氢燃料电池系统的制作方法

1.本实用新型涉及氢燃料电池，具体涉及一种氢燃料电池系统。


背景技术：

2.在质子交换膜氢燃料电池系统中，阴极电化学反应生成的水大部分通过空气口排出，但仍有一部分水通过质子交换膜反扩散至阳极，因此阳极氢气循环管路也含有少部分水。在冬天低温条件下，阳极氢气循环管路中的水容易结冰导致管路封堵，进而造成氢气供应不足，严重的会导致氢气路无法循环。当前普遍采取防结冰的方案是在氢气路中加电加热器，给含有水分的氢气加热以防止水结冰。但采用电加热器会增加电量消耗，使氢燃料电池装置的效率降低。


技术实现要素：

3.本实用新型的主要目的是，提供一种氢燃料电池系统，旨在防止氢气供应子系统中的水结冰，同时也可减少电量消耗。
4.为实现上述目的，本实用新型提出一种氢燃料电池系统，所述氢燃料电池系统包括：
5.热管理系统，所述热管理系统具有进液口和出液口；
6.第一换热器，所述第一换热器包括相邻设置的第一液体管道和第一氢气管道，所述第一液体管道具有进液口和出液口，所述第一氢气管道具有进气口和出气口；
7.氢燃料电池装置，所述氢燃料电池装置具有进液口、出液口、进气口和出气口；所述氢燃料电池装置的进液口、所述氢燃料电池装置的出液口、所述热管理系统的进液口和所述热管理系统的出液口依次连通构成液体回路；
8.氢气供应子系统，所述氢气供应子系统具有第一进气口、第二进气口和出气口，所述氢气供应子系统的第一进气口用于接入氢气；
9.所述氢燃料电池装置的进气口、所述氢燃料电池装置的出气口、所述氢气供应子系统的第二进气口、所述氢气供应子系统的出气口、所述第一换热器中第一氢气管道的进气口和所述第一换热器中第一氢气管道的出气口依次连通构成氢气回路；
10.第一液体支路，所述第一液体支路串联设置于所述热管理系统的出液口与所述第一换热器的进液口之间；
11.所述热管理系统用于对液体回路中的冷却液加热，以将经所述热管理系统加热后的冷却液传输至所述第一换热器；
12.所述第一换热器中第一液体管道的出液口与所述热管理系统的进液口连通；
13.所述第一换热器的第一液体管道用于接收所述热管理系统的出液口输出的加热后的冷却液，以对氢燃料电池装置的出气口输出至第一氢气管道中的氢气与水混合物加热。
14.在一实施例中，所述热管理系统包括加热器，所述加热器具有进液口和出液口；
15.所述加热器的进液口为所述热管理系统的进液口，所述加热器的出液口为所述热管理系统的出液口。
16.在一实施例中，所述氢燃料电池系统还包括第二换热器和第二液体支路；
17.所述第二换热器包括相邻设置的第二液体管道和第二氢气管道，所述第二液体管道具有进液口和出液口，所述第二氢气管道具有进气口和出气口，所述第二换热器的进气口用于接入氢气，所述第二换热器的出气口与所述氢燃料电池装置的进气口连通；
18.所述第二液体支路具有进液口和出液口，所述第二液体支路的进液口与热管理系统的出液口连通，所述第二液体支路的出液口与所述第二换热器的进液口连接。
19.在一实施例中，所述第二换热器的第二液体管道的出液口与所述第一换热器第一液体管道的进液口连通。
20.在一实施例中，所述氢燃料电池系统还包括控制模块；
21.所述控制模块与所述氢燃料电池装置、所述热管理系统和所述氢气供应子系统分别电连接，所述控制模块用于控制所述氢燃料电池装置将氢气能源转换为电能；所述控制模块还用于控制所述热管理系统对流经的冷却液加热，以及控制所述氢气供应子系统实现氢气循环。
22.在一实施例中，所述氢气回路还包括气液分离器；
23.所述气液分离器具有输入口、出气口和出液口，所述气液分离器的输入口与所述第一换热器的出气口连接，所述气液分离器的出气口与所述氢燃料电池装置的进气口连通；
24.所述气液分离器用于将所述第一换热器中第一氢气管道的出气口输出的液体与氢气分离，并将分离后的液体排出，以及将分离后的氢气输出至氢燃料电池装置的进气口。
25.在一实施例中，所述氢气回路还包括循环泵；
26.所述循环泵设于所述气液分离器和所述氢燃料电池装置的进气口之间，所述循环泵与所述控制模块电连接，所述循环泵基于所述控制模块的控制为所述氢气回路中的气体循环提供动力。
27.在一实施例中，所述氢气回路还包括第一排水阀；
28.所述第一排水阀设于所述气液分离器的出液口，所述第一排水阀与所述控制模块连接，所述第一排水阀基于所述控制模块的控制打开/关闭所述气液分离器的出液口。
29.在一实施例中，所述氢气回路还包括第二排水阀；
30.所述第二排水阀设于所述第二氢气管道的进气口，所述第二排水阀与所述控制模块连接，所述第二排水阀基于所述控制模块的控制打开/关闭。
31.本实用新型通过第一液体支路将液体回路中的高温液体传输至第一换热器的第一液体管道中，以对第一换热器的第一气体管道中与剩余氢气一起输出的水加热，使水的温度高于冰点，从而防止水结冰，保证氢气回路中氢气可以正常循环。
附图说明
32.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一些实施例，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，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
33.图1为本实用新型氢燃料电池系统的结构示意图；
34.图2为本实用新型第一换热器的结构示意图。
35.本实用新型目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
36.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的一部分实施例，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作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。
37.需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
38.另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
39.参照图1～2，本实用新型提出一种氢燃料电池系统，所述氢燃料电池系统包括：
40.热管理系统10，具有进液口和出液口；
41.第一换热器20，包括相邻设置的第一液体管道21和第一氢气管道22，所述第一液体管道21具有进液口21a和出液口21b，所述第一氢气管道22具有进气口22a和出气口22b；
42.氢燃料电池装置30，所述氢燃料电池装置30具有进液口1、出液口2、进气口3和出气口4；所述氢燃料电池装置30的进液口1、所述氢燃料电池装置30的出液口2、所述热管理系统10的进液口和所述热管理系统10的出液口依次连通构成液体回路；
43.氢气供应子系统40，所述氢气供应子系统40具有第一进气口、第二进气口和出气口，所述氢气供应子系统40的第一进气口用于接入氢气；
44.所述氢燃料电池装置30的进气口3用于接入氢气，所述氢燃料电池装置 30的进气口3、所述氢燃料电池装置30的出气口4、所述氢气供应子系统40 的第二进气口、所述氢气供应子系统40的出气口、所述第一换热器20中第一氢气管道的进气口和所述第一换热器20中第一氢气管道的出气口依次连通构成氢气回路；
45.第一液体支路50，所述第一液体支路50串联设置于所述热管理系统10 的出液口与所述第一换热器20中第一液体管道21的进液口21a之间；
46.所述热管理系统10用于对液体回路中的冷却液加热，以将经所述热管理系统10加热后的冷却液传输至所述第一换热器20；
47.所述第一换热器20中第一液体管道的出液口21b与所述氢燃料电池装置 30的出液口2连通。
48.所述第一换热器的第一液体管道21用于接收所述热管理系统10的出液口输出的
加热后的冷却液，以对氢燃料电池装置30的出气口4输出至第一氢气管道22中的氢气与水混合物加热。
49.氢燃料电池系统还包括过滤器、切断阀和比例阀，过滤器、切断阀、比例阀和氢燃料电池装置30的进气口3依次连通。
50.氢燃料电池装置30用于氢气燃料与空气中的氧气反应对外输出电能，同时也产生热量。第一换热器20可以选用圆管式换热器或者板式换热器。氢燃料电池装置30的进气口3接入的氢气经过反应后，通过出气口输出的剩余氢气中掺杂有一部分水参与到氢气回路的循环中。在冬天低温条件下，氢气回路中的水容易结冰造成管路封堵，进而造成氢气供应不足，严重的会导致氢气路无法循环。液体回路用于氢燃料电池系统中冷却液的循环。氢燃料电池装置30燃烧氢气发生反应时，产生的热量通过液体回路带走，同时热量交换使液体回路中的液体变成高温。本实用新型采用具有第一液体管道21和第一氢气管道22的第一换热器20，氢燃料电池装置30反应后输出的剩余氢气与水混合物进入到第一氢气管道22中，通过第一液体支路50将液体回路中的高温液体传输至第一换热器20的第一液体管道21。使第一液体管道21和第一氢气管道22进行热量交换，以对第一氢气管道22中的水加热，使水保持液体状态，易于流通和排出。避免水结冰堵塞管路，保证氢气回路中氢气可以正常循环。
51.本实用新型通过第一液体支路将液体回路中的高温液体传输至第一换热器的第一液体管道中，以对第一换热器的第一气体管道中与剩余氢气一起输出的水加热，使水的温度高于冰点，从而防止水结冰，保证氢气回路中氢气可以正常循环。
52.在一实施例中，所述热管理系统包括加热器，所述加热器具有进液口和出液口；
53.所述加热器的进液口为所述热管理系统的进液口，所述加热器的出液口为所述热管理系统的出液口。
54.冬天温度低时，需要开启加热器对热管理系统中的冷却液加热升温，以辅助氢燃料电池装置30进行冷启动。氢燃料电池装置30冷启动时，开启加热器对冷却液进行加热。当冷却液加热至一定温度时，氢燃料电池装置30开始工作，此时氢燃料电池装置30反应也会产生热量给冷却液升温，热管理系统10和氢燃料电池装置30共同将液体回路中的冷却液加热到合适温度后，加热器即可关闭，氢燃料电池装置30产生的热量可以使液体回路中的冷却液稳定在合适温度。
55.在一实施例中，所述氢燃料电池系统还包括第二换热器60和第二液体支路70；
56.所述第二换热器60包括相邻设置的第二液体管道和第二氢气管道，所述第二液体管道具有进液口和出液口，所述第二氢气管道具有进气口和出气口，所述第二换热器60的进气口用于接入氢气，所述第二换热器60的出气口与所述氢燃料电池装置30的进气口3连通；
57.所述第二液体支路70具有进液口和出液口，所述第二液体支路70的进液口与热管理系统10的出液口连通，所述第二液体支路70的出液口与所述第二换热器60的进液口连接。
58.第二换热器60的结构与第一换热器20相同。第二换热器60通过第二气体管道将第一换热器20输出的剩余氢气传输至氢燃料电池装置30的进气口 3。剩余氢气中可能依然存在未排出的部分水。
59.本实施例通过在氢燃料电池装置30的进气口3设置第二换热器60，通过第二液体
支路70将液体循环回路中的高温液体输出至第二换热器60的第二液体管道，以对和剩余氢气一起循环至第二换热器60的第二气体管道中的水进行二次加热。使水的温度高于冰点，从而防止水结冰，保证氢气回路中氢气可以正常循环。
60.在一实施例中，所述第二换热器60的第二液体管道的出液口与所述第一换热器20中第一液体管道21的进液口21a连通。
61.本实施例通过将第二换热器60的第二液体管道的出液口与第一换热器20 中第一液体管道21的进液口21a连通，液体回路中的高温液体通过第二液体支路70传输至第二换热器60后，再通过第二换热器60的出液口传输至第一换热器20。与第一液体支路50相比，管道的耗材更少，减少了成本，且利于系统布局设计。
62.在一实施例中，所述氢燃料电池系统还包括控制模块；
63.所述控制模块与所述氢燃料电池装置30和所述热管理系统10分别电连接，所述控制模块用于控制所述氢燃料电池装置30将氢气能源转换为电能，还用于控制所述热管理系统10对流经的冷却液加热，以及控制所述氢气供应子系统40实现氢气循环。
64.在一实施例中，所述氢气供应子系统40还包括气液分离器；
65.所述气液分离器具有输入口、出气口和出液口，所述气液分离器的输入口与所述第一换热器10的出气口连接，所述气液分离器的出气口与所述氢燃料电池装置30的进气口3连通；
66.所述气液分离器用于将所述第一换热器20中第一氢气管道的出气口输出的液体与氢气分离，并将分离后的液体排出，以及将分离后的氢气输出至氢燃料电池装置30的进气口3。
67.在一实施例中，所述氢气供应子系统40还包括循环泵；
68.所述循环泵设于所述气液分离器和所述氢燃料电池装置30的进气口3之间，所述循环泵与所述控制模块电连接，所述循环泵基于所述控制模块的控制为所述氢气回路中的气体循环提供动力。
69.在一实施例中，所述氢气供应子系统40还包括第一排水阀；
70.所述第一排水阀设于所述气液分离器的出液口，所述第一排水阀与所述控制模块连接，所述第一排水阀基于所述控制模块的控制打开/关闭所述气液分离器的出液口。
71.在一实施例中，所述氢气供应子系统40还包括第二排水阀；
72.所述第二排水阀设于所述第二氢气管道的进气口，所述第二排水阀与所述控制模块连接，所述第二排水阀基于所述控制模块的控制打开/关闭。
73.以上仅为本实用新型的可选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。