述第一空压机的出气口连通，所述第一中冷器的出气口与所述第二空压机的进气口通过连接管路连通。

作为上述氢燃料电池的空气增压系统的一种优选方案，所述氢燃料电池的空气增压系统还包括第二压力传感器，所述第二压力传感器设置于所述连接管路。

作为上述氢燃料电池的空气增压系统的一种优选方案，所述氢燃料电池的空气增压系统还包括温度传感器，所述温度传感器设置于所述连接管路。

作为上述氢燃料电池的空气增压系统的一种优选方案，所述氢燃料电池的空气增压系统还包括第二中冷器，所述第二中冷器的进气口与所述第二空压机的出气口连通，所述第二中冷器的出气口与所述电堆连通。

作为上述氢燃料电池的空气增压系统的一种优选方案，所述氢燃料电池的空气增压系统还包括增湿器，所述增湿器的进气口与所述第二中冷器的出气口连通，所述增湿器的出气口与所述电堆连通。

氢燃料电池，包括上述的氢燃料电池的空气增压系统。

车辆，包括上述的氢燃料电池。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提供氢燃料电池的空气增压系统、氢燃料电池及车辆，该氢燃料电池的空气增压系统中，当第一壳体与第二壳体拆卸分离后，第二空压机的进气口与大气连通，空气经过第二空压机压缩后进入电堆。当第一壳体与第二壳体安装固定后，第一空压机的出气口与第二空压机的进气口连通，控制阀也能控制进气管与第二空压机连通，当控制阀将进气管与第二空压机连通时，空气通过进气管进入第二空压机，经第二空压机压缩后进入电堆；当控制阀将进气管与第一空压机连通时，空气通过进气管进入第一空压机，经第一空压机压缩后进入第二空压机，再经第二空压机压缩后进入电堆。氢燃料电池只在平原地区使用，没有在高原地区使用的情况时，无需安装第二壳体，只通过第二空压机压缩空气即可满足电堆所需，使氢燃料电池更加轻便。氢燃料电池有在高原地区使用的情况时，直接将第二壳体安装于第一壳体，不影响氢燃料电池的其他结构，安装方便快捷。安装后，若氢燃料电池在高原地区使用，控制阀控制进气管与第一空压机连通，第一空压机和第二空压机串联，空气依次经过第一空压机和第二空压机压缩，能够满足电堆所需；若氢燃料电池在平原地区使用，控制阀控制进气管与第二空压机连通，空气经过第二空压机压缩即可满足电堆所需。当氢燃料电池在高原地区使用时，经第一空压机压缩后的空气的压力接近平原地区的空气的压力，因此氢燃料电池在开发设计阶段时，对第二空压机仅需设计平原地区的运行工况和控制策略，可以降低氢燃料电池开发难度和时间。

附图说明

图1是本实用新型具体实施例提供的氢燃料电池的空气增压系统的结构示意图。

图中：

1、进气管；2、第一空压机；3、第二空压机；4、控制阀；5、电堆；6、第一壳体；7、第二壳体；8、第一压力传感器；9、连接管路；10、第二压力传感器；11、温度传感器；12、第一中冷器；13、第二中冷器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。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。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

本实用新型提供氢燃料电池的空气增压系统，如图1所示，该氢燃料电池的空气增压系统包括进气管1、第一空压机2、第二空压机3、控制阀4、第一壳体6和第二壳体7，进气管1的一端与大气连通，控制阀4能控制进气管1的另一端与第一空压机2的进气口连通或者进气管1的另一端与第二空压机3的进气口连通，第一空压机2的出气口与第二空压机3的进气口连通，第二空压机3的出气口与电堆5连通，第二空压机3和电堆5均固定设置于第一壳体6，进气管1、第一空压机2和控制阀4均固定设置于第二壳体7，第一壳体6和第二壳体7可拆卸连接。

该氢燃料电池的空气增压系统中，当第一壳体6与第二壳体7拆卸分离后，第二空压机3的进气口与大气连通，空气经过第二空压机3压缩后进入电堆5。当第一壳体6与第二壳体7安装固定后，第一空压机2的出气口与第二空压机3的进气口连通，控制阀4也能控制进气管1与第二空压机3连通，当控制阀4将进气管1与第二空压机3连通时，空气通过进气管1进入第二空压机3，经第二空压机3压缩后进入电堆5；当控制阀4将进气管1与第一空压机2连通时，空气通过进气管1进入第一空压机2，经第一空压机2压缩后进入第二空压机3，再经第二空压机3压缩后进入电堆5。氢燃料电池只在平原地区使用，没有在高原地区使用的情况时，无需安装第二壳体7，只通过第二空压机3压缩空气即可满足电堆5所需，使氢燃料电池更加轻便。氢燃料电池有在高原地区使用的情况时，直接将第二壳体7安装于第一壳体6，不影响氢燃料电池的其他结构，安装方便快捷。安装后，若氢燃料电池在高原地区使用，控制阀4控制进气管1与第一空压机2连通，第一空压机2和第二空压机3串联，空气依次经过第一空压机2和第二空压机3压缩，能够满足电堆5所需；若氢燃料电池在平原地区使用，控制阀4控制进气管1与第二空压机3连通，空气经过第二空压机3压缩即可满足电堆5所需。当氢燃料电池在高原地区使用时，经第一空压机2压缩后的空气的压力接近平原地区空气的压力，因此氢燃料电池在开发设计阶段时，对第二空压机3仅需设计平原地区的运行工况和控制策略，可以降低氢燃料电池开发难度和时间。

可选地，控制阀4具有第一阀口、第二阀口和第三阀口，第一阀口与进气管1的另一端连通，第二阀口与第一空压机2的进气口连通，第三阀口与第二空压机3的进气口连通，第一阀口能与第二阀口或者第三阀口连通。可以理解的是，控制阀4是三通阀。当第一阀口与第二阀口连通时，进气管1与第一空压机2连通；当第一阀口与第三阀口连通时，进气管1与第二空压机3连通。

可选地，该氢燃料电池的空气增压系统还包括第一中冷器12，第一中冷器12的进气口与第一空压机2的出气口连通，第一中冷器12的出气口与第二空压机3的进气口通过连接管路9连通。由理想气体状态方程可知，空气压力上升，其温度会有所升高，第一空压机2对空气进行压缩后，空气温度会升高，经第一空压机2压缩后的空气进入第一中冷器12，第一中冷器12将空气降温至常温。

可选地，该氢燃料电池的空气增压系统还包括第二中冷器13，第二中冷器13的进气口与第二空压机3的出气口连通，第二中冷器13的出气口与电堆5连通。第二中冷器13用于对第二空压机3压缩后的空气降温。

可选地，该氢燃料电池的空气增压系统还包括第一压力传感器8，第一压力传感器8设置于进气管1。第一压力传感器8用于检测进气管1内空气的压力，当第一压力传感器8的示数在90kPa～101kPa的范围内时，表明氢燃料电池在平原地区工作，空气为常压状态，控制阀4将进气管1与第二空压机3连通，空气只经第二空压机3压缩后进入电堆5。当第一压力传感器8的示数小于90kPa时，表明氢燃料电池在高原地区工作，空气为低压状态，控制阀4将进气管1与第一空压机2连通，空气被第一空压机2压缩使要进入第二空压机3的空气的压力在90kPa～101kPa的范围内，即常压状态，之后再进入第二空压机3，经第二空压机3压缩后进入电堆5。

可选地，该氢燃料电池的空气增压系统还包括第二压力传感器10，第二压力传感器10设置于连接管路9。第二压力传感器10用于检测连接管路9内的空气的压力，根据第二压力传感器10的示数，调控第一空压机2的转速，以使第一空压机2压缩后的空气的压力在90kPa～101kPa的范围内。第一空压机2压缩后的空气压力和第一空压机2压缩前的空气压力的比值为第一空压机2的压比α，根据第一空压机2的压比α、第一空压机2的性能曲线和第二压力传感器10的示数进一步耦合调控第一空压机2的转速，可以降低第一空压机2的功率，同时使第一空压机2在合理的效率区间内运行。

可选地，该氢燃料电池的空气增压系统还包括温度传感器11，温度传感器11设置于连接管路9。温度传感器11用于检测连接管路9内的空气的温度，根据温度传感器11的示数，调整第一中冷器12的性能，使连接管路9内的空气处于常温状态。

可选地，该氢燃料电池的空气增压系统还包括增湿器，增湿器的进气口与第二中冷器13的出气口连通，增湿器的出气口与电堆5连通。增湿器用于对要进入电堆5的空气加湿。

本实用新型还提供了氢燃料电池，该氢燃料电池包括上述的氢燃料电池的空气增压系统。

本实用新型又提供了车辆，该车辆包括上述的氢燃料电池。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.氢燃料电池的空气增压系统，其特征在于，包括：

进气管(1)，所述进气管(1)的一端与大气连通；

第一空压机(2)、第二空压机(3)和控制阀(4)，所述控制阀(4)能控制所述进气管(1)的另一端与所述第一空压机(2)的进气口连通或者所述进气管(1)的另一端与所述第二空压机(3)的进气口连通，所述第一空压机(2)的出气口与所述第二空压机(3)的进气口连通，所述第二空压机(3)的出气口与电堆(5)连通；

第一壳体(6)和第二壳体(7)，所述第二空压机(3)和所述电堆(5)均固定设置于所述第一壳体(6)，所述进气管(1)、所述第一空压机(2)和所述控制阀(4)均固定设置于所述第二壳体(7)，所述第一壳体(6)和所述第二壳体(7)可拆卸连接。

2.根据权利要求1所述的氢燃料电池的空气增压系统，其特征在于，所述控制阀(4)具有第一阀口、第二阀口和第三阀口，所述第一阀口与所述进气管(1)的另一端连通，所述第二阀口与所述第一空压机(2)的进气口连通，所述第三阀口与所述第二空压机(3)的进气口连通，所述第一阀口能与所述第二阀口或者所述第三阀口连通。

3.根据权利要求1所述的氢燃料电池的空气增压系统，其特征在于，所述氢燃料电池的空气增压系统还包括第一压力传感器(8)，所述第一压力传感器(8)设置于所述进气管(1)。

4.根据权利要求1所述的氢燃料电池的空气增压系统，其特征在于，所述氢燃料电池的空气增压系统还包括第一中冷器(12)，所述第一中冷器(12)的进气口与所述第一空压机(2)的出气口连通，所述第一中冷器(12)的出气口与所述第二空压机(3)的进气口通过连接管路(9)连通。

5.根据权利要求4所述的氢燃料电池的空气增压系统，其特征在于，所述氢燃料电池的空气增压系统还包括第二压力传感器(10)，所述第二压力传感器(10)设置于所述连接管路(9)。

6.根据权利要求4所述的氢燃料电池的空气增压系统，其特征在于，所述氢燃料电池的空气增压系统还包括温度传感器(11)，所述温度传感器(11)设置于所述连接管路(9)。

7.根据权利要求1所述的氢燃料电池的空气增压系统，其特征在于，所述氢燃料电池的空气增压系统还包括第二中冷器(13)，所述第二中冷器(13)的进气口与所述第二空压机(3)的出气口连通，所述第二中冷器(13)的出气口与所述电堆(5)连通。

8.根据权利要求7所述的氢燃料电池的空气增压系统，其特征在于，所述氢燃料电池的空气增压系统还包括增湿器，所述增湿器的进气口与所述第二中冷器(13)的出气口连通，所述增湿器的出气口与所述电堆(5)连通。

9.氢燃料电池，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的氢燃料电池的空气增压系统。

10.车辆，其特征在于，包括权利要求9所述的氢燃料电池。

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