CN219626696U - 氢燃料电池系统、用于车辆的电池系统及车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种氢燃料电池系统、用于车辆的电池系统及车辆，所述氢燃料电池系统包括：燃料电池，包括空气入口、空气出口、冷却液入口和冷却液出口；冷却循环管路，连接到所述冷却液入口和所述冷却液出口，并且用于容纳冷却液的储液器设置在所述冷却循环管路上；空气管路，包括连接到所述空气入口的空气供应管路和连接到所述空气出口的空气排放管路，所述冷却循环管路上设置有气动循环泵，通过所述空气排放管路排放的空气废气用于驱动所述气动循环泵，以回收利用废气中的能量。

Description

氢燃料电池系统、用于车辆的电池系统及车辆

技术领域

本实用新型涉及一种氢燃料电池系统、用于车辆的电池系统及车辆。

背景技术

氢燃料电池是将氢气和氧气反应的电化学能直接转换成电能的发电装置，以氢燃料电池为动力装置的电动车辆也在迅速发展。

在现有技术中，为了追求极致的氢气利用率和输出功率，通常把氢燃料电池的附件做得很复杂。例如，设置结构复杂的加湿结构、冷却系统等，以使氢燃料电池始终维持在一个比较理想的工作环境。然而，这些结构本身需要耗能，综合算下来净利用率可能并没有提升太多，不仅使氢燃料电池的结构变复杂，同时提高了生产成本，而高成本是制约氢燃料电池普及的一个重要因素。

实用新型内容

本实用新型提供一种能够降低成本的氢燃料电池系统、用于车辆的包括该氢燃料电池系统的电池系统以及包括该电池系统的车辆。

针对上述实用新型目的，本实用新型提供如下技术方案：

根据本实用新型的一方面，提供一种氢燃料电池系统，所述氢燃料电池系统可包括：燃料电池，包括空气入口、空气出口、冷却液入口和冷却液出口；冷却循环管路，连接到所述冷却液入口和所述冷却液出口，并且用于容纳冷却液的储液器设置在所述冷却循环管路上；空气管路，包括连接到所述空气入口的空气供应管路和连接到所述空气出口的空气排放管路，其中，所述冷却循环管路上设置有气动循环泵，通过所述空气排放管路排放的空气废气用于驱动所述气动循环泵。

所述空气供应管路上可设置有加湿水箱，所述冷却循环管路的一部分接触所述加湿水箱，以能够对所述加湿水箱加热。

所述冷却循环管路的一部分缠绕在所述加湿水箱的外侧或设置在所述加湿水箱的内部。

所述冷却循环管路上还设置有散热器，以对所述冷却循环管路中的冷却液进行冷却。

所述散热器设置在所述加湿水箱的下游。

所述空气管路还可包括旁路管路，所述旁路管路可在所述加湿水箱的上游和下游分别连接到所述空气供应管路，其中，在环境温度大于等于预定温度时，所述旁路管路关闭，空气流经所述加湿水箱并经所述空气供应管路流入所述空气入口；在所述环境温度低于所述预定温度时，所述旁路管路打开，空气经所述旁路管路流入所述空气入口。

所述预定温度可小于等于零度。

所述旁路管路上可设置有开关阀，并且所述旁路管路与所述空气供应管路的交汇处上设置有第一三通阀和第二三通阀。

所述空气供应管路还可设置有空气过滤器和空气压缩机，其中，所述空气过滤器设置在所述空气压缩机的上游，所述空气压缩机设置在所述旁路管路的上游。

所述燃料电池还可包括氢气入口和氢气出口，所述氢燃料电池系统还包括氢罐和氢气管路，所述氢气管路包括将所述氢罐与所述氢气入口连接的氢气供应管路以及连接到所述氢气出口的氢气排放管路，其中，所述氢气供应管路上设置有减压阀。

所述氢气供应管路上还可设置有漏氢传感器。

所述氢气排放管路上可设置有排气阀。

根据本实用新型的另一方面，提供一种用于车辆的电池系统，所述电池系统可包括如上所述的氢燃料电池系统。

所述电池系统还可包括蓄电池，所述蓄电池用于向所述车辆提供动力，所述氢燃料电池系统用于对所述蓄电池充电。

根据本实用新型的又一方面，提供一种车辆，所述车辆可包括如上所述的氢燃料电池系统。

所述车辆还可包括用于向所述车辆提供动力的蓄电池，所述氢燃料电池系统可用于对所述蓄电池充电。

根据本实用新型的实施例，通过采用简易的加湿结构和冷却液循环结构，大大降低了氢堆的成本和控制难度，使氢燃料电池系统更可靠稳定。

此外，根据本实用新型的实施例，维持电池运行的附加系统能耗降低，电池的净输出效率提升。

附图说明

通过下面结合附图对实施例进行的描述，本实用新型的上述和/或其它目的和优点将会变得更加清楚，其中：

图1是示出根据本实用新型的实施例的氢燃料电池系统的示意性连接图。

附图标记：

1-空气过滤器；2-空气压缩机；3-第一三通阀；4-加湿水箱；5-开关阀；6-第二三通阀；7-燃料电池；8-漏氢传感器；9-氢罐；12-减压阀；13-排气阀；14-气动循环泵；15-储液器；16-散热器；100-空气管路；110-空气供应管路；111-空气入口；112-空气出口；120-空气排放管路；130-旁路管路；200-氢气管路；210-氢气供应管路；211-氢气入口；212-氢气出口；220-氢气排放管路；300-冷却循环管路；311-冷却液入口；312-冷却液出口。

具体实施方式

现在将参照附图更全面地描述示例实施方式。然而，不应被理解为本实用新型的实施形态限于在此阐述的实施方式。

氢燃料电池是将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置，氢燃料电池系统通常可包括氢燃料电池本体(即，后文中描述的燃料电池7)和各种附件系统，以使氢燃料电池本体持续反应。

根据本实用新型的实施例，如图1所示，氢燃料电池系统可包括：燃料电池7，包括空气入口111空气出口112、冷却液入口311和冷却液出口312；冷却循环管路300，连接到冷却液入口311和冷却液出口312，并且用于容纳冷却液的储液器15可设置在冷却循环管路300上；空气管路100，包括连接到空气入口111的空气供应管路110和连接到空气出口112的空气排放管路120，其中，冷却循环管路300上设置有气动循环泵14，通过空气排放管路120排放的空气废气用于驱动所述气动循环泵14。

在氢燃料电池系统中，气动循环泵14可以是涡轮增压泵，用于驱动冷却循环管路300中冷却液循环流动。由于空气排放管路120中的空气以一定的压力排放，因此从空气排放管路120排放的空气的压力可用来驱动气动循环泵14。这样，通过回收利用废气中的能量即可驱动气动循环泵14，无需提供另外的动力，简化了系统结构，提高了能量的利用率。

此外，气动循环泵14的设置位置不受限制，既可以设置在燃料电池7的上游，也可以设置在燃料电池的下游，只要能够驱动冷却液在冷却循环管路300中循环流动即可。

空气供应管路110上可设置有加湿水箱4，冷却循环管路300的一部分可接触加湿水箱4，以能够对加湿水箱4进行加热。这是因为，冷却循环管路300中的冷却液在流经燃料电池7后，会带走燃料电池7中的部分热量，使冷却液的温度升高，从而可利用温度升高的冷却液对加湿水箱4进行冷却，以进一步提高能量的利用率。

根据本实用新型的实施例，冷却循环管路300的与加湿水箱4接触的部分可以通过缠绕在加湿水箱4的外侧与其接触或者可通过设置在加湿水箱4的内部与其接触，具体结构形式不受限制。

根据本实用新型的实施例，加湿水箱4仅为简单的水箱结构，空气供应管路110中的空气可从加湿水箱4的下方流入加湿水箱4，然后从加湿水箱4的上方流出，实现空气的加湿。本实用新型的加湿水箱4的结构简单，不对加湿效果进行控制和强求，只要存在一定的加湿效果，提高电池反应效率即可。

此外，冷却循环管路300上还可设置有散热器16，散热器16能够对冷却液进行散热使之冷却。为此，散热器16可设置在冷却循环管路300的与加湿水箱4接触的部分的下游。

另外，本实用新型的实施例不限于以上情形，例如，散热器16也可直接设置为与加湿水箱4接触，从而使用散热器16对加湿水箱4进行加热。

空气管路100还可包括旁路管路130，旁路管路130在加湿水箱4的上游和下游分别连接到空气供应管路110。根据本实用新型的实施例，在环境温度大于等于预定温度时，旁路管路130关闭，空气流经加湿水箱4并经空气供应管路110流入空气入口111；在环境温度低于预定温度时，旁路管路130打开，空气经旁路管路130流入所述空气入口111。根据本实用新型的实施例，上述预定温度可小于等于零度。

这样设置的原因在于，当环境温度过低时，加湿水箱4中的水可能结冰，导致空气无法通过，此时，空气可不经过加湿水箱4而通过旁路管路130流到燃料电池7中。随着冷却循环管路300中的冷却液对加湿水箱4进行加热，加湿水箱4中的水融化，可关闭旁路管路130，以使空气再次经加湿水箱4加湿后流到燃料电池7中。

为此，旁路管路130上可设置有开关阀5，并且旁路管路130与空气供应管路110的交汇处上可分别设置有第一三通阀3和第二三通阀6，开关阀5可设置在第一三通阀3和第二三通阀6之间。其中，开关阀5可以为压力阀，但不限于此，开关阀5可使用任何具有开关功能的阀。

空气供应管路110还可设置有空气过滤器1和空气压缩机2。空气过滤器1可滤除空气中的灰尘和杂质，空气压缩机2可对空气进行加压，以使空气沿空气供应管路110流到燃料电池7中。其中，空气过滤器1可设置在空气压缩机2的上游，空气压缩机2可设置在旁路管路130的上游(即，第一三通阀3的上游)。

根据本实用新型的实施例，氢燃料电池系统还可包括氢罐9和氢气管路200，燃料电池7还可包括氢气入口211和氢气出口212。氢气管路200包括将氢罐9与氢气入口211连接的氢气供应管路210以及连接到氢气出口212的氢气排放管路220。

氢气供应管路210上设置有减压阀12，减压阀12可将高压氢气的压力降到某一压力后以恒压输出。

高压氢气在流出氢罐9后经减压阀12减压后进入燃料电池7，以与空气中的氧气反应发电。

此外，氢气供应管路210上还设置有漏氢传感器8，以检测是否有氢气泄露。

氢气排放管路220上设置有排气阀13，以在必要时打开排气阀13排放氢气废气。具体而言，氢气排放管路220的大部分时间是关闭的，使氢气持续反应。到达预定时间后，可开启排气阀13排放其中的废气，以防止影响反应效率和反应速度。

根据以上描述可知，根据本实用新型的氢燃料电池系统包括燃料电池7以及分别与燃料电池7连通的空气管路100、氢气管路200和冷却液循环管路300，空气管路100用作空气通道，氢气管路200用作氢气通道，冷却液循环管路300用作冷却液通道，以对燃料电池7进行冷却。

具体而言，在空气通道中，空气经空气过滤器1过滤后，经空气压缩机2压缩增压后到达第一三通阀3，开关阀5为常闭状态，压缩空气经过第一三通阀3进入加湿水箱4，空气在水中经过后被加湿，通过第二三通阀6后进入燃料电池7，经过双极板的阳极端，反应后经空气出口112排出，并进入气动循环泵14，以使气动循环泵14转动，经过气动循环泵14后的废气可最终被排放。

在氢气通道中，高压氢气从氢罐9流出，经减压阀12减压后进入燃料电池7，在双极板的阴极端反应，产生的废气通过排气阀13周期性排放。

在冷却液通道中，气动循环泵14在空气废气的驱动下工作，使冷却液循环，冷却液从储液器15流出，经气动循环泵14后进燃料电池7，经双极板的冷却液流道后流出燃料电池7，进入散热器16，经散热器16冷却后回到储液器15。

此外，当环境温度过低，加湿水箱4的水结冰后空气不能通过。这时开关阀5开启，压缩空气经开关阀5、第二三通阀6后进入燃料电池7。燃料电池开始运行后冷却液开始循环，冷却液的温度开始升温，逐步融化加湿水箱4的水。当水融化后开关阀5关闭，压缩空气再次经加湿水箱4加湿后进入燃料电池7。

根据本实用新型的实施例，通过采用简易的加湿结构和冷却液循环结构，大大降低了氢堆的成本和控制难度，使氢燃料电池系统更可靠稳定。维持电池运行的附加系统能耗降低，电池的净输出效率提升。

本实用新型的另一方面提供一种用于车辆的电池系统，电池系统可包括如上所述的氢燃料电池系统。具体而言，根据本实用新型的氢燃料系统可直接用作车辆的电池系统，以用于向车辆提供动力。

但不限于此，车辆的电池系统还可包括蓄电池，蓄电池用于向车辆提供动力，如上所述的氢燃料电池系统可用于对所述蓄电池充电。

如果直接向车辆提供动力，需要燃料电池系统精准地控制氢气进气量、压力等条件，以输出不同的电流，来响应车辆油门的开度。当氢燃料电池用作蓄电池的充电电池则无此要求，只需要控制其开启和关闭，能够在稳定的高效区间运行即可。由于不需要精准的响应控制，氢罐出口的减压阀12可采用简单的机械结构实现，可大大降低成本。

根据本实用新型的另一方面，还提供一种车辆，该车辆包括如上所述的氢燃料电池系统。该车辆还可包括用于向所述车辆提供动力的蓄电池，所述氢燃料电池系统用于对所述蓄电池充电。

本实用新型所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在上面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本实用新型的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本实用新型的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组件、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本实用新型的各方面。

虽然上面已经示出和描述了示例性实施例，但是对于本领域技术人员来说将易于理解的是，在不脱离由所附权利要求限定的本公开的范围的情况下，可进行修改和变型。

Claims (15)

1.一种氢燃料电池系统，其特征在于，所述氢燃料电池系统包括：

燃料电池(7)，包括空气入口(111)、空气出口(112)、冷却液入口(311)和冷却液出口(312)；

冷却循环管路(300)，连接到所述冷却液入口(311)和所述冷却液出口(312)，并且用于容纳冷却液的储液器(15)设置在所述冷却循环管路(300)上；

空气管路(100)，包括连接到所述空气入口(111)的空气供应管路(110)和连接到所述空气出口(112)的空气排放管路(120)，

其中，所述冷却循环管路(300)上设置有气动循环泵(14)，通过所述空气排放管路(120)排放的空气废气用于驱动所述气动循环泵(14)。

2.根据权利要求1所述的氢燃料电池系统，其特征在于，所述空气供应管路(110)上设置有加湿水箱(4)，

所述冷却循环管路(300)的一部分接触所述加湿水箱(4)，以能够对所述加湿水箱(4)加热。

3.根据权利要求2所述的氢燃料电池系统，其特征在于，所述冷却循环管路(300)上还设置有散热器(16)，以对所述冷却循环管路(300)中的冷却液进行冷却。

4.根据权利要求3所述的氢燃料电池系统，其特征在于，所述散热器(16)设置在所述冷却循环管路(300)的与所述加湿水箱(4)接触的部分的下游。

5.根据权利要求2所述的氢燃料电池系统，其特征在于，

所述空气管路(100)还包括旁路管路(130)，所述旁路管路(130)在所述加湿水箱(4)的上游和下游分别连接到所述空气供应管路(110)，

其中，在环境温度大于等于预定温度时，所述旁路管路(130)关闭，空气流经所述加湿水箱(4)并经所述空气供应管路(110)流入所述空气入口(111)；

在所述环境温度低于所述预定温度时，所述旁路管路(130)打开，空气经所述旁路管路(130)流入所述空气入口(111)。

6.根据权利要求5所述的氢燃料电池系统，其特征在于，所述预定温度小于等于零度。

7.根据权利要求6所述的氢燃料电池系统，其特征在于，所述旁路管路(130)上设置有开关阀(5)，并且所述旁路管路(130)与所述空气供应管路(110)的交汇处上设置有第一三通阀(3)和第二三通阀(6)。

8.根据权利要求5所述的氢燃料电池系统，其特征在于，所述空气供应管路(110)还设置有空气过滤器(1)和空气压缩机(2)，其中，所述空气过滤器(1)设置在所述空气压缩机(2)的上游，所述空气压缩机(2)设置在所述旁路管路(130)的上游。

9.根据权利要求1-8中任意一项所述氢燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池(7)还包括氢气入口(211)和氢气出口(212)，

所述氢燃料电池系统还包括氢罐(9)和氢气管路(200)，所述氢气管路(200)包括将所述氢罐(9)与所述氢气入口(211)连接的氢气供应管路(210)以及连接到所述氢气出口(212)的氢气排放管路(220)，其中，所述氢气供应管路(210)上设置有减压阀(12)。

10.根据权利要求9所述的氢燃料电池系统，其特征在于，所述氢气供应管路(210)上还设置有漏氢传感器(8)。

11.根据权利要求10所述的氢燃料电池系统，其特征在于，所述氢气排放管路(220)上设置有排气阀(13)。

12.一种用于车辆的电池系统，其特征在于，所述电池系统包括：

如权利要求1-11任意一项所述的氢燃料电池系统。

13.根据权利要求12所述的电池系统，其特征在于，所述电池系统还包括蓄电池，所述蓄电池用于向所述车辆提供动力，所述氢燃料电池系统用于对所述蓄电池充电。

14.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括如权利要求1-11任意一项所述的氢燃料电池系统。

15.根据权利要求14所述的车辆，其特征在于，所述车辆还包括用于向所述车辆提供动力的蓄电池，所述氢燃料电池系统用于对所述蓄电池充电。