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一种 燃料 电池辅助系统及其应用的燃料电池

阅读：651发布：2020-05-08

专利汇可以提供一种燃料电池辅助系统及其应用的燃料电池专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型公开了一种燃料电池辅助系统及其应用的燃料电池，所述燃料电池辅助系统包括冷却路模块和空气路模块，空气路模块包括空气路管道连接的增湿器和中冷器；冷却路模块包括水泵、水泵控制器、水加热器和节温器，水泵、水加热器和节温器通过水冷管道连接，其特征在于：还包括固定框架，所述增湿器、中冷器、水泵、水泵控制器、水加热器和节温器都安装在固定框架上且呈平面布局；将空气冷却路模块和冷却路模块高度集成一体化，精简模块化，增加了燃料电池系统的空间利用率。，下面是一种燃料电池辅助系统及其应用的燃料电池专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种燃料电池辅助系统，包括冷却路模块(10)和空气路模块(20)，空气路模块(20)包括空气路管道(8)连接的增湿器(4)和中冷器(3)；冷却路模块(10)包括水泵(1)、水泵控制器(2)、水加热器(6)和节温器(5)，水泵(1)、水加热器(6)和节温器(5)通过水冷管道(9)连接，其特征在于：还包括固定框架(7)，所述增湿器(4)、中冷器(3)、水泵(1)、水泵控制器(2)、水加热器(6)和节温器(5)都安装在固定框架(7)上且呈平面布局。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池辅助系统，其特征在于：所述固定框架(7)底部设有底板(71)，且增湿器(4)、中冷器(3)、水泵(1)、水泵控制器(2)、水加热器(6)、节温器(5)分别平面布局在底板(71)上。
3.如权利要求2所述的一种燃料电池辅助系统，其特征在于：所述固定框架(7)顶部设置有至少四个固定点(73)，固定框架(7)底部设置有至少四个固定支架(72)，所述固定框架(7)上设置有多个用于固定空气路管道(8)或水冷管道(9)或电线的固定孔(74)。
4.如权利要求3所述的一种燃料电池辅助系统，其特征在于：所述水泵(1)、水加热器(6)、节温器(5)布置于所述底板(71)的一侧，所述增湿器(4)、中冷器(3)、水泵控制器(2)布置于所述底板(71)的另一侧。
5.如权利要求4所述的一种燃料电池辅助系统，其特征在于：所述水加热器(6)置于水泵(1)的水泵出液口(1-B)与节温器(5)的冷却液入口(5-A)之间，所述水泵(1)的水泵出液口(1-B)、水加热器(6)的进液口(6-A)、出液口(6-B)、节温器(5)的冷却液入口(5-A)呈直线布置。
6.如权利要求4所述的一种燃料电池辅助系统，其特征在于：所述中冷器(3)用支架(31)固定于所述底板(71)上，水泵(1)的底部设置有防震垫板。
7.如权利要求6所述的一种燃料电池辅助系统，其特征在于：所述底板(71)上设置有水加热器接地点、水泵负极搭铁点和系统接地点。
8.如权利要求1至7中任意一项所述的一种燃料电池辅助系统，其特征在于：所述水冷管道(9)设有燃料电池进液端接口(B)和燃料电池出液端接口(C)，燃料电池进液端接口(B)与节温器(5)的冷却液小循环出口(5-B)连通，燃料电池出液端接口(C)与水泵(1)的水泵进液口(1-A)连通，中冷器(3)的冷却液进口(3-C)通过空气路管道(8)的第二分管道(82)与燃料电池出液端接口(C)连通，中冷器(3)的冷却液出口(3-D)通过空气路管道(8)的第一分管道(81)与燃料电池进液端接口(B)连通。
9.如权利要求5所述的一种燃料电池辅助系统，其特征在于：连通所述水泵出液口(1-B)与水加热器(6)的进液口(6-A)的水冷管道(9)设有分支歧管(91),分支歧管(91)端部设有外部散热器冷却液入口(F)。
10.如权利要求9所述的一种燃料电池辅助系统，其特征在于：所述空气路管道(8)设有燃料电池空气出口(D)和氢气尾排口(I)，燃料电池空气出口(D)与增湿器(4)的湿空气入口(4-B)连通，燃料电池空气出口(D)与增湿器(4)之间设有挡板阀,氢气尾排口(I)设置在挡板阀与增湿器(4)之间。
11.根据权利要求10所述的一种燃料电池辅助系统，其特征在于：所述空气路管道(8)设有燃料电池空气供气口(A)、压缩空气对接口(G)和空气尾排口(H)，燃料电池空气供气口(A)与增湿器(4)的干空气出口(4-A)连通,压缩空气对接口(G)与中冷器(3)的压缩空气进气口(3-B)连通，空气尾排口(H)与增湿器(4)的湿空气出口(4-C)连通,中冷器(3)的压缩空气出气口(3-A)与增湿器(4)的干空气入口(4-D)连通。
12.一种燃料电池，包括燃料电池组件和冷却散热系统，冷却散热系统包括补水箱、散热器和燃料电池辅助系统(100)，其特征在于：所述燃料电池辅助系统(100)为权利要求1至
11中任意一项所述的燃料电池辅助系统，空气路模块(20)与燃料电池组件连通，冷却路模块(10)与水箱及散热器连通。

说明书全文

一种燃料 电池辅助系统及其应用的燃料电池

技术领域：

[0001] 本实用新型涉及一种燃料电池辅助系统及其应用的燃料电池。背景技术：

[0002] 燃料电池系统的正常运作必要条件分三大块，主要有：1、氢气供应系统； 2、空气供应系统；3、冷却散热系统。氢气与空气通过燃料电池的时候会进行电化学反应产生电能与热量，由于车用级燃料电池功率较大，需要水冷散热来满足燃料电池的正常工作温度，燃料电池正常运行的热管理尤为重要。燃料电池的冷却系统难点主要有以下几点：1、系统的低温启动，在低于0℃启动时候，由于冷凝水结冰会导致燃料电池系统启动初期相关流道阻塞影响燃料电池系统的启动，低温环境下对电堆的加热非常重要。2、系统冷却液大小循环的切换，在燃料电池系统启动初期，燃料电池需要在较短的时间内将温度升高至最佳运行温度，需要的散热量较少，当燃料电池达到最佳运行温度，外部功率需求逐步增加的时候需要的散热量会越来越大，这其中就需要一个小循环(冷却液流量较小散热量小的循环)与一个大循环(冷却液流量较大散热量大的循环)的切换。小循环通过水泵、水加热器和节温器实现。3、给中冷器水冷通道的冷却液补给循环，在空气供应系统中，从空压机输出的压缩空气温度较高，需要在中冷器中进行降温后经过增湿器再送入燃料电池组件中。

[0003] 目前国内比较主流的做法为将增湿器、水泵、水加热器和节温器吊装于燃料电池封装箱体外部，通过螺丝固定连接与燃料电池箱体集成为一个整体，这使得各个部件及连接管路直接裸露于外部。中冷器水冷通道的冷却液补给循环与水冷系统没有有效的关联。整体集成化的燃料电池系统因为体积较大，在整车布局集成方面由于空间限制，上述的各个部件的布局比较困难，安装不方便，集成度有待加强。后期在维护方面需要整机拆装，效率较低且售后维护成本较高。
发明内容：

[0004] 本实用新型的目的是提供一种燃料电池辅助模块，能解决现有技术中冷却系统与中冷器在燃料电池内安装不合理、集成化不高的问题。

[0005] 本实用新型的目的是通过下述技术方案予以实现的。

[0006] 本实用新型的第一个目的是提供一种燃料电池辅助系统，包括冷却路模块和空气路模块，空气路模块包括空气路管道连接的增湿器和中冷器；冷却路模块包括水泵、水泵控制器、水加热器和节温器，水泵、水加热器和节温器通过水冷管道连接，其特征在于：还包括固定框架，所述增湿器、中冷器、水泵、水泵控制器、水加热器和节温器都安装在固定框架上且呈平面布局。

[0007] 上述所述固定框架底部设有底板，且增湿器、中冷器、水泵、水泵控制器、水加热器、节温器分别平面布局在底板上。

[0008] 上述所述固定框架顶部设置有至少四个固定点，固定框架底部设置有至少四个固定支架，所述固定框架上设置有多个用于固定空气路管道或水冷管道或电线的固定孔。

[0009] 上述所述水泵、水加热器、节温器布置于所述底板的一侧，所述增湿器、中冷器、水泵控制器布置于所述底板的另一侧。

[0010] 上述所述水加热器置于水泵的水泵出液口与节温器的冷却液入口之间，所述水泵的水泵出液口、水加热器的进液口、出液口、节温器的冷却液入口呈直线布置。

[0011] 上述所述中冷器用支架固定于所述底板上，水泵的底部设置有防震垫板。

[0012] 上述所述底板上设置有水加热器接地点、水泵负极搭铁点和系统接地点。

[0013] 上述所述水冷管道设有燃料电池进液端接口和燃料电池出液端接口，燃料电池进液端接口与节温器的冷却液小循环出口连通，燃料电池出液端接口与水泵的水泵进液口连通，中冷器的冷却液进口通过空气路管道的第二分管道与燃料电池出液端接口连通，中冷器的冷却液出口通过空气路管道的第一分管道与燃料电池进液端接口连通。

[0014] 上述连通所述水泵出液口与水加热器的进液口的水冷管道设有分支歧管, 分支歧管端部设有外部散热器冷却液入口。

[0015] 上述所述空气路管道设有燃料电池空气出口和氢气尾排口，燃料电池空气出口与增湿器的湿空气入口连通，燃料电池空气出口与增湿器之间设有挡板阀, 氢气尾排口设置在挡板阀与增湿器之间。

[0016] 上述所述空气路管道设有燃料电池空气供气口、压缩空气对接口和空气尾排口，燃料电池空气供气口与增湿器的干空气出口连通,压缩空气对接口与中冷器的压缩空气进气口连通，空气尾排口与增湿器的湿空气出口连通,中冷器的压缩空气出气口与增湿器的干空气入口连通。

[0017] 本实用新型的第二个目的是提供一种燃料电池，包括燃料电池组件和冷却散热系统，冷却散热系统包括补水箱、散热器和燃料电池辅助系统，其特征在于：所述燃料电池辅助系统为上述所述的燃料电池辅助系统，空气路模块与燃料电池组件连通，冷却路模块与水箱及散热器连通。

[0018] 本实用新型与现有技术相比，具有如下效果：

[0019] 1)燃料电池辅助系统，包括冷却路模块和空气路模块，空气路模块包括空气路管道连接的增湿器和中冷器；冷却路模块包括水泵、水泵控制器、水加热器和节温器，水泵、水加热器和节温器通过水冷管道连接，其特征在于：还包括固定框架，所述增湿器、中冷器、水泵、水泵控制器、水加热器和节温器都安装在固定框架上且呈平面布局；将空气冷却路模块和冷却路模块高度集成一体化，精简模块化，增加了燃料电池系统的空间利用率；

[0020] 2)本实用新型的其它优点在实施例部分展开详细描述。附图说明：

[0021] 图1是本实用新型实施例一提供的燃料电池辅助系统的立体图；

[0022] 图2是燃料电池辅助系统另一角度的立体图；

[0023] 图3是燃料电池辅助系统的爆炸图；

[0024] 图4是燃料电池辅助系统另一角度的爆炸图；

[0025] 图5是燃料电池辅助系统中水泵的立体图；

[0026] 图6是燃料电池辅助系统中中冷器的立体图；

[0027] 图7是燃料电池辅助系统中增湿器的立体图；

[0028] 图8是燃料电池辅助系统中节温器的立体图；

[0029] 图9是燃料电池辅助系统中水加热器的立体图。具体实施方式：

[0030] 下面通过具体实施例并结合附图对本实用新型作进一步详细的描述。

[0031] 实施例一：

[0032] 如图1至图9所示，本实施例提供的是一种燃料电池辅助系统，包括冷却路模块10和空气路模块20，空气路模块20包括空气路管道8连接的增湿器4 和中冷器3；冷却路模块10包括水泵1、水泵控制器2、水加热器6和节温器5，水泵1、水加热器6和节温器5通过水冷管道9连接，其特征在于：还包括固定框架7，所述增湿器4、中冷器3、水泵1、水泵控制器2、水加热器6和节温器 5都安装在固定框架7上且呈平面布局。将空气路模块20和冷却路模块10高度集成一体化，精简模块化，增加了燃料电池系统的空间利用率。

[0033] 上述所述固定框架7底部设有底板71，且增湿器4、中冷器3、水泵1、水泵控制器2、水加热器6、节温器5分别平面布局在底板71上。布局合理。

[0034] 上述所述固定框架7顶部设置有至少四个固定点73，固定框架7底部设置有至少四个固定支架72，所述固定框架7上设置有多个用于固定空气路管道8 或水冷管道9或电线的固定孔74。固定框架7增加了与燃料电池组件相互连接的灵活性，可堆叠，可平铺，可分离，解决了燃料电池系统整体布局中空间不足的局限。

[0035] 上述所述水泵1、水加热器6、节温器5布置于所述底板71的一侧，所述增湿器4、中冷器3、水泵控制器2布置于所述底板71的另一侧。

[0036] 上述所述水加热器6置于水泵1的水泵出液口1-B与节温器5的冷却液入口5-A之间，所述水泵1的水泵出液口1-B、水加热器6的进液口6-A、出液口 6-B、节温器5的冷却液入口5-A呈直线布置。

[0037] 上述所述中冷器3用支架31固定于所述底板71上，水泵1的底部设置有防震垫板。

[0038] 上述所述底板71上设置有水加热器接地点、水泵负极搭铁点和系统接地点。

[0039] 上述所述水冷管道9设有燃料电池进液端接口B和燃料电池出液端接口C，燃料电池进液端接口B与节温器5的冷却液小循环出口5-B连通，燃料电池出液端接口C与水泵1的水泵进液口1-A连通，中冷器3的冷却液进口3-C通过空气路管道8的第二分管道82与燃料电池出液端接口C连通，中冷器3的冷却液出口3-D通过空气路管道8的第一分管道81与燃料电池进液端接口B连通。将中冷器3水冷通道的冷却液补给循环置于燃料电池辅助系统的内部，简化了结构。

[0040] 上述连通所述水泵出液口1-B与水加热器6的进液口6-A的水冷管道9设有分支歧管91,分支歧管91端部设有外部散热器冷却液入口F。

[0041] 上述所述空气路管道8设有燃料电池空气出口D和氢气尾排口I，燃料电池空气出口D与增湿器4的湿空气入口4-B连通，燃料电池空气出口D与增湿器4 之间设有挡板阀,氢气尾排口I设置在挡板阀与增湿器4之间。

[0042] 上述所述空气路管道8设有燃料电池空气供气口A、压缩空气对接口G和空气尾排口H，燃料电池空气供气口A与增湿器4的干空气出口4-A连通,压缩空气对接口G与中冷器3的压缩空气进气口3-B连通，空气尾排口H与增湿器4 的湿空气出口4-C连通,中冷器3的压缩空气出气口3-A与增湿器4的干空气入口4-D连通。

[0043] 燃料电池出液端接口C连接着外部补水箱出水口。系统初始启动时(低温状态下优先启动水加热器6给管道预热融化结冰的液体)冷却液经由水箱出水口进入燃料电池出液端接口C流经水泵进液口1-A进入水泵1，然后经由水泵出液口 1-B分两路流出到外部散热器冷却液入口F与水加热器6的进液口6-A，此时节温器处于小循环状态，节温器5的冷却液入口5-A与冷却液小循环出口5-B为连通状态，冷却液入口5-A与冷却液大循环出口5-C为截止状态，冷却液流经冷却液入口5-A进入电堆然后通过电堆冷却液出口连接C完成冷却液的小循环路径。

[0044] 当系统运行一段时间后，冷却液温度逐渐升高，超过节温器5的特定值之后，节温器进入大循环状态，节温器冷却液入口5-A与冷却液小循环出口5-B 为截止状态，冷却液入口5-A与冷却液大循环出口5-C为连通状态，此时冷却液经过外部散热器冷却液入口F流经外部散热器至冷却液大循环出口5-C然后再经过冷却液入口5-A进入电堆，再流回燃料电池出液端接口C完成大循环路径。

[0045] 压缩空气对接口G外接空压机出口，压缩空气通过管路进入中冷器3的压缩空气进气口3-B，冷却后的空气经过压缩空气出气口3-A沿管路进入增湿器4 壳层的干空气入口4-D口，再由干空气出口4-A口出，沿经管路至燃料电池进液端接口B后进入燃料电池组件的空气入口，待反应后一部分带水蒸气的尾气通过燃料电池空气出口D排出进入增湿器4湿空气入口4-B的管层与壳层的干空气进行水蒸气交换，再由湿空气出口4-C沿经连接的管路输送至空气尾排口H 出连接外部的尾排管路。

[0046] 燃料电池空气供气口A、燃料电池进液端接口B、燃料电池出液端接口C、燃料电池空气出口D、外部散热器冷却液入口F、压缩空气对接口G、空气尾排口H和氢气尾排口I，均采用可拆装管接头结构，可根据需要调整各自的位置及出口方向。

[0047] 实施例二：

[0048] 本实施例提供的是一种燃料电池，包括燃料电池组件和冷却散热系统，冷却散热系统包括补水箱、散热器和燃料电池辅助系统100，其特征在于：所述燃料电池辅助系统100为实施例一所述的燃料电池辅助系统，空气路模块20与燃料电池组件连通，冷却路模块10与水箱及散热器连通。降低燃料电池系统成本，增加产品产能，减少人工成本。

[0049] 以上实施例为本实用新型的较佳实施方式，但本实用新型的实施方式不限于此，其他任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

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