燃料电池系统和具有它的车辆的制作方法

1.本实用新型涉及车辆技术领域，具体而言，涉及一种燃料电池系统和具有它的车辆。


背景技术：

2.在相关技术中，燃料电池系统的电堆在每次工作完成后，其内部存留有积水，在环境温度较低时，积水容易结冰，从而导致电堆启动速度较慢，甚至无法启动。


技术实现要素：

3.本实用新型旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。为此，本实用新型提出一种燃料电池系统，可提升电堆的冷启动效率。
4.本实用新型还提出了一种具有上述燃料电池系统的车辆。
5.根据本实用新型实施例的燃料电池系统，包括：电堆，所述电堆内具有换热流道；换热器，所述换热器具有换热的介质流道和气体流道，所述介质流道与所述换热流道连通并形成适于换热介质流动的换热回路；空压机和中冷器，所述空压机的空压机出口和所述电堆的进气口间连接有所述中冷器，所述气体流道具有气体进口和气体出口，所述气体进口与所述空压机出口选择性地连通，所述气体出口与所述进气口连通。
6.根据本实用新型实施例的燃料电池系统，换热器具有换热的介质流道和气体流道，介质流道与电堆的换热流道连通，气体流道可与空压机选择性地连通，以在电堆冷启动时，可利用空压机输出的温度较高的压缩空气来加热介质流道中的换热介质，以利用压缩空气的余热实现电堆的快速升温，从而有利于提升电堆的冷启动效率，增加燃料电池系统的使用寿命。
7.根据本实用新型的一些实施例，所述气体进口和所述空压机出口通过第一管路连通，且所述第一管路的进口位于所述中冷器的上游侧，所述第一管路设有控制阀。
8.进一步地，所述气体出口和所述进气口通过第二管路连通，且所述第二管路的出口位于所述中冷器的下游侧。
9.根据本实用新型的一些实施例，在介质流动方向上，所述换热器位于所述换热流道的上游侧。
10.进一步地，燃料电池系统还包括：温度检测件，所述温度检测件用于检测从所述气体出口流出的气体温度，根据所述温度检测件检测的温度信息控制所述控制阀开度。
11.进一步地，所述温度检测件设于所述气体出口。
12.根据本实用新型的一些实施例，所述介质流道和所述气体流道接触，且所述介质流道和所述气体流道相互绕设。
13.根据本实用新型的一些实施例，所述换热回路上设有溢水壶。
14.根据本实用新型的一些实施例，所述换热回路上设有驱动泵。
15.根据本实用新型另一方面实施例的车辆，包括上述的燃料电池系统。
16.根据本实用新型实施例的车辆，其燃料电池系统的换热器具有换热的介质流道和气体流道，介质流道与电堆的换热流道连通，气体流道可与空压机选择性地连通，以在电堆冷启动时，可利用空压机输出的温度较高的压缩空气来加热介质流道中的换热介质，以利用压缩空气的余热实现电堆的快速升温，从而有利于提升电堆的冷启动效率，增加燃料电池系统的使用寿命。
17.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
18.图1是根据本实用新型实施例的燃料电池系统的方框示意图。
19.附图标记：
20.电堆1、换热流道11、进气口12、换热器2、介质流道21、气体流道22、空压机3、中冷器4、第一管路51、第二管路52、控制阀53、驱动泵6、空滤7、溢水壶8、燃料电池系统10。
具体实施方式
21.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，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
22.在本实用新型的描述中，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。
23.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；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。
24.下面结合图1详细描述根据本实用新型实施例的燃料电池系统10和具有它的车辆。
25.参照图1所示，燃料电池系统10，包括：电堆1、换热器2、空压机3和中冷器4，其中：
26.电化学反应可在电堆1进行，以将化学能转换为电能，电堆1内具有换热流道11，换热介质可在换热流道11内流动，在环境温度较低时，通过加热换热介质可提升电堆1的温度，以保证电堆1冷启动的顺利进行，并使电堆1处于适宜的工作温度。可选地，换热介质为冷却液。
27.换热器2具有换热的介质流道21和气体流道22，也就是说，介质流道21和气体流道22之间可相互换热，介质流道21的介质进口和介质出口均与换热流道11连通，气体流道22内的热空气适于加热介质流道21内的换热介质，介质流道21和换热流道11连通并可形成适于换热介质流动的换热回路(换热介质的流动路径如图1中实线箭头所示)，也就是说，换热介质可在介质流道21和换热流道11之间循环流动，且换热介质可在换热器2的介质流道21
内与气体流道22换热，以使介质流道21内的换热介质升温，从而在换热介质流入换热流道11时，可对电堆1进行加热。
28.空压机3的空压机出口和电堆1的进气口12间连接有中冷器4，空压机3可压缩空气以提高空气压力，压缩空气可通过电堆1的进气口12向电堆1提供电化学反应所需要的氧化剂，压缩空气可提升电堆1的输出性能，需要说明的是，空气被空压机3压缩后温度升高，中冷器4可降低压缩空气的温度，以使压缩空气达到电堆1的进气口12需要的温度。
29.气体流道22具有气体进口和气体出口，气体进口与空压机出口选择性地连通，气体出口与进气口12连通，也就是说，空压机3输出的温度较高的压缩空气可以经过中冷器4冷却后向电堆1的进气口12供气，空压机3输出的温度较高的压缩空气还可以可流入气体流道22(压缩空气的流动路径如图1中虚线箭头所示)，从而通过气体流道22与介质流道21的换热，在降低压缩空气的温度的同时，使换热介质的温度升高，并且流过气体流道22降温后的压缩空气可通过气体出口流入电堆1的进气口12，由此，电堆1的进气损失较小，且充分利用流过气体流道22的压缩空气的热量来提升电堆1的温度，以保证电堆1冷启动的顺利进行，并使电堆1处于适宜的工作温度。
30.根据本实用新型实施例的燃料电池系统10，换热器2具有换热的介质流道21和气体流道22，介质流道21与电堆1的换热流道11连通，气体流道22可与空压机3选择性地连通，以在电堆1冷启动时，可利用空压机3输出的温度较高的压缩空气来加热介质流道21中的换热介质，以利用压缩空气的余热实现电堆1的快速升温，以提升电堆1的冷启动效率，提升燃料电池系统10的使用寿命。
31.在本实用新型的一些实施例中，参照图1所示，气体进口和空压机出口通过第一管路51连通，且第一管路51的进口位于中冷器4的上游侧，第一管路51设有控制阀53，在电堆1冷启动时，控制阀53可打开以连通气体进口和空压机出口，从而实现充分利用压缩气体的余热对流入电堆1的换热介质进行加热，进而有利于实现电堆1的快速升温，保证电堆1冷启动成功。
32.在本实用新型的一些实施例中，气体出口和进气口12通过第二管路52连通，且第二管路52的出口位于中冷器4的下游侧，也就是说，流经气体流道22的压缩空气经降温后可不经中冷器4而直接流入电堆1的进气口12，从而可充分利用压缩空气的热量加热换热介质，并减少中冷器4的散热所导致的能量损失。
33.在本实用新型的一些实施例中，参照图1所示，在介质流动方向上，换热器2位于换热流道11的上游侧，也就是说，介质流道21的出口端靠近换热流道11的进口端，以减少换热器2与换热流道11之间连接管路的长度，从而有利于提升换热介质对电堆1的加热速度，以降低电堆1冷启动的等待时间。
34.在本实用新型的一些实施例中，燃料电池系统10还包括：温度检测件，温度检测件用于检测从气体出口流出的气体温度，根据温度检测件检测的温度信息控制控制阀53开度，也就是说，当气体出口流出的气体温度低于第一预设温度时，可增大控制阀53的开度，以提升流入气体流道22中压缩空气的流量，进而提升气体出口流出的压缩气体温度，避免电堆1的进气温度过低，从而可实现电堆1温气进堆控制，提升电堆1反应活性，当气体出口流出的气体温度高于第二预设温度时，可减小控制阀53的开度，以降低流入气体流道22中压缩空气的流量，从而降低气体出口流出的压缩气体温度，避免电堆1的进气温度过高。
35.在本实用新型的一些实施例中，温度检测件设于气体出口，以用于检测气体出口处的气体温度，温度检测件可以是热电偶温度传感器。
36.在本实用新型的一些实施例中，介质流道21和气体流道22接触，以提升介质流道21内换热介质与气体流道22内压缩空气的换热效率。
37.在本实用新型的一些实施例中，介质流道21和气体流道22相互绕设，介质流道21和气体流道22可以形成为双螺旋结构，从而有利于增加介质流道21和气体流道22的换热面积，进而有利于提升介质流道21内换热介质与气体流道22内压缩空气的换热效率。
38.在本实用新型的一些实施例中，换热回路上设有溢水壶8，具体地，介质进口和换热流道11间连接有溢水壶8，以防止在冷热交替下换热回路出现换热介质溢出或不足的问题。
39.在本实用新型的一些实施例中，换热回路上设有驱动泵6，具体地，介质进口和换热流道11间连接有驱动泵6，和/或介质出口和换热流道11间连接有驱动泵6，也就是说，在一些实施例中，介质进口和换热流道11间连接有驱动泵6，且介质出口和换热流道11间连接有驱动泵6，在另一些实施例中，介质进口和换热流道11间连接有驱动泵6，或介质出口和换热流道11间连接有驱动泵6。举例而言，参照图1所示，介质进口和换热流道11间连接有驱动泵6，驱动泵6可用于提升换热介质的流速，以提升换热介质在换热器2和电堆1中的换热效率，实现对电堆1的快速加热。
40.在本实用新型的一些实施例中，参照图1所示，空压机3的空压机进口处设有空滤7，以用于过滤空气中的杂质。
41.根据本实用新型另一方面实施例的车辆，包括上述实施例的燃料电池系统10。
42.根据本实用新型实施例的车辆，其燃料电池系统10的换热器2具有换热的介质流道21和气体流道22，介质流道21与电堆1的换热流道11连通，气体流道22可与空压机3选择性地连通，以在电堆1冷启动时，可利用空压机3输出的温度较高的压缩空气来加热介质流道21中的换热介质，以利用压缩空气的余热实现电堆1的快速升温，从而有利于提升电堆1的冷启动效率，增加燃料电池系统10的使用寿命。
43.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”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必须针对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。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
44.尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。