CN2866223Y - 燃料电池轿车发动机的安装结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及燃料电池轿车发动机的安装结构，该结构由燃料电池堆、支持该燃料电池堆正常运行的辅助运行支持系统构成，所述的燃料电池堆与支持其正常运行的辅助运行支持系统中的某个子系统一体化集中安装，其余子系统根据轿车的可使用空间松散型安装。与现有技术相比，本实用新型具有可充分利用轿车现有空间、装拆方便等特点。

Description

燃料电池轿车发动机的安装结构

技术领域

本实用新型涉及燃料电池，尤其涉及燃料电池轿车发动机的安装结构。

背景技术

电化学燃料电池是一种能够将氢及氧化剂转化成电能及反应产物的装置。该装置的内部核心部件是膜电极(Membrane Electrode Assembly，简称MEA)，膜电极(MEA)由一张质子交换膜、膜两面夹两张多孔性的可导电的材料，如碳纸组成。在膜与碳纸的两边界面上含有均匀细小分散的引发电化学反应的催化剂，如金属铂催化剂。膜电极两边可用导电物体将发生电化学发应过程中生成的电子，通过外电路引出，构成电流回路。

在膜电极的阳极端，燃料可以通过渗透穿过多孔性扩散材料(碳纸)，并在催化剂表面上发生电化学反应，失去电子，形成正离子，正离子可通过迁移穿过质子交换膜，到达膜电极的另一端阴极端。在膜电极的阴极端，含有氧化剂(如氧气)的气体，如空气，通过渗透穿过多孔性扩散材料(碳纸)，并在催化剂表面上发生电化学反应得到电子，形成负离子。在阴极端形成的阴离子与阳极端迁移过来的正离子发生反应，形成反应产物。

在采用氢气为燃料，含有氧气的空气为氧化剂(或纯氧为氧化剂)的质子交换膜燃料电池中，燃料氢气在阳极区的催化电化学反应就产生了氢正离子(或叫质子)。质子交换膜帮助氢正离子从阳极区迁移到阴极区。除此之外，质子交换膜将含氢气燃料的气流与含氧的气流分隔开来，使它们不会相互混合而产生爆发式反应。

在阴极区，氧气在催化剂表面上得到电子，形成负离子，并与阳极区迁移过来的氢正离子反应，生成反应产物水。在采用氢气、空气(氧气)的质子交换膜燃料电池中，阳极反应与阴极反应可以用以下方程式表达：

阳极反应：

阴极反应：

在典型的质子交换膜燃料电池中，膜电极(MEA)一般均放在两块导电的极板中间，每块导流极板与膜电极接触的表面通过压铸、冲压或机械铣刻，形成至少一条以上的导流槽。这些导流极板可以是金属材料的极板，也可以是石墨材料的极板。这些导流极板上的流体孔道与导流槽分别将燃料和氧化剂导入膜电极两边的阳极区与阴极区。在一个质子交换膜燃料电池单电池的构造中，只存在一个膜电极，膜电极两边分别是阳极燃料的导流板与阴极氧化剂的导流板。这些导流板既作为电流集流板，也作为膜电极两边的机械支撑，导流板上的导流槽又作为燃料与氧化剂进入阳极、阴极表面的通道，并作为带走燃料电池运行过程中生成的水的通道。

为了增大整个质子交换膜燃料电池的总功率，两个或两个以上的单电池通常可通过直叠的方式串联成电池组或通过平铺的方式联成电池组。在直叠、串联式的电池组中，一块极板的两面都可以有导流槽，其中一面可以作为一个膜电极的阳极导流面，而另一面又可作为另一个相邻膜电极的阴极导流面，这种极板叫做双极板。一连串的单电池通过一定方式连在一起而组成一个电池组。电池组通常通过前端板、后端板及拉杆紧固在一起成为一体。

一个典型电池组通常包括：(1)燃料及氧化剂气体的导流进口和导流通道，将燃料(如氢气、甲醇或甲醇、天然气、汽油经重整后得到的富氢气体)和氧化剂(主要是氧气或空气)均匀地分布到各个阳极、阴极面的导流槽中；(2)冷却流体(如水)的进出口与导流通道，将冷却流体均匀分布到各个电池组内冷却通道中，将燃料电池内氢、氧电化学放热反应生成的热吸收并带出电池组进行散热；(3)燃料与氧化剂气体的出口与相应的导流通道，燃料气体与氧化剂气体在排出时，可携带出燃料电池中生成的液、汽态的水。通常，将所有燃料、氧化剂、冷却流体的进出口都开在燃料电池组的一个端板上或两个端板上。

燃料电池轿车发动机主要由燃料电池堆及其支持燃料电池堆的辅助运行系统构成。辅助运行支持系统主要由以下四个子系统构成：

(1)空气输送子系统；

(2)氢气罐及氢气输送子系统；

(3)散热器、水泵等冷却与散热子系统；

(4)电流输出与自动控制子系统。

根据燃料电池轿车现有可利用的空间，有三种利用情况：

第一种是利用轿车前舱可利用空间来安装燃料电池发动机；

第二种是利用轿车底盘平铺空间来安装燃料电池发动机；

第三种是利用轿车后舱可利用空间来安装燃料电池发动机。

在实际情况下，这三种空间的利用都比较困难，对燃料电池的设计、安装都带来了很大的不便。

发明内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的不足而提供一种可充分利用轿车现有空间、装拆方便的燃料电池轿车发动机的安装结构。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：燃料电池轿车发动机的安装结构，其特征在于，该结构由燃料电池堆、支持该燃料电池堆正常运行的辅助运行支持系统构成，所述的燃料电池堆与支持其正常运行的辅助运行支持系统中的某个子系统一体化集中安装，其余子系统根据轿车的可使用空间松散型安装。

所述的辅助运行支持系统由以下四个子系统构成：(1)空气输送子系统，(2)氢气罐及氢气输送子系统，(3)包括散热器、水泵及水箱的冷却与散热子系统，(4)电流输出与自动控制子系统。

所述的燃料电池堆与空气输送子系统一体化集中安装，其余子系统松散型安装。

所述的燃料电池堆与空气输送子系统一体化集中安装于轿车底盘上，氢气罐及氢气输送子系统安装于轿车后舱，包括散热器、水泵及水箱的冷却与散热子系统安装于轿车前舱。

所述的燃料电池堆与空气输送子系统一体化集中安装于轿车后舱，氢气罐及氢气输送子系统安装于轿车底盘上，包括散热器、水泵及水箱的冷却与散热子系统安装于轿车前舱。

所述的燃料电池堆安装于轿车底盘上，空气输送子系统和氢气罐及氢气输送子系统安装于轿车后舱，包括散热器、水泵及水箱的冷却与散热子系统安装于轿车前舱。

所述的燃料电池堆安装于前舱，空气输送子系统和包括散热器、水泵及水箱的冷却与散热子系统安装于轿车底盘上，氢气罐及氢气输送子系统安装于轿车后舱。

所述的电流输出与自动控制子系统穿设于其余子系统之间。

如果单独利用前舱、单独利用后舱或单独利用底盘空间，则燃料电池必须进行一体化设计安装，空间非常局促，设计安装起来非常困难。

本实用新型优点在于，燃料电池堆与部分零部件一体化集中安装，而其它部分零部件松散在轿车前舱、后舱或底盘空间安装，这样不仅可以充分利用轿车现有空间，而且能极大提高安装、拆卸燃料电池发动机的效率，降低燃料电池发动机设计、安装与拆卸的难度与维修成本。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的结构示意图；

图2为本实用新型实施例2的结构示意图；

图3为本实用新型实施例3的结构示意图；

图4为本实用新型实施例4的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，一种50千瓦燃料电池轿车发动机的安装结构，其中，燃料电池堆2与空气鼓风机等空气输送子系统3在轿车底盘上安装，水泵4、散热器6、水箱5等冷却与散热子系统在轿车前舱安装，氢气罐1及氢气输送子系统在轿车后舱或底盘上安装。

实施例2

如图2所示，一种50千瓦燃料电池轿车发动机的安装结构，其中，燃料电池堆2在轿车底盘上安装，水泵4、散热器6、水箱5等冷却与散热子系统在轿车前舱安装，空气鼓风机等空气输送子系统3与氢气罐1及氢气输送子系统在轿车后舱或底盘上安装。

实施例3

如图3所示，一种50千瓦燃料电池轿车发动机的安装结构，其中，氢气罐1及氢气输送子系统在轿车底盘上安装，燃料电池堆2与空气输送子系统在轿车后舱安装，水泵4、散热器6、水箱5等冷却与散热子系统在轿车前舱安装。

实施例4

如图4所示，一种50千瓦燃料电池轿车发动机的安装结构，其中，空气鼓风机等空气输送子系统3及水泵4、散热器6、水箱5等冷却与散热子系统在轿车底盘上安装，燃料电池堆2在轿车前舱上安装，氢气罐1及氢气输送子系统在轿车后舱安装。

Claims (8)

1.燃料电池轿车发动机的安装结构，其特征在于，该结构由燃料电池堆、支持该燃料电池堆正常运行的辅助运行支持系统构成，所述的燃料电池堆与支持其正常运行的辅助运行支持系统中的某个子系统一体化集中安装，其余子系统根据轿车的可使用空间松散型安装。

2.根据权利要求1所述的燃料电池轿车发动机的安装结构，其特征在于，所述的辅助运行支持系统由以下四个子系统构成：(1)空气输送子系统，(2)氢气罐及氢气输送子系统，(3)包括散热器、水泵及水箱的冷却与散热子系统，(4)电流输出与自动控制子系统。

3.根据权利要求2所述的燃料电池轿车发动机的安装结构，其特征在于，所述的燃料电池堆与空气输送子系统一体化集中安装，其余子系统松散型安装。

4.根据权利要求3所述的燃料电池轿车发动机的安装结构，其特征在于，所述的燃料电池堆与空气输送子系统一体化集中安装于轿车底盘上，氢气罐及氢气输送子系统安装于轿车后舱，包括散热器、水泵及水箱的冷却与散热子系统安装于轿车前舱。

5.根据权利要求3所述的燃料电池轿车发动机的安装结构，其特征在于，所述的燃料电池堆与空气输送子系统一体化集中安装于轿车后舱，氢气罐及氢气输送子系统安装于轿车底盘上，包括散热器、水泵及水箱的冷却与散热子系统安装于轿车前舱。

6.根据权利要求2所述的燃料电池轿车发动机的安装结构，其特征在于，所述的燃料电池堆安装于轿车底盘上，空气输送子系统和氢气罐及氢气输送子系统安装于轿车后舱，包括散热器、水泵及水箱的冷却与散热子系统安装于轿车前舱。

7.根据权利要求2所述的燃料电池轿车发动机的安装结构，其特征在于，所述的燃料电池堆安装于前舱，空气输送子系统和包括散热器、水泵及水箱的冷却与散热子系统安装于轿车底盘上，氢气罐及氢气输送子系统安装于轿车后舱。

8.根据权利要求2～7之一所述的燃料电池轿车发动机的安装结构，其特征在于，所述的电流输出与自动控制子系统穿设于其余子系统之间。

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