燃料电池集成系统的制作方法

本发明涉及燃料电池系统设计领域，尤其涉及一种燃料电池集成系统。

背景技术：

燃料电池是将燃料具有的化学能直接变为电能的发电装置。质子交换膜燃料电池是燃料电池的一种，由于其启动快，运行温度低，在车辆、备用电源、应急电源等领域得到了广泛的应用。

车用燃料电池系统，由于空间布置的限制，与其他应用场合相比，需要更高的系统集成度；与传统发动机类似，车用燃料电池系统需要更高的系统防水防尘等级、抗振性能，以应对恶劣的使用环境。此外车用系统也要求保证氢气的使用安全性。因此，在进行车用燃料电池系统设计时，需要考虑到这些因素，从而保证系统的安全性、可靠性和稳定性。

燃料电池系统有氢气路、空气路和冷却路，现有的车用燃料电池系统中，一般会将氢气路、空气路和冷却路中的部分部件进行模块化，以在减少其所需空间的同时，提高其安全性能。但这种燃料电池系统集成度太低，增加了系统的空间占用率，且管路集成所用的结构设计复杂，增加了系统的成本和重量，存在氢气泄露的风险，也增加了系统低温启动的难度。

技术实现要素：

本发明提供一种燃料电池集成系统，以实现管路集成结构设计的简化，提高了系统集成度，降低了系统的成本和重量，增加了系统的安全性。

为了达到上述技术目的，本发明提供一种燃料电池集成系统，其包括电堆模块总成、氢分配装置、氧分配装置、水分配装置、控制装置和外壳，所述电堆模块总成、氢分配装置、氧分配装置、水分配装置和控制装置均集成于所述外壳中，所述控制装置控制所述氢分配装置、氧分配装置和水分配装置分别向所述电堆模块总成输送氢气、空气和冷却水。

进一步的，所述供氢装置、氧分配装置和水分配装置中的进分配管道均集成于进分配头中，所述进分配头设置于所述外壳的一侧。

进一步的，所述氢分配装置、氧分配装置和水分配装置中的出分配管道均集成于出分配头中，所述出分配头设置于所述外壳中与所述进分配头相对的一侧。

进一步的，所述燃料电池集成系统还包括压力传感器，所述压力传感器设置于所述外壳中，用于检测所述氢分配装置和水分配装置中进分配管道的流体压力，并将该压力信息传送给所述控制装置。

进一步的，所述燃料电池集成系统还包括温度传感器，所述温度传感器设置于所述外壳中，用于检测所述水分配装置中进、出分配管道以及所述氧分配装置中进分配管道的流体温度，并将该温度信息传送给所述控制装置。

进一步的，所述燃料电池集成系统还包括电磁阀，所述电磁阀设置于所述外壳中，并与所述控制装置电信连接，所述电磁阀用于控制所述氢分配装置中进分配管道的氢气流量。

进一步的，所述燃料电池集成系统还包括氢浓度传感器，所述氢浓度传感器设置于所述外壳中，并与所述控制装置电信连接。

进一步的，所述燃料电池集成系统还包括通风管路，所述通风管路的一端与外壳连接，并与所述外壳的内部相通。

进一步的，所述燃料电池集成系统还包括高压连接器，所述高压连接器的一端通过铜排与所述电堆模块总成连接，另一端与所需供电的设备连接。

进一步的，所述氢分配装置、氧分配装置和水分配装置均位于所述电堆模块总成的同一侧，所述控制装置位于所述电堆模块总成的另一侧。

进一步的，所述电堆模块总成和所述外壳均为方形柱体结构，其高度与长度均相匹配，所述外壳的宽度大于所述电堆模块总成的宽度，在所述电堆模块总成放入所述外壳后，所述外壳中在所述电堆模块总成的宽度方向上位于所述电堆模块总成相对的两侧具有两个容置空间，所述氢分配装置、氧分配装置和水分配装置均位于其中的一个容置空间中，所述控制装置位于另一个容置空间中。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的燃料电池集成系统通过将所有部件均设置在外壳中，为系统提供了较高的安全性，另一方面，为管道进行了更好的集成性设计，通过进、出分配头实现了氢气、空气和冷却水对电堆模块总成的同时供给，同时减小了系统的空间占用率，具有更高的功率密度。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为本发明实施例提供的燃料电池集成系统的控制框图；

图2为本发明实施例提供的燃料电池集成系统的内部结构示意图；

图3为本发明实施例提供的燃料电池集成系统的外部结构示意图。

在图1至3中，

1：电堆模块总成；2：控制装置；3：外壳；4：进分配头；5：出分配头；6：压力传感器；7：温度传感器；8：电磁阀；9：氢浓度传感器；10：通风管路；11：高压连接器；12：铜排。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的燃料电池集成系统作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明的核心思想在于，提供一种燃料电池集成系统，其通过将所有部件均设置在外壳中，为系统提供了较高的安全性，另一方面，为管道进行了更好的集成性设计，通过进、出分配头实现了氢气、空气和冷却水对电堆模块总成的同时供给，同时减小了系统的空间占用率，具有更高的功率密度。

请参考图1至3，图1为本发明实施例提供的燃料电池集成系统的控制框图；图2为本发明实施例提供的燃料电池集成系统的内部结构示意图；图3为本发明实施例提供的燃料电池集成系统的外部结构示意图。

如图1所示，本发明实施例提供一种燃料电池集成系统，其包括电堆模块总成1、氢分配装置、氧分配装置、水分配装置、控制装置2和外壳3，所述电堆模块总成1、氢分配装置、氧分配装置、水分配装置和控制装置2均集成于所述外壳3中，所述控制装置2控制所述氢分配装置、氧分配装置和水分配装置分别向所述电堆模块总成1输送氢气、空气和冷却水。

进一步的，所述氢分配装置、氧分配装置和水分配装置中的进分配管道均集成于进分配头4中，所述进分配头4设置于所述外壳3的一侧。

进一步的，所述氢分配装置、氧分配装置和水分配装置中的出分配管道均集成于出分配头5中，所述出分配头5设置于所述外壳3中与所述进分配头4相对的一侧。

在本实施例中，氢气、空气和冷却水从进分配头4中的3个不同的进分配管路进入电堆模块总成1参与化学反应，反应后，剩余的氢气、空气和冷却水再从出分配头5中的三个不同的出分配管道流出电堆模块总成1。

本发明实施例提供的燃料电池集成系统通过将所有部件均设置在外壳3中，为系统提供了较高的安全性，另一方面，为管道进行了更好的集成性设计，通过进、出分配头4、5实现了氢气、空气和冷却水对电堆模块总成1的同时供给，同时减小了系统的空间占用率，具有更高的功率密度。

进一步的，所述燃料电池集成系统还包括压力传感器6，所述压力传感器6设置于所述外壳3中，用于检测所述氢分配装置和水分配装置中进分配管道的流体压力，并将该压力信息传送给所述控制装置3。控制装置3将检测到的压力信息与希望输出的值进行比较计算后，调节电堆模块总成1的进氢量以及进水量，前者达到控制输入氢气压力，以控制电堆模块总成1输出电流的目的，后者达到控制电堆模块总成1内部温度的目的。

进一步的，所述燃料电池集成系统还包括温度传感器7，所述温度传感器7设置于所述外壳3中，用于检测所述水分配装置中进、出分配管道以及所述氧分配装置中进分配管道的流体温度，并将该温度信息传送给所述控制装置2。控制装置3将监测到的温度信息与希望输出的值进行比较计算后，调节冷却水及空气的温度，前者达到满足系统散热要求的目的，后者达到提高电堆模块总成1中化学反应质量的目的。

进一步的，所述燃料电池集成系统还包括电磁阀8，所述电磁阀8设置于所述外壳3中，并与所述控制装置2电信连接，所述电磁阀8用于控制所述氢分配装置中进分配管道的氢气流量。所述电磁阀8根据控制装置2的控制调节电堆模块总成1的进氢量，以满足电堆模块总成1内部的化学反应要求。

进一步的，所述燃料电池集成系统还包括氢浓度传感器9，所述氢浓度传感器9设置于所述外壳3中，并与所述控制装置2电信连接。所述氢气浓度传感器9用于检查外壳3内电堆模块总成1外是否有氢气的泄露与聚集，一旦发现氢气泄露量超过安全阈值，控制装置2随即进入紧急状态，切断供氢，降低电堆模块总成1的工作功率，直至停机报警。

进一步的，所述燃料电池集成系统还包括通风管路10，所述通风管路10的一端与外壳3连接，并与所述外壳3的内部相通。所述通风管路10的另一端可接入任意能够送入新风的设备，用以稀释外壳3内的氢气，防止氢气聚集，保持系统内部的空气流通，提高系统的安全性。

进一步的，所述燃料电池集成系统还包括高压连接器11，所述高压连接器11的一端通过铜排12与所述电堆模块总成1连接，另一端与所需供电的设备连接，以为需要供电的设备供电，在车用燃料电池系统领域中，该需要供电的设备一般为车用供电设备。

进一步的，所述氢分配装置、氧分配装置和水分配装置均位于所述电堆模块总成1的同一侧，所述控制装置2位于所述电堆模块总成1的另一侧，以简化系统的集成化设计。

在本实施例中，所述电堆模块总成1和所述外壳3均为方形柱体结构，其高度与长度均相匹配，所述外壳3的宽度大于所述电堆模块总成1的宽度，在所述电堆模块总成1放入所述外壳3后，所述外壳3中在所述电堆模块总成1的宽度方向上位于所述电堆模块总成1相对的两侧具有两个容置空间，所述氢分配装置、氧分配装置和水分配装置均位于其中的一个容置空间中，所述控制装置位于另一个容置空间中。该空间结构的排布及设计使得燃料电池集成系统的结构得以简化，并且其各部件与控制装置2之间的用于连接线路布线也更为合理，大大减少了集成后电路电池系统的空间占用率。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些改动和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。