CN220774431U - 加热调压装置和燃料电池系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种加热调压装置和燃料电池系统，加热调压装置包括换热器和调压结构，调压结构包括调压通道、氢气入口和氢气出口；换热器包括第一换热通道和第二换热通道，第二换热通道用于通入为第一换热通道内的气体进行加热的换热流体；加热调压装置还包括连接板，用于安装在燃料电池系统的发动机箱体板上；调压结构的外壁上设置有分别与调压通道连通的第一开口和第二开口，连接板上设置有第一避让通孔和第二避让通孔，第一换热通道的一端通过第一避让通孔与第一开口连通，第一换热通道的另一端通过第二避让通孔与第二开口连通，本实用新型解决了现有技术中的加热系统和氢气供应系统分离设置导致燃料电池系统的安装体积较大的问题。

Description

加热调压装置和燃料电池系统

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体而言，涉及一种加热调压装置和燃料电池系统。

背景技术

当外界环境温度过低时，电堆与冷氢气的温差较大，来自氢瓶的冷氢气直接进入电堆容易导致电堆的质子交换膜破裂；同时，冷氢气与氢气循环泵出口处的热氢气混合后容易产生液态水，液态水集聚堵塞电堆的氢气入口导致电堆阳极缺少燃料发生氢气饥饿，从而影响电堆的使用寿命；另外，液态水在低温条件下结冰会导致发动机启动困难。

现有技术中的燃料电池系统通过单独设置加热系统对氢气供应系统进行加热，提高氢气的温度，其中氢气供应系统用于实现对于氢气的调压，然而加热系统和氢气供应系统的分离设置，会导致燃料电池系统的管路和线束布置复杂，不利于减小燃料电池系统的安装体积。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种加热调压装置和燃料电池系统，以解决现有技术中的加热系统和氢气供应系统分离设置导致燃料电池系统的安装体积较大的问题。

为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种加热调压装置，包括换热器和调压结构，调压结构包括调压通道、氢气入口和氢气出口，氢气入口和氢气出口均与调压通道连通，氢气出口用于与燃料电池系统的电堆的电堆氢气进口连通；换热器包括第一换热通道和第二换热通道，第二换热通道用于通入为第一换热通道内的气体进行加热的换热流体；加热调压装置还包括：连接板，用于安装在燃料电池系统的发动机箱体板上；换热器和调压结构分别安装在连接板的相对两个板面上；其中，调压结构的外壁上设置有分别与调压通道连通的第一开口和第二开口，连接板上设置有第一避让通孔和第二避让通孔，第一换热通道的一端通过第一避让通孔与第一开口连通，第一换热通道的另一端通过第二避让通孔与第二开口连通。

进一步地，连接板包括承载板段和位于承载板段两端的连接板段，换热器和调压结构分别安装在承载板段的相对两侧；连接板段凸出于换热器的外周面设置，两个连接板段上分别设置有用于与发动机箱体板连接的定位孔和连接孔。

进一步地，连接孔为条形孔；和/或，连接孔为多个，多个连接孔中的至少两个相对设置在一个连接板段上，多个连接孔中的至少一个连接孔与定位孔相对设置在另一个连接板段上。

进一步地，换热器的外壁上设置有分别与第二换热通道的两端连通的第三开口和第四开口，连接板上设置有第三避让通孔和第四避让通孔；加热调压装置还包括：流体输入管和流体输出管，流体输入管和流体输出管均安装在连接板的远离换热器的板面上，流体输入管通过第三避让通孔和第三开口相连通，流体输出管通过第四避让通孔与第四开口相连通。

进一步地，调压结构上设置有过滤器和调压组件，过滤器的两端分别与调压通道的位于氢气入口和第一开口之间的通道段连通，以对氢气入口和第一开口之间的通道段内的气体进行过滤；调压组件的两端分别与调压通道的位于第二开口和氢气出口之间的通道段连通，以对调压通道的位于第二开口和氢气出口之间的通道段内的气体进行调压。

进一步地，调压结构包括调压壳体和调压腔，调压通道设置在调压腔内；调压壳体包括相互连接的第一壳壁、第二壳壁、第三壳壁、第四壳壁、第五壳壁和第六壳壁，第一壳壁和第三壳壁相对设置，第二壳壁和第四壳壁相对设置，第五壳壁和第六壳壁相对设置；其中，氢气入口和氢气出口均设置在第五壳壁上，第六壳壁与连接板相对接，第一开口和第二开口均设置在第六壳壁上。

进一步地，调压结构还包括：第一减压阀，第一减压阀与调压通道的位于第二开口和氢气出口之间的通道段连通，第一减压阀可开闭地设置以使调压通道可通断地设置，以对调压通道的位于第二开口和氢气出口之间的通道段内的氢气的压力进行调节，第一减压阀设置在第五壳壁上；和/或，第一压力传感器，第一压力传感器的检测探头设置在调压通道的位于第二开口和第一减压阀之间的通道段内，以检测来自第二开口的氢气的压力，第一压力传感器设置在第四壳壁上；和/或，第二减压阀，第二减压阀与调压通道的位于第一减压阀和氢气出口之间的通道段连通，第二减压阀的开度可调节地设置，以对调压通道的位于第一减压阀和氢气出口之间的通道段内的氢气的压力进行调节，第二减压阀设置在第三壳壁上；和/或，第二压力传感器，第二压力传感器的检测探头设置在调压通道的位于氢气出口和第二减压阀之间的通道段内，以检测来自第二减压阀的氢气的压力，第二压力传感器设置在第五壳壁上；和/或，第三调压部，第三调压部的两端分别与调压通道的位于第二减压阀和氢气出口之间的通道段相连通，以对调压通道的位于第二减压阀和氢气出口之间的通道段内的氢气的压力进行调节，第三调压部设置在第一壳壁上。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种燃料电池系统，包括电堆和气液分离器，气液分离器的进口与电堆的电堆氢气出口连通，燃料电池系统还包括：上述的加热调压装置；第一连接管和第二连接管，第一连接管的一端与气液分离器的排水口连通，第一连接管的另一端伸入电堆内并延伸至电堆的空气出口处；第二连接管的一端与气液分离器的第一排气口连通，第二连接管的另一端与第一连接管的中部连通；阀门组件，阀门组件包括第一阀门和第二阀门，第一阀门设置在第一连接管上，第二阀门设置在第二连接管上，以分别使第一连接管和第二连接管可通断地设置。

进一步地，燃料电池系统还包括：第一检测件，第一检测件设置在第一连接管上并位于第一连接管与第二连接管之间的连接点的下游，以通过第一检测件检测氢气的浓度；第二检测件，第二检测件设置在气液分离器上，用于检测气液分离器中的液位；控制器，第一检测件和第二检测件均与控制器通讯连接，以使控制器根据第一检测件和第二检测件的检测结果控制阀门组件的通断。

进一步地，燃料电池系统还包括：加热装置，加热装置用于对换热流体进行加热；流体输入管的远离连接板的一端的端口与加热装置相连通，以通入经加热装置加热过后的换热流体；流体输出管的远离连接板的一端的端口与电堆的电堆冷却液进口相连通。

应用本实用新型的技术方案，加热调压装置包括换热器、调压结构和连接板，调压结构包括调压通道、氢气入口和氢气出口，氢气入口和氢气出口均与调压通道连通，氢气出口用于与燃料电池系统的电堆的电堆氢气进口连通；换热器包括第一换热通道和第二换热通道，第二换热通道用于通入为第一换热通道内的气体进行加热的换热流体；调压结构的外壁上设置有分别与调压通道连通的第一开口和第二开口，连接板上设置有第一避让通孔和第二避让通孔。低温氢气通过氢气入口进入调压通道，然后依次经过第一开口和第一避让通孔进入第一换热通道，低温氢气在第一换热通道内与第二换热通道内的高温换热流体进行换热，低温氢气的温度升高后依次通过第二避让通孔和第二开口流回到调压通道内，加温后的氢气在调压通道内进行调压，然后经过氢气出口和电堆氢气进口进入电堆。本实用新型通过换热器实现了对于氢气的加热，通过调压结构实现了对于氢气的调压，通过连接板将加热调压装置安装在燃料电池系统的发动机箱体板上，通过在连接板的相对两个板面分别安装换热器和调压结构，实现了氢气加热装置和氢气调压装置的集成布置，使得本实用新型的加热调压装置同时集成了氢气加热和氢气调压的功能，进而简化了燃料电池系统的线束布置，有利于减小燃料电池系统的安装体积，从而解决了现有技术中的加热系统和氢气供应系统分离设置导致燃料电池系统的安装体积较大的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本实用新型的加热调压装置的实施例的结构示意图；

图2示出了根据本实用新型的燃料电池系统的实施例的示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、换热器；101、加热调压装置；15、氢气入口；2、调压结构；21、过滤器；22、调压组件；23、调压壳体；231、第一壳壁；232、第二壳壁；235、第五壳壁；24、第一压力传感器；25、第一减压阀；26、第二压力传感器；27、第二减压阀；28、第三调压部；3、连接板；31、承载板段；32、连接板段；321、定位孔；322、连接孔；33、第三避让通孔；34、第四避让通孔；4、氢气出口；6、电堆；61、电堆氢气进口；65、空气出口；7、流体输入管；8、流体输出管；9、气液分离器；91、第一排气口；92、第二排氢口；93、排水口；10、第一连接管；11、第二连接管；12、阀门组件；121、第一阀门；122、第二阀门；13、第一检测件；14、第二检测件；110、氢气循环泵；120、背压阀；130、增湿器。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本实用新型提供了一种加热调压装置，请参考图1和图2，包括换热器1和调压结构2，调压结构2包括调压通道、氢气入口15和氢气出口4，氢气入口15和氢气出口4均与调压通道连通，氢气出口4用于与燃料电池系统的电堆6的电堆氢气进口61连通；换热器1包括第一换热通道和第二换热通道，第二换热通道用于通入为第一换热通道内的气体进行加热的换热流体；加热调压装置还包括：连接板3，用于安装在燃料电池系统的发动机箱体板上；换热器1和调压结构2分别安装在连接板3的相对两个板面上；其中，调压结构2的外壁上设置有分别与调压通道连通的第一开口和第二开口，连接板3上设置有第一避让通孔和第二避让通孔，第一换热通道的一端通过第一避让通孔与第一开口连通，第一换热通道的另一端通过第二避让通孔与第二开口连通。

本实用新型的加热调压装置包括换热器1、调压结构2和连接板3，调压结构2包括调压通道、氢气入口15和氢气出口4，氢气入口15和氢气出口4均与调压通道连通，氢气出口4用于与燃料电池系统的电堆6的电堆氢气进口61连通；换热器1包括第一换热通道和第二换热通道，第二换热通道用于通入为第一换热通道内的气体进行加热的换热流体；调压结构2的外壁上设置有分别与调压通道连通的第一开口和第二开口，连接板3上设置有第一避让通孔和第二避让通孔。低温氢气通过氢气入口15进入调压通道，然后依次经过第一开口和第一避让通孔进入第一换热通道，低温氢气在第一换热通道内与第二换热通道内的高温换热流体进行换热，低温氢气的温度升高后依次通过第二避让通孔和第二开口流回到调压通道内，加温后的氢气在调压通道内进行调压，然后经过氢气出口4和电堆氢气进口61进入电堆6。本实用新型通过换热器1实现了对于氢气的加热，通过调压结构2实现了对于氢气的调压，通过连接板3将加热调压装置安装在燃料电池系统的发动机箱体板上，通过在连接板3的相对两个板面分别安装换热器1和调压结构2，实现了氢气加热装置和氢气调压装置的集成布置，使得本实用新型的加热调压装置同时集成了氢气加热和氢气调压的功能，进而简化了燃料电池系统的线束布置，有利于减小燃料电池系统的安装体积，从而解决了现有技术中的加热系统和氢气供应系统分离设置导致燃料电池系统的安装体积较大的问题。

在本实施例中，如图1所示，连接板3包括承载板段31和位于承载板段31两端的连接板段32，换热器1和调压结构2分别安装在承载板段31的相对两侧；连接板段32凸出于换热器1的外周面设置，两个连接板段32上分别设置有用于与发动机箱体板连接的定位孔321和连接孔322。

具体地，承载板段31用于连接换热器1和调压结构2，连接板段32用于连接发动机箱体板和连接板3；当将连接板3安装到发动机箱体板上时，首先通过定位孔321实现连接板3与发动机箱体板的之间的定位连接，避免连接板3安装错位，然后通过连接孔322实现连接板3与发动机箱体板的紧固连接。

在本实施例中，如图1所示，连接孔322为条形孔；和/或，连接孔322为多个，多个连接孔322中的至少两个相对设置在一个连接板段32上，多个连接孔322中的至少一个连接孔322与定位孔321相对设置在另一个连接板段32上。

具体地，连接孔322为条形孔，当连接板3相对于发动机箱体板出现一定的定位误差时，条形孔的设置使得连接孔322与发动机箱体板的紧固连接位置可以发生改变，进而有助于连接板3与发动机箱体板的连接。

具体地，连接孔322为三个，定位孔321为一个，两个连接孔322相对设置在一个连接板段32上，一个定位孔321和一个连接孔322相对设置在另一个连接板段32上，这样的设置保证了连接板3与发动机箱体板的连接可靠性。

在本实施例中，如图1所示，换热器1的外壁上设置有分别与第二换热通道的两端连通的第三开口和第四开口，连接板3上设置有第三避让通孔33和第四避让通孔34；加热调压装置还包括：流体输入管7和流体输出管8，流体输入管7和流体输出管8均安装在连接板3的远离换热器1的板面上，流体输入管7通过第三避让通孔33和第三开口相连通，流体输出管8通过第四避让通孔34与第四开口相连通。

具体地，高温换热流体依次通过流体输入管7、第三避让通孔33和第三开口流入第二换热通道，与第一换热通道内的低温氢气进行换热后，依次通过第四开口、第四避让通孔34和流体输出管8流出。

可选地，换热流体为冷却液。

在本实施例中，如图1所示，调压结构2上设置有过滤器21和调压组件22，过滤器21的两端分别与调压通道的位于氢气入口15和第一开口之间的通道段连通，以对氢气入口15和第一开口之间的通道段内的气体进行过滤；调压组件22的两端分别与调压通道的位于第二开口和氢气出口4之间的通道段连通，以对调压通道的位于第二开口和氢气出口4之间的通道段内的气体进行调压。

具体地，低温氢气从氢气入口15流入调压通道后经过过滤器21的过滤后流入第一开口，其中过滤器21将进入加热调压装置的杂质进行过滤，提高换热器1和电堆6的清洁度，进而保证换热器1的热交换效率以及电堆内部的流道的通畅性，提高电堆寿命；调压组件22对位于第二开口和氢气出口4之间的通道段内的气体进行调压，即调压组件22用于对加热后的从第二开口流出的氢气进行调压，使得调压后的氢气通过氢气出口4流入电堆6，避免进入电堆6的氢气压力过高导致电堆损坏。

在本实施例中，如图1所示，调压结构2包括调压壳体23和调压腔，调压通道设置在调压腔内；调压壳体23包括相互连接的第一壳壁231、第二壳壁232、第三壳壁、第四壳壁、第五壳壁235和第六壳壁，第一壳壁231和第三壳壁相对设置，第二壳壁232和第四壳壁相对设置，第五壳壁235和第六壳壁相对设置；其中，氢气入口15和氢气出口4均设置在第五壳壁235上，第六壳壁与连接板3相对接，第一开口和第二开口均设置在第六壳壁上。

具体地，第五壳壁235用于设置氢气入口15和氢气出口4，第六壳壁用于连接调压结构2和连接板3，其中第一开口和第二开口均设置在第六壳壁上，进而保证了连接板3可以实现了调压结构2和换热器1的集成设置。

在本实施例中，如图1所示，调压结构还包括：第一减压阀25，第一减压阀25与调压通道的位于第二开口和氢气出口4之间的通道段连通，第一减压阀25可开闭地设置以使调压通道可通断地设置，以对调压通道的位于第二开口和氢气出口4之间的通道段内的氢气的压力进行调节，第一减压阀25设置在第五壳壁235上；和/或，第一压力传感器24，第一压力传感器24的检测探头设置在调压通道的位于第二开口和第一减压阀25之间的通道段内，以检测来自第二开口的氢气的压力，第一压力传感器24设置在第四壳壁上；和/或，第二减压阀27，第二减压阀27与调压通道的位于第一减压阀25和氢气出口4之间的通道段连通，第二减压阀27的开度可调节地设置，以对调压通道的位于第一减压阀25和氢气出口4之间的通道段内的氢气的压力进行调节，第二减压阀27设置在第三壳壁上；和/或，第二压力传感器26，第二压力传感器26的检测探头设置在调压通道的位于氢气出口4和第二减压阀27之间的通道段内，以检测来自第二减压阀27的氢气的压力，第二压力传感器26设置在第五壳壁235上；和/或，第三调压部28，第三调压部28的两端分别与调压通道的位于第二减压阀27和氢气出口4之间的通道段相连通，以对调压通道的位于第二减压阀27和氢气出口4之间的通道段内的氢气的压力进行调节，第三调压部28设置在第一壳壁231上。

具体地，第一压力传感器24的检测探头位于调压通道的位于第二开口与第一减压阀25的阀体入口之间的通道段内，第一压力传感器24的检测探头用于检测来自第二开口的氢气的压力即氢气入口压力，并将检测结果反馈给控制器，控制器根据检测结果控制第一减压阀25的开闭。当控制器将采集的氢气入口压力Pi与氢气入口预设压力限值进行对比判断，若氢气压力Pi在氢气入口的预设压力限值范围内，则开启第一减压阀25，否则控制器发出氢气入口压力超上限故障或氢气入口压力超下限故障，并发送燃料电池发动机停机命令，避免从氢气入口15流入的氢气压力过大损坏电堆6，通过第一压力传感器24和第一减压阀25实现对于氢气的压力的初次调节。

可选地，第一减压阀25为开关阀，开关阀属于电磁阀。

具体地，第一减压阀25的阀体入口与第二开口相连通，以使第一减压阀25打开后加热后的氢气依次经过第二开口和第一减压阀25的阀体入口进入第一减压阀25，然后从第一减压阀25的阀体出口流入第二减压阀27的阀体入口，从第二减压阀27的阀体出口流出至第三调压部，最后从氢气出口4流出。具体地，第二压力传感器26的检测探头位于调压通道的位于第三调压部28和第二减压阀27的阀体出口之间的通道段内，第二压力传感器26的检测探头用于检测来自第二减压阀27的氢气的压力，并将检测结果反馈给控制器，控制器根据检测结果控制第二减压阀27的开度，进而调节流过第二减压阀27的氢气的压力和流量。控制器将采集的调压后的氢气压力Pj与电堆氢气进口61的预设压力限值进行对比判断，若调压后的氢气压力Pj在电堆氢气进口的预设压力限值范围内，则利用当前PID算法参数值调控第二减压阀27阀开度；若调压后的氢气压力Pj超过电堆氢气进口预设压力限值范围，则通过修正PID算法中比例、积分及微分分量调节第二减压阀27的开度，进而调控通过第二减压阀27的氢气压力，避免流入电堆6的氢气压力过大损坏电堆，通过第二压力传感器26和第二减压阀27实现对于氢气压力的二次调节。

可选地，第二减压阀27为比例阀，比例阀属于电磁阀。

具体地，第三调压部28对调压通道的位于第二减压阀27和氢气出口4之间的通道段内的氢气的压力进行调节，当第一压力传感器24、第一减压阀25、第二压力传感器26和第二减压阀27失灵后，从第二减压阀27流出的氢气的压力超过安全压力限值，此时控制器会控制第三调压部28自动打开进行泄压调节，防止高压氢气进入电堆6的内部对其造成不可逆的损坏，甚至是发生高压氢气爆炸。

可选地，第三调压部28为泄压阀。

本实用新型还提供了一种燃料电池系统，如图2所示，包括电堆6和气液分离器9，气液分离器9的进口与电堆6的电堆氢气出口连通，燃料电池系统还包括：上述实施例中的加热调压装置101；第一连接管10和第二连接管11，第一连接管10的一端与气液分离器9的排水口93连通，第一连接管10的另一端伸入电堆6内并延伸至电堆6的空气出口65处；第二连接管11的一端与气液分离器9的第一排气口91连通，第二连接管11的另一端与第一连接管10的中部连通；阀门组件12，阀门组件12包括第一阀门121和第二阀门122，第一阀门121设置在第一连接管10上，第二阀门122设置在第二连接管11上，以分别使第一连接管10和第二连接管11可通断地设置。

本实用新型的燃料电池系统包括电堆6、气液分离器9、第一连接管10和第二连接管11和上述实施例中的加热调压装置101，电堆6中氢气、氮气等杂质气体以及水的混合物在气液分离器9中实现气液分离，水和混杂的少量氢气从气液分离器9的排水口93流入第一连接管10，然后流经空气出口65排出；氮气和混杂的少量氢气从第一排气口91流入第二连接管11，然后从第一连接管10的中部位置处汇入第一连接管10，然后流经空气出口65排出；第一阀门121和第二阀门122分别使第一连接管10和第二连接管11可通断地设置，使得燃料电池系统可以根据气液分离器9中的液位高低和气液分离器9排出的氢气浓度灵活调整第一连接管10和第二连接管11的通断，进而灵活调整水和氮气的排放频率，减少氢气浪费，提高氢气利用率，同时避免电堆6的含水量过大导致电堆6发生水淹。

具体地，第一连接管10的另一端伸入电堆6内并延伸至电堆6的空气出口65处，水从空气出口65流出后经过背压阀120进入增湿器130中，排放的水可用于增湿器130增湿，第一连接管10中混杂的少量氢气可用于被氧化失效的铂氧化物的还原，提高电堆寿命，进而实现对于电堆6排出的和少量氢气的高效利用。

可选地，第一阀门121为加热排水阀，第一连接管10为加热排水管。其中当环境温度Ti低于设定值T0时，第一阀门121和第一连接管10会开启加热功能，保证第一连接管10的畅通，避免水结冰后堵塞第一连接管10导致电堆6中的水无法及时排除，避免电堆6发生水淹，当环境温度Ti高于设定值T0时，第一阀门121和第一连接管10不开启加热功能，减少能耗。

在本实施例中，如图2所示，燃料电池系统还包括：第一检测件13，第一检测件13设置在第一连接管10上并位于第一连接管10与第二连接管11之间的连接点的下游，以通过第一检测件13检测氢气的浓度；第二检测件14，第二检测件14设置在气液分离器9上，用于检测气液分离器9中的液位；控制器，第一检测件13和第二检测件14均与控制器通讯连接，以使控制器根据第一检测件13和第二检测件14的检测结果控制阀门组件12的通断。

可选地，第二检测件14为液位传感器，第一检测件13为浓度传感器。

具体实施时，燃料电池发动机在整车配套应用过程中，为了适应复杂多变的路况，燃料电池发动机的需求功率也是多变的，固定的尾气排放策略使得杂质气体和水排放不及时导致氢气浓度过低和阳极侧发生水淹，或者使得氢气排放过量导致氢气资源浪费，从而影响电堆的使用寿命。

因此，在气液分离器9上集成一只第二检测件14用于实时监测气液分离器9中的液位，当气液分离器9中的液位Wi超过目标液位W0时，第一阀门121增大排水频率(即第一阀门121打开时间占比，开启时间/(开启时间+关闭时间))；当气液分离器9中的液位Wi小于或等于目标液位W0时，第一阀门121减小排水频率(即第一阀门121打开时间占比，开启时间/(开启时间+关闭时间))，避免气液分离器9中液位过高，导致电堆6中的水无法及时排出，导致电堆6发生水淹；第一连接管10与第二连接管11之间的连接点的下游安装一只第一检测件13，当排放的混合气体中氢气浓度Hi超过目标氢气浓度值H0时，则通过PID算法实时调节减小第二阀门122的排氢频率(即第二阀门打开时间占比，开启时间/(开启时间+关闭时间))，避免氢气排放过量导致氢气资源浪费；当排放的混合气体中氢气浓度Hi小于或等于目标氢气浓度值H0时，则通过PID算法实时调节增大第二阀门122的排氢频率，避免氮气等杂质气体排放不及时导致氢气浓度过低。本实用新型通过实时监测氢气浓度和气液分离器9的液位来自适应调节第一阀门121和第二阀门122的排放频率，进而提高氢气利用率，避免电堆6发生水淹，提高电堆寿命。

在本实施例中，如图2所示，燃料电池系统还包括：加热装置，加热装置用于对换热流体进行加热；流体输入管7的远离连接板3的一端的端口与加热装置相连通，以通入经加热装置加热过后的换热流体；流体输出管8的远离连接板3的一端的端口与电堆的电堆冷却液进口相连通。

具体地，加热装置用于对换热流体进行加热，使得加热后的高温换热流体依次通过流体输入管7、第三避让通孔33和第三开口流入第二换热通道，与第一换热通道内的低温氢气进行换热后，依次通过第四开口、第四避让通孔34和流体输出管8流出后进入电堆冷却液进口，与电堆6继续进行换热。

具体实施时，加热装置为PTC加热器，加热装置与燃料电池的电堆冷却液出口连通，电堆中热冷却液从电堆冷却液出口流入加热装置，然后流入第二换热通道后与第一换热通道内的低温氢气进行换热，使得电堆中的冷却液热能得到充分利用，同时，车辆的其他部分流出的冷却液也可以流入加热装置，进而使得车辆的其他部分的冷却液的热能得到充分利用。

具体实施时，燃料电池系统还包括氢气循环泵110，氢气循环泵110设置在电堆氢气进口61和气液分离器9的第二排氢口92之间的管路上，以使气液分离器9中的氢气流经氢气循环泵110和电堆氢气进口61回流到电堆6，进而实现氢气的循环供应，避免氢气的浪费。

从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：

本实用新型的加热调压装置包括换热器1、调压结构2和连接板3，调压结构2包括调压通道、氢气入口15和氢气出口4，氢气入口15和氢气出口4均与调压通道连通，氢气出口4用于与燃料电池系统的电堆6的电堆氢气进口61连通；换热器1包括第一换热通道和第二换热通道，第二换热通道用于通入为第一换热通道内的流体进行加热的换热流体；调压结构2的外壁上设置有分别与调压通道连通的第一开口和第二开口，连接板3上设置有第一避让通孔和第二避让通孔。流体即低温氢气通过氢气入口15进入调压通道，然后依次经过第一开口和第一避让通孔进入第一换热通道，低温氢气在第一换热通道内与第二换热通道内的高温换热流体进行换热，低温氢气的温度升高后依次通过第二避让通孔和第二开口流回到调压通道内，加温后的氢气在调压通道内进行调压，然后经过氢气出口4和电堆氢气进口61进入电堆6。本实用新型通过换热器1实现了对于氢气的加热，通过调压结构2实现了对于氢气的调压，通过连接板3将加热调压装置安装在燃料电池系统的发动机箱体板上，通过在连接板3的相对两个板面分别安装换热器1和调压结构2，实现了氢气加热装置和氢气调压装置的集成布置，使得本实用新型的加热调压装置同时集成了氢气加热和氢气调压的功能，进而简化了燃料电池系统的线束布置，有利于减小燃料电池系统的安装体积，从而解决了现有技术中的加热系统和氢气供应系统分离设置导致燃料电池系统的安装体积较大的问题。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种加热调压装置，包括换热器(1)和调压结构(2)，所述调压结构(2)包括调压通道、氢气入口(15)和氢气出口(4)，所述氢气入口(15)和所述氢气出口(4)均与所述调压通道连通，所述氢气出口(4)用于与燃料电池系统的电堆(6)的电堆氢气进口(61)连通；所述换热器(1)包括第一换热通道和第二换热通道，所述第二换热通道用于通入为所述第一换热通道内的气体进行加热的换热流体；其特征在于，所述加热调压装置还包括：

连接板(3)，用于安装在燃料电池系统的发动机箱体板上；所述换热器(1)和所述调压结构(2)分别安装在所述连接板(3)的相对两个板面上；

其中，所述调压结构(2)的外壁上设置有分别与所述调压通道连通的第一开口和第二开口，所述连接板(3)上设置有第一避让通孔和第二避让通孔，所述第一换热通道的一端通过所述第一避让通孔与所述第一开口连通，所述第一换热通道的另一端通过所述第二避让通孔与所述第二开口连通。

2.根据权利要求1所述的加热调压装置，其特征在于，

所述连接板(3)包括承载板段(31)和位于所述承载板段(31)两端的连接板段(32)，所述换热器(1)和所述调压结构(2)分别安装在所述承载板段(31)的相对两侧；

所述连接板段(32)凸出于所述换热器(1)的外周面设置，两个所述连接板段(32)上分别设置有用于与所述发动机箱体板连接的定位孔(321)和连接孔(322)。

3.根据权利要求2所述的加热调压装置，其特征在于，

所述连接孔(322)为条形孔；和/或，所述连接孔(322)为多个，多个所述连接孔(322)中的至少两个相对设置在一个所述连接板段(32)上，多个所述连接孔(322)中的至少一个连接孔(322)与所述定位孔(321)相对设置在另一个所述连接板段(32)上。

4.根据权利要求1所述的加热调压装置，其特征在于，

所述换热器(1)的外壁上设置有分别与所述第二换热通道的两端连通的第三开口和第四开口，所述连接板(3)上设置有第三避让通孔(33)和第四避让通孔(34)；

所述加热调压装置还包括：流体输入管(7)和流体输出管(8)，所述流体输入管(7)和所述流体输出管(8)均安装在所述连接板(3)的远离所述换热器(1)的板面上，所述流体输入管(7)通过所述第三避让通孔(33)和所述第三开口相连通，所述流体输出管(8)通过所述第四避让通孔(34)与所述第四开口相连通。

5.根据权利要求1所述的加热调压装置，其特征在于，

所述调压结构(2)上设置有过滤器(21)和调压组件(22)，所述过滤器(21)的两端分别与所述调压通道的位于所述氢气入口(15)和所述第一开口之间的通道段连通，以对所述氢气入口(15)和所述第一开口之间的通道段内的气体进行过滤；

所述调压组件(22)的两端分别与所述调压通道的位于所述第二开口和所述氢气出口(4)之间的通道段连通，以对所述调压通道的位于所述第二开口和所述氢气出口(4)之间的通道段内的气体进行调压。

6.根据权利要求1所述的加热调压装置，其特征在于，

所述调压结构(2)包括调压壳体(23)和调压腔，所述调压通道设置在所述调压腔内；

所述调压壳体(23)包括相互连接的第一壳壁(231)、第二壳壁(232)、第三壳壁、第四壳壁、第五壳壁(235)和第六壳壁，所述第一壳壁(231)和所述第三壳壁相对设置，所述第二壳壁(232)和所述第四壳壁相对设置，所述第五壳壁(235)和所述第六壳壁相对设置；其中，所述氢气入口(15)和所述氢气出口(4)均设置在所述第五壳壁(235)上，所述第六壳壁与所述连接板(3)相对接，所述第一开口和所述第二开口均设置在所述第六壳壁上。

7.根据权利要求6所述的加热调压装置，其特征在于，所述调压结构(2)还包括：

第一减压阀(25)，所述第一减压阀(25)与所述调压通道的位于所述第二开口和所述氢气出口(4)之间的通道段连通，所述第一减压阀(25)可开闭地设置以使所述调压通道可通断地设置，以对所述调压通道的位于所述第二开口和所述氢气出口(4)之间的通道段内的氢气的压力进行调节，所述第一减压阀(25)设置在所述第五壳壁(235)上；和/或

第一压力传感器(24)，所述第一压力传感器(24)的检测探头设置在所述调压通道的位于所述第二开口和所述第一减压阀(25)之间的通道段内，以检测来自所述第二开口的氢气的压力，所述第一压力传感器(24)设置在所述第四壳壁上；和/或

第二减压阀(27)，所述第二减压阀(27)与所述调压通道的位于所述第一减压阀(25)和所述氢气出口(4)之间的通道段连通，所述第二减压阀(27)的开度可调节地设置，以对所述调压通道的位于所述第一减压阀(25)和所述氢气出口(4)之间的通道段内的氢气的压力进行调节，所述第二减压阀(27)设置在所述第三壳壁上；和/或

第二压力传感器(26)，所述第二压力传感器(26)的检测探头设置在所述调压通道的位于所述氢气出口(4)和所述第二减压阀(27)之间的通道段内，以检测来自所述第二减压阀(27)的氢气的压力，所述第二压力传感器(26)设置在所述第五壳壁(235)上；和/或

第三调压部(28)，所述第三调压部(28)的两端分别与所述调压通道的位于所述第二减压阀(27)和所述氢气出口(4)之间的通道段相连通，以对所述调压通道的位于所述第二减压阀(27)和所述氢气出口(4)之间的通道段内的氢气的压力进行调节，所述第三调压部(28)设置在所述第一壳壁(231)上。

8.一种燃料电池系统，包括电堆(6)和气液分离器(9)，所述气液分离器(9)的进口与所述电堆(6)的电堆氢气出口连通，其特征在于，所述燃料电池系统还包括：

权利要求1至7中任一项所述的加热调压装置；

第一连接管(10)和第二连接管(11)，所述第一连接管(10)的一端与所述气液分离器(9)的排水口(93)连通，所述第一连接管(10)的另一端伸入电堆(6)内并延伸至所述电堆(6)的空气出口(65)处；所述第二连接管(11)的一端与所述气液分离器(9)的第一排气口(91)连通，所述第二连接管(11)的另一端与所述第一连接管(10)的中部连通；

阀门组件(12)，所述阀门组件(12)包括第一阀门(121)和第二阀门(122)，所述第一阀门(121)设置在所述第一连接管(10)上，所述第二阀门(122)设置在所述第二连接管(11)上，以分别使所述第一连接管(10)和所述第二连接管(11)可通断地设置。

9.根据权利要求8所述的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池系统还包括：

第一检测件(13)，所述第一检测件(13)设置在所述第一连接管(10)上并位于所述第一连接管(10)与所述第二连接管(11)之间的连接点的下游，以通过所述第一检测件(13)检测氢气的浓度；

第二检测件(14)，所述第二检测件(14)设置在所述气液分离器(9)上，用于检测所述气液分离器(9)中的液位；

控制器，所述第一检测件(13)和所述第二检测件(14)均与所述控制器通讯连接，以使所述控制器根据所述第一检测件(13)和所述第二检测件(14)的检测结果控制所述阀门组件(12)的通断。

10.根据权利要求8所述的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池系统还包括：

加热装置，所述加热装置用于对所述换热流体进行加热；

所述流体输入管(7)的远离所述连接板(3)的一端的端口与所述加热装置相连通，以通入经所述加热装置加热过后的所述换热流体；

所述流体输出管(8)的远离所述连接板(3)的一端的端口与所述电堆的电堆冷却液进口相连通。