一种燃料电池系统及具有该系统的车辆的制作方法

本实用新型涉及能源利用技术领域，更具体地说，涉及一种燃料电池系统。此外，本实用新型还涉及一种包括上述燃料电池系统的车辆。

背景技术：

目前的城市公交车辆有燃油公交车、纯电动车和新能源公交车等。燃油公交车由于其排放污染问题，正逐步被纯电动车和新能源车取代。

随着人们对环境的日益重视，新能源车和储能式的车辆越来越受到欢迎，一方面是由于其环保性好，另一方面无内燃机运转的噪音，舒适性也高。

现有技术中，采用水冷方式对燃料电池进行冷却，但是，由于燃料电池工作的过程中，其内部需要不断进行冷却，燃料电池在启动的时候首先需要吸收热量，如果冷却液导入燃料电池内部后，也会吸收热量，这会造成燃料电池的开机时间过长。另外，水冷的冷却液需要不断进行温度测试，并根据冷却液的温度不同对冷却液实施不同的操作，冷却液温度较高时，需要对冷却液进行制冷，该过程中，对温度检测的要求较高，一旦温度检测出现不准确，则有可能会对燃料电池造成伤害，比如，冷却液实际温度较高，而温度检测值偏低时，冷却液将继续导入燃料电池内部，则燃料电池内部的热量就不能及时散发，可能导致燃料堆得损坏；而当检测温度高于实际温度时，冷却液将会被进行冷却，造成冷却液能量的损失，造成浪费。

综上所述，如何提供一种实现余热回收的燃料电池系统，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种燃料电池系统，该燃料电池系统能够实现燃料的余热回收。

本实用新型的另一目的是提供一种包括上述燃料电池系统的车辆，该车辆能够充分利用燃料的热能。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种燃料电池系统，包括：

用于与燃料电池模组的废气出口连接的废排风道，所述废排风道设有用于抽取废气的废排风机；

用于吸收所述废排风机内所述废气的热量、并输送给所述车内散热器的热交换系统；

用于控制所述废排风机、所述废排风道排出口的开闭的控制系统总成，分别与所述废排风机、所述废排风道连接。

优选的，所述废排风道的一侧连接至少两个所述燃料电池模组对应的所述废气出口，所述废排风道的另一侧连接所述废排风机。

优选的，所述废排风机为转速可调的废排风机，所述控制系统总成与所述燃料电池模组连接，所述控制系统总成根据所述燃料电池模组的启动数量控制所述废排风机的转速。

优选的，所述控制系统总成设有用于控制所述燃料电池模组的总排风量与所述废排风机的抽风量一致的控制器。

优选的，所述控制系统总成与车内空调系统、用于检测车内温度的监测装置连接，用于当所述废排风道输送给所述车内散热器的热量不能达到温度要求时，控制所述车内空调系统进行制暖。

优选的，与所述燃料电池模组连接的储能系统包括大功率储能元件。

优选的，所述燃料电池模组为甲醇燃料电池模组。

一种车辆，包括燃料电池系统和控制系统，所述燃料电池系统为上述任意一项所述的燃料电池系统。

本实用新型提供的燃料电池系统通过在燃料电池模组的废气出口设置废排风道，并通过废排风机将废气输送至热交换系统，后者将热量传递给车内散热器，从而实现热量的交换和利用。本实用新型能够实现能量的回收利用，提高了能源的总体利用效率。通过这种余热利用解决了现有燃料电池车辆余热浪费的问题，极大提高了能源的利用效率。在气温较低的区域或季节，需要开空调制热的区域，该系统可以提高车辆乘客的舒适性。并可以降低或取消通过空调制热，也可以间接降低车辆的生产成本。

本实用新型还提供了一种包括上述燃料电池系统的车辆，该车辆能够合理利用内部能量，实现使用能量的再利用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型所提供的一种燃料电池系统的系统示意图；

图2为本实用新型所提供的一种燃料电池系统中燃料电池箱体的正视图；

图3为本实用新型所提供的一种燃料电池系统中燃料电池箱体的俯视图；

图4为本实用新型所提供的一种燃料电池系统中燃料电池箱体的侧视图；

图5为本实用新型所提供的一种车辆的结构示意图。

图1-5中：

燃料电池模组1、储能系统2、控制总成系统3、驱动电机4、传动装置5、废排风道6、高压电缆7，车体8，空调9，废排风机10、热交换系统11、热量输送管道12、车内散热器13、燃料电池箱体14。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的核心是提供一种燃料电池系统，该燃料电池系统能够实现燃料的余热回收。

本实用新型的另一目的是提供一种包括上述燃料电池系统的车辆，该车辆能够充分利用燃料的热能。

请参考图1至图5，图1为本实用新型所提供的一种燃料电池系统的系统示意图；图2为本实用新型所提供的一种燃料电池系统中燃料电池箱体的正视图；图3为本实用新型所提供的一种燃料电池系统中燃料电池箱体的俯视图；图4为本实用新型所提供的一种燃料电池系统中燃料电池箱体的侧视图；图5为本实用新型所提供的一种车辆的结构示意图。

本实用新型所提供的一种燃料电池系统，主要用于储能电车或其他，包括：废排风道6、废排风机10、热交换系统11和控制系统总成3，控制系统总成3分别与废排风机10、废排风道6连接。

废排风道6用于与燃料电池模组1的废气出口连接，废排风道6设有用于抽取废气的废排风机10。热交换系统11用于吸收废排风机10内废气的热量、并输送给车内散热器13。控制系统总成3用于控制废排风机10、废排风道6排出口的开闭。

需要说明的是，上述燃料电池模组1为设置在储能电车上的供能装置，用于为车辆的牵引电机供能。废排风道6为供废气流通的通道，具体形状和结构并不局限于传统风道结构。

燃料电池模组1启动工作后，其内部会进行电化学反应，会产生电能同时产生大量热量，产生的电能输出至储能系统2，用于驱动车辆的运行。燃料电池模组1排放的尾气温度高达170°左右或更高温度，尾气排送至废排风道在6，为克服废气在风道中的阻力、同时要对热量进行集中回收利用，在废排风道6上布置废排风机10，废排风机10抽取热废气后，输送至热交换系统11实现热量交换。热交换系统11通过热量输送管道12与车内散热器13相连，至此实现热量的交换利用。

上述实施例所提供的燃料电池系统通过在燃料电池模组1的废气出口设置废排风道6，并通过废排风机10将废气输送至热交换系统11，后者将热量传递给车内散热器13，从而实现热量的交换和利用。本实用新型能够实现能量的回收利用，提高了能源的总体利用效率。通过这种余热利用解决了现有燃料电池车辆余热浪费的问题，极大提高了能源的利用效率。在气温较低的区域需要开空调9制热的区域，该系统可以提高车辆乘客的舒适性。并可以降低或取消通过空调9制热，也可以间接降低车辆的生产成本。

在上述实施例的基础之上，废排风道6的一侧连接至少两个燃料电池模组1对应的废气出口，废排风道6的另一侧连接废排风机10。需要说明的是，上述废排风道6与若干个燃料电池模组1连接，从而能够获得多个燃料电池模组1的热量，废排风道6将全部热量统一供给热交换系统11，实现了收集、转化能量的装置的简化。废排风道6在汇集多个燃料电池模组1的冷却风量，同时在其一端侧部与废排风机10相连。当车辆在冬季使用时或需要利用热量时，高温废排风将经过废排风机10抽取后，经过热交换系统11排出。

在上述实施例的基础之上，废排风机10为转速可调的废排风机10，控制系统总成3与燃料电池模组1连接，控制系统总成3根据燃料电池模组1的启动数量控制废排风机10的转速。为了使车辆内部获得的热量可调，可以通过控制系统总成3与废排风机10连接，并同时控制废排风机10的转速，以便使热交换系统11获得的能量成为可调整量，最终实现向车内输送的可调整。

可选的，上述实施例所提供的燃料电池系统中，还可以通过控制系统总成3直接控制热交换系统11获取的能量。或者，可选的，在废排风道6的一端设置排风口，通过控制排风口大小控制风量，从而控制热交换系统11获得能量的大小。

可选的，当处于夏天或车辆处于不需要热交换系统11供给热量时，可以将排风口打开，避免热交换系统11获得能量。

在上述实施例的基础之上，控制系统总成3设有用于控制燃料电池模组1的总排风量与废排风机10的抽风量一致的控制器。

需要说明的是，通过上述控制器将总排风量和抽风量调节一致，能够使得二者恰好配合，以便燃料电池模组1的排风均能够利用到热交换系统11中，避免能量的浪费。

虽然上述方式能够利用燃料电池模组1的废气热量，但其提供的热量与车内所需要的热量仍可能存在不匹配情况。为了避免热量不足以为车内提供热量，同时也为了避免在其提供热量足够而浪费车内空调9能量的情况，在上述任意一个实施例的基础之上，控制系统总成3与车内空调9系统、用于检测车内温度的监测装置连接，用于当废排风道6输送给车内散热器13的热量不能达到温度要求时，控制车内空调9系统进行制暖。

监测装置检测车内温度，并发送给控制系统总成3，控制系统总成3可以与车内设定温度进行对比，当车内散热器13获取到的热量足以实现车内设定温度时，则控制车内空调9系统关闭；当车内散热器13获取到的热量不足以实现车内设定温度时，则控制车内空调9系统开启，配合车内散热器13一同为车辆内部供热。

在上述任意一个实施例的基础之上，与燃料电池模组1连接的储能系统2包括大功率储能元件。储能系统2由大功率储能元件构成，比如超级电容，可以实现大电流充放电。

在上述任意一个实施例的基础之上，燃料电池模组1为甲醇燃料电池模组。

燃料电池模组1通过电化学反应，将甲醇的生物能转化成电能，在理想条件下其产物为二氧化碳和水，无PM2.5等有害物质产生。其所产生的电能输送至储能系统2，冷却采用空气冷却，且冷却气体排放至废排风道6，可允许多个燃料电池模组1共用一个废排风道6。

控制系统总成3在车辆处于加速和运行的牵引过程中时，可以将储能系统2中的直流电转变成驱动电机4所需的交流电；当车辆下坡或停车制动时，控制系统总成3控制车辆优先采用再生制动，控制系统可以实现将驱动电机产生的交流电逆变成直流电，供储能系统2吸收存储。同时燃料电池模组1启动后，会将启动状态信号传送至控制系统总成3，控制系统总成3将根据燃料电池模组1启动数量，控制废排风机10的转速，以达到燃料电池模组总排风量和废排风机抽风量一致。

驱动电机4在车辆处于加速和运行的牵引过程时，驱动电机是将电能转化成动能；在车辆下坡或停车制动过程时，驱动电机将动能转化成交流电。

上述各个实施例中所提供的传动装置5包括了连接轴、齿轮箱等，实现驱动电机与车轮间的动能传递。

在上述任意一个实施例的基础之上，需要说明的是，热交换系统11在完成热量交换后，可以通过热量输送管道12传送至车内。车内散热器13将内部的热量向车内部释放出来，不但能够提高乘客的对温度的舒适感，还能够使车内保持干燥。

另外，图1中车体8用于布置和安装其他设备，为设备提供支撑。

上述各个实施例所提供的燃料电池系统的运转过程如下：

司机根据需要启动一定数量的燃料电池模组1，燃料电池模组1启动工作后，会将启动状态信号传输给控制总成系统3，控制总成系统3根据燃料电池模组的实际启动数量和当前是否需要进行余热回收利用，控制废排风机10的转速。

由于燃料电池模组1在进入工作状态后，功率相对稳定，其排放的热量也基本稳定，该部分热量回收利用后，如仍达不到客室内部取暖要求，不足的热量需通过既有的空调系统补足。如果余热回收利用超过了客室内部温度需求，控制总成系统3则适当降低废排风机10的转速，打开废排风道6风门一部分，让多余的热量直接排放至大气，实现最大程度利用了燃料电池模组1产生的热量。

如果当前处于不需要回收利用，则控制总成系统3控制废排风机10不启动，同时控制总成系统3控制废排风道6端部的风门全部打开，废排风可以直接排出大气，从而避免影响燃料电池模组1的工作。

控制总成系统3控制废排风机10抽取热废气后，输送至热交换系统11实现热量交换。热交换系统11通过热量输送管道与车内散热器13相连，至此实现热量的交换利用。

需要说明的是，上述控制系统总成3可以与储能系统2之间通过高压电缆7连接。

另外，上述热交换系统11、废排风机10、燃料电池模组1和废排风道6均可以设置在燃料电池箱体14中，以形成完整的燃料电池集成部，以便燃料电池的整体安装和保护。

除了上述实施例所提供的燃料电池系统，本实用新型还提供一种包括上述实施例公开的燃料电池系统的车辆，该车辆具体为储能车辆。该车辆的其他各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本实用新型所提供的燃料电池系统及具有该燃料电池系统的车辆进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。