CN219917227U - 燃料电池供氢系统和具有其的车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种燃料电池供氢系统和具有其的车辆，燃料电池供氢系统包括进气管、引射器、第一控制阀、氢循环泵和控制器，进气管的进气端与储氢设备连通，进气管的出气端与燃料电池连通，引射器设置于进气管的进气端，第一控制阀设置于进气管的出气端和引射器之间的进气管上，氢循环泵的进气端连通于第一控制阀和引射器之间的进气管上，氢循环泵的出气端连通于第一控制阀和进气管的出气端之间的进气管上。根据本实用新型的燃料电池供氢系统，通过设置引射器，较好地降低氢循环泵消耗的寄生功率，氢循环泵可降低最高转速设计目标要求，延长氢循环泵以及燃料电池供氢系统的使用寿命。

Description

燃料电池供氢系统和具有其的车辆

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，尤其是涉及一种燃料电池供氢系统和具有其的车辆。

背景技术

燃料电池是一种将化学能直接转换为电能的装置，广泛应用于汽车、电力系统等领域。其中，氢气是燃料电池的主要燃料来源，供氢系统对于燃料电池性能和运行稳定性至关重要。然而，现有的燃料电池供氢系统往往需要调整氢循环泵的转速，以满足不同功率段的氢气压力需求，这会增加氢循环泵的消耗和设计成本，也会影响氢循环泵的使用寿命。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种燃料电池供氢系统，所述燃料电池供氢系统较好地降低氢循环泵消耗的寄生功率，氢循环泵可降低最高转速设计目标要求，延长氢循环泵以及燃料电池供氢系统的使用寿命。

根据本实用新型实施例的燃料电池供氢系统，所述燃料电池供氢系统包括进气管、引射管、第一控制阀、氢循环泵和控制器，所述进气管的进气端与储氢设备连通，所述进气管的出气端与燃料电池连通，所述引射器设置于所述进气管的进气端，用于调节所述进气管的进气量，所述第一控制阀设置于所述进气管的出气端和所述引射器之间的所述进气管上，用于控制所述进气管的出气端和所述引射器之间所述进气管的通断，所述氢循环泵的进气端连通于所述第一控制阀和所述引射器之间的所述进气管上，所述氢循环泵的出气端连通于所述第一控制阀和所述进气管的出气端之间的所述进气管上，所述控制器用于根据当前所处工况控制所述引射器和所述氢循环泵工作。

根据本实用新型的燃料电池供氢系统，通过设置引射器，使得燃料电池在高功率段时，不需要氢循环泵的介入，即可满足供氢压力需求，燃料电池在低功率段时，燃料电池的进气压力由引射器的氢气提升进气压力，再经氢循环泵压缩提升压力，以满足燃料电池的目标进气压力，较好地降低氢循环泵消耗的寄生功率，同时氢循环泵可降低最高转速设计目标要求，从而降低燃料电池供氢系统的设计成本，延长氢循环泵以及燃料电池供氢系统的使用寿命。

另外，根据本实用新型的燃料电池供氢系统，还可以具有如下附加的技术特征：

在本实用新型的一些实施例中，燃料电池供氢系统还包括出气管和水分离器，所述出气管的进气端与所述燃料电池连通，所述出气管的出气端与所述水分离器的进气端连通，所述水分离器的第一出气端与所述氢循环泵的进气端连通。

在本实用新型的一些实施例中，燃料电池供氢系统还包括第二支管和设置于所述第二支管上的第二单向阀，所述第二支管的进气端与所述水分离器的第一出气端连通，所述第二支管的出气端与所述第一控制阀和所述引射器之间的所述进气管连通。

在本实用新型的一些实施例中，所述水分离器的第一出气端通过所述第二支管的出气端与所述氢循环泵的进气端连通。

在本实用新型的一些实施例中，所述引射器包括第一引射器和第二引射器，所述第一引射器位于所述第二引射器朝向所述储氢设备的一侧，所述水分离器的第二出气端与所述第二引射器连通。

在本实用新型的一些实施例中，所述水分离器还具有第三出气端，所述第三出气端设置有第三控制阀。

在本实用新型的一些实施例中，燃料电池供氢系统还包括第一支管和设置于所述第一支管上的第一单向阀，所述第一支管的进气端与所述氢循环泵的出气端连通，所述第一支管的出气端连通于所述第一控制阀和所述进气管的出气端之间的所述进气管上。

在本实用新型的一些实施例中，燃料电池供氢系统还包括第二控制阀，所述第二控制阀设置在所述第一支管的出气端与所述进气管的出气端之间的所述进气管上，以在所述进气管的压力大于预定压力时泄压。

在本实用新型的一些实施例中，所述第一控制阀为蝶阀。

本实用新型还提出一种具有燃料电池供氢系统的车辆。

根据本实用新型的车辆，通过设置燃料电池供氢系统，可以为车辆提供高效、环保的动力源，降低汽车的制造及运行成本，较好地保证车辆能量供给的稳定性，提升车辆的安全性。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本实用新型实施例的燃料电池供氢系统的流程图。

附图标记：

燃料电池供氢系统100，

进气管1，引射器2，第一引射器21，第二引射器22，

第一控制阀3，氢循环泵4，出气管5，水分离器6，第二支管7，第二单向阀8，第三控制阀9，第一支管10，第一单向阀11，第二控制阀12，温度传感器13，湿度传感器14，压力传感器15，流量计16，燃料电池17，第四支管18。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”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。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面参考图1描述根据本实用新型实施例的燃料电池供氢系统100。

参考图1所示，燃料电池供氢系统100包括进气管1、引射器2、第一控制阀3、氢循环泵4和控制器，以实现对供氢压力和流量的自动调节和控制，进气管1的进气端与储氢设备连通，进气管1的出气端与燃料电池17连通，以使氢气通过进气管1进入燃料电池17，引射器2设置于进气管1的进气端，用于调节进气管1的进气量，第一控制阀3设置于进气管1的出气端和引射器2之间的进气管1上，用于控制进气管1的出气端和引射器2之间进气管1的通断，氢循环泵4的进气端连通于第一控制阀3和引射器2之间的进气管1上，氢循环泵4的出气端连通于第一控制阀3和进气管1的出气端之间的进气管1上，控制器用于根据当前所处工况控制引射器2和氢循环泵4工作。

继续参考图1所示，当燃料电池17处于高功率运转阶段时，燃料电池17对氢气的需求量较大，控制器向引射器2发出指令，控制其扩大开口，提升进气管1的进气量，使得储氢设备中的氢气可以通过引射器2输送更多的氢气，引射器2的出口压力随之增大，同时，控制器控制第一控制阀3开启，连通进气管1的出气端和引射器2之间的进气管1，较大地压力使得氢气具有足够的动力经过进气管1输送至燃料电池17，且不需要氢循环泵4的介入，较好地节省能量消耗的成本，当燃料电池17处于低功率运转阶段时，燃料电池17对氢气的需求量较小，控制器向引射器2发出指令，控制其缩小开口，降低进气管1的进气量，使得储氢设备中的氢气通过引射器2输送较少的氢气，引射器2的出口压力随之减小，同时，较小地压力使得氢气不具有足够的动力经过进气管1输送至燃料电池17，控制器控制第一控制阀3关闭，进气管1的出气端和引射器2之间进气管1的断开，使得氢循环泵4介入，具体为，氢气从引射管输出后，压力使得氢气可以达氢循环泵4，此时氢气为氢循环泵4带去部分的动力，氢循环泵4可以在此基础上继续运转，不用过高转速，就可以达到燃料电池17的进气压力，顺利的将氢气输送至燃料电池17，较好地降低氢循环泵4消耗的寄生功率，同时氢循环泵4可降低最高转速设计目标要求，从而降低设计成本，延长氢循环泵4的使用寿命。

相较于传统的燃料电池供氢系统，传统的燃料电池供氢系统没有设置引射器，依赖调节氢循环泵的转速以调节燃料电池的进气压力，要达到燃料电池的进气压力，氢循环泵转速需要更高，消耗更多的功率，氢循环泵的运转压力较大，损耗氢循环泵的使用寿命，本申请采用的燃料电池供氢系统100，通过设置引射器2，使得氢循环泵4不用过高转速，就可以达到燃料电池17的进气压力，顺利的将氢气输送至燃料电池17，较好地降低氢循环泵4消耗的寄生功率，同时氢循环泵4可降低最高转速设计目标要求，从从而降低燃料电池供氢系统100的设计成本，延长氢循环泵4以及燃料电池供氢系统100的使用寿命。

由此，根据本实用新型实施例的燃料电池供氢系统100，通过设置引射器2，使得燃料电池17在高功率段时，不需要氢循环泵4的介入，即可满足供氢压力需求，燃料电池17在低功率段时，燃料电池17的进气压力由引射器2的氢气提升进气压力，再经氢循环泵4压缩提升压力，以满足燃料电池17的目标进气压力，较好地降低氢循环泵4消耗的寄生功率，同时氢循环泵4可降低最高转速设计目标要求，从而降低燃料电池供氢系统100的设计成本，延长氢循环泵4以及燃料电池供氢系统100的使用寿命。

在本实用新型的一些实施例中，参考图1所示，燃料电池供氢系统100还包括出气管5和水分离器6，出气管5的进气端与燃料电池17连通，出气管5的出气端与水分离器6的进气端连通，使得燃料电池17没有消耗完的氢气可以通过出气管5进入到水分离器6中，水分离器6的第一出气端与氢循环泵4的进气端连通，在燃料电池17的高功率段，氢气可以经过第一出气端到达氢循环泵4，同时与通过引射器2输出到氢循环泵4的氢气混合，以提升氢循环泵4进气压力，再经氢循环泵4压缩提升出气压力，从而满足燃料电池17的目标进气压力，既实现氢气的循环利用，又较好地降低氢循环泵4消耗的寄生功率，同时氢循环泵4可降低最高转速设计目标要求，从而降低燃料电池供氢系统100的设计成本，延长氢循环泵4以及燃料电池供氢系统100的使用寿命。

在本实用新型的一些实施例中，参考图1所示，燃料电池供氢系统100还包括第二支管7和设置于第二支管7上的第二单向阀8，第二支管7的进气端与水分离器6的第一出气端连通，第二支管7的出气端与第一控制阀3和引射器2之间的进气管1连通，使得燃料电池17未消耗完的氢气经过第二支管7朝向氢循环泵4输送时，压力较低，不足以达到氢循环泵4的情况下，第二单向阀8可以阻止氢气回流，较好地保证未消耗氢气的循环利用的平稳进行。

在本实用新型的一些实施例中，水分离器6的第一出气端通过第二支管7的出气端与氢循环泵4的进气端连通，将未消耗完的氢气通过水分离器6回收并与通过引射器2输出到氢循环泵4的氢气混合，可以有效地提高氢循环泵4的进气压力，从而更好地满足燃料电池17的目标进气压力，同时降低了氢气的浪费和损耗，节约燃料电池供氢系统100的运行成本。

在本实用新型的一些实施例中，参考图1所示，引射器2包括第一引射器21和第二引射器22，第一引射器21位于第二引射器22朝向储氢设备的一侧，水分离器6的第二出气端与第二引射器22连通，第一引射器21用于调节氢气的进气量，控制氢气的压力和流量，以满足燃料电池17的需要，水分离器6用于将燃料电池17中未消耗完的氢气和水分分离，可通过水分离器6的第二出气端输送至第二引射器22，第二引射器22位于水分离器6的第二出气端，用于调节未消耗完的氢气的流量，使其与第一引射器21输出的氢气混合然后输出，通过第一引射器21、第二引射器22和水分离器6的联动，燃料电池供氢系统100可以实现对进气量的精确控制和对未消耗完的氢气的循环利用，从而提高能源利用效率，同时，由于水分离器6可以分离燃料电池17中未消耗完的氢气和水，可以较好地避免它们对燃料电池供氢系统100的损害。

在本实用新型的一些实施例中，水分离器6还具有第三出气端，第三出气端设置有第三控制阀9，水分离器6中的水分离出氢气后，将未被消耗的氢气进一步利用或处理，第三控制阀9开启后，可以选择将未被消耗的氢气排放到环境中，或者将其引导到下一个处理单元进行处理，这样可以最大程度地实现对水分离器6中的氢气资源的利用，并降低燃料电池供氢系统100的运行成本，同时，通过第三控制阀9的控制，可以进一步调节系统中氢气的流量和压力，从而实现对燃料电池17的精准供氢，提高燃料电池供氢系统100的稳定性和可靠性。

在本实用新型的一些实施例中，参考图1所示，燃料电池供氢系统100还包括第一支管10和设置于第一支管10上的第一单向阀11，第一支管10的进气端与氢循环泵4的出气端连通，第一支管10的出气端连通于第一控制阀3和进气管1的出气端之间的进气管1上，通过设置在第一支管10上的第一单向阀11可以实现氢气在进气管1和氢循环泵4之间的单向流动，当第一控制阀3开启时，氢气可以直接从进气管1的出气端进入燃料电池17，此时氢循环泵4不需要介入工作，也就是说不需要通过第一支管10输送氢气，当第一控制阀3关闭时，通过引射器2输出的氢气无法直接经过进气管1到达燃料电池17，而是经过第一支管10，此时氢循环泵4介入工作，将第一支管10中的氢气抽取并压缩后输送至进气管1和燃料电池17，通过这样的设计可以避免氢气在不必要的情况下进入氢循环泵4，节约能源消耗和减少氢循环泵4的运行负担，延长氢循环泵4的使用寿命。

在本实用新型的一些实施例中，参考图1所示，燃料电池供氢系统100还包括第二控制阀12，第二控制阀12设置在第一支管10的出气端与进气管1的出气端之间的进气管1上，以在进气管1的压力大于预定压力时泄压，泄放过多的氢气，从而保护燃料电池17系统，可以有效避免燃料电池供氢系统100内氢气压力过高，从而防止因此造成的损坏和安全问题。

在一个具体实施例中，第二控制阀12与水分离器6通过第四支管18连通，氢气由第二控制阀12放出通过第四支管18引导至水分离器6，水分离器6可以对其进行再利用或直接排出，在进气管1上设置温度传感器13、湿度传感器14、压力传感器15和流量计16，均位于燃料电池17进气口和第二控制阀12之间，温度传感器13、压力传感器15、湿度传感器14和流量计16监测氢气温度、压力、湿度和流量，从而反馈信号给引射器2，以控制阀喷射新鲜氢气，以及判定温度和湿度是否在合理范围内，较好地提升燃料电池17性能稳定性和安全性。

在本实用新型的一些实施例中，第一控制阀3为蝶阀，蝶阀具有结构简单、体积小、重量轻、操作灵活、响应速度快等优点，采用蝶阀作为第一控制阀3，可以快速控制氢气的流量和压力，同时采用双向密封结构，有效防止氢气泄漏和回流，提高燃料电池供氢系统100的安全性能和性能稳定性，此外，蝶阀采用优质材料制造，具有耐腐蚀、耐磨损等特性，能够长时间运行在酸碱环境中，减少了燃料电池供氢系统100的维护次数和更换零部件的频率，因此，采用蝶阀作为第一控制阀3，可以有效地控制氢气的流量和压力，提高系统的安全性能和稳定性能，同时降低燃料电池供氢系统100的成本和维护难度。

本实用新型还提出一种具有燃料电池供氢系统100的车辆。

根据本实用新型实施例的车辆，通过设置燃料电池供氢系统100，可以为车辆提供高效、环保的动力源，降低汽车的制造及运行成本，较好地保证车辆能量供给的稳定性，提升车辆的安全性。

根据本实用新型实施例的燃料电池供氢系统100的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

在本说明书的描述中，参考术语“一些实施例”、“可选地”、“进一步地”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种燃料电池供氢系统，其特征在于，包括：

进气管(1)，所述进气管(1)的进气端与储氢设备连通，所述进气管(1)的出气端与燃料电池(17)连通；

引射器(2)，所述引射器(2)设置于所述进气管(1)的进气端，用于调节所述进气管(1)的进气量；

第一控制阀(3)，所述第一控制阀(3)设置于所述进气管(1)的出气端和所述引射器(2)之间的所述进气管(1)上，用于控制所述进气管(1)的出气端和所述引射器(2)之间所述进气管(1)的通断；

氢循环泵(4)，所述氢循环泵(4)的进气端连通于所述第一控制阀(3)和所述引射器(2)之间的所述进气管(1)上，所述氢循环泵(4)的出气端连通于所述第一控制阀(3)和所述进气管(1)的出气端之间的所述进气管(1)上；

控制器，所述控制器用于根据当前所处工况控制所述引射器(2)和/或所述氢循环泵(4)工作。

2.根据权利要求1所述的燃料电池供氢系统(100)，其特征在于，还包括：出气管(5)和水分离器(6)，所述出气管(5)的进气端与所述燃料电池(17)连通，所述出气管(5)的出气端与所述水分离器(6)的进气端连通，所述水分离器(6)的第一出气端与所述氢循环泵(4)的进气端连通。

3.根据权利要求2所述的燃料电池供氢系统(100)，其特征在于，还包括第二支管(7)和设置于所述第二支管(7)上的第二单向阀(8)，所述第二支管(7)的进气端与所述水分离器(6)的第一出气端连通，所述第二支管(7)的出气端与所述第一控制阀(3)和所述引射器(2)之间的所述进气管(1)连通。

4.根据权利要求3所述的燃料电池供氢系统(100)，其特征在于，所述水分离器(6)的第一出气端通过所述第二支管(7)的出气端与所述氢循环泵(4)的进气端连通。

5.根据权利要求2所述的燃料电池供氢系统(100)，其特征在于，所述引射器(2)包括第一引射器(21)和第二引射器(22)，所述第一引射器(21)位于所述第二引射器(22)朝向所述储氢设备的一侧，所述水分离器(6)的第二出气端与所述第二引射器(22)连通。

6.根据权利要求2所述的燃料电池供氢系统(100)，其特征在于，所述水分离器(6)还具有第三出气端，所述第三出气端设置有第三控制阀(9)。

7.根据权利要求1所述的燃料电池供氢系统(100)，其特征在于，还包括第一支管(10)和设置于所述第一支管(10)上的第一单向阀(11)，所述第一支管(10)的进气端与所述氢循环泵(4)的出气端连通，所述第一支管(10)的出气端连通于所述第一控制阀(3)和所述进气管(1)的出气端之间的所述进气管(1)上。

8.根据权利要求7所述的燃料电池供氢系统(100)，其特征在于，还包括第二控制阀(12)，所述第二控制阀(12)设置在所述第一支管(10)的出气端与所述进气管(1)的出气端之间的所述进气管(1)上，以在所述进气管(1)的压力大于预定压力时泄压。

9.根据权利要求1所述的燃料电池供氢系统(100)，其特征在于，所述第一控制阀(3)为蝶阀。

10.一种车辆，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项所述的燃料电池供氢系统(100)。