燃料电池电堆BOP模块的制作方法

燃料电池电堆bop模块
技术领域
1.本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池电堆bop模块。


背景技术：

2.氢燃料电池是一种使用氢气作为燃料，通过与氧气的化学反应而产生电能的装置。氢能源作为最洁净的新型能源，其副产物只有水，且其电转化效率高，不需要长时间充电，因此备受青睐。目前，氢燃料电池已经应用至电动叉车、电动汽车等交通运输领域中。
3.氢燃料电池的电堆bop模块用于为氢燃料电池的运行提供氧气输送、氢气供给、冷却液循环以及实现配电盒、各种传感器、阀门的安装和固定等。电堆bop模块通常包括有阴极回路、阳极回路、冷却回路等，现有技术中，通常是将电堆bop模块内的各部件布置在功能所需的位置，没有综合考虑各部件位置、组装工艺难度以及整个电堆bop模块的体积功率密度。
4.因此，亟需提供一种布局更加合理，易于组装的燃料电池电堆bop模块来解决上述问题。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种布局更加合理，易于组装的燃料电池电堆bop模块。
6.为了实现上述目的，本实用新型提供了一种燃料电池电堆bop模块，其包括安装架、电堆、阴极回路、阳极回路、冷却回路以及膨胀水箱。其中，所述安装架包括底板和顶板，所述底板之上形成安装区域，所述安装区域包括第一区域和第二区域，所述第一区域设有下分层板和位于所述下分层板之上的上分层板，所述第二区域位于所述上分层板、下分层板的边缘外侧。所述电堆设于所述第二区域，其设有用于接所述阴极回路、阳极回路、冷却回路的若干回路接口，若干所述回路接口朝下。所述阴极回路包括与所述电堆相接的阴极主回路和用于给所述阴极主回路供给压缩气体的前端支路，所述阴极主回路、冷却回路设于所述下分层板的下侧。所述阳极回路包括阳极主回路和阳极排水/气阀，所述阳极主回路设于所述下分层板和所述上分层板之间。所述膨胀水箱设于所述上分层板和所述顶板之间。
7.较佳地，所述电堆竖直设置，且所述回路接口向下超出所述下分层板。
8.具体地，所述安装架还包括支撑所述下分层板、上分层板、顶板的若干支撑竖杆以及与所述电堆的顶部和底部固定的若干支撑横梁，若干所述支撑横梁的两端分别与对应的所述支撑竖杆固定，其中一与所述电堆的顶部固定的支撑横梁还与所述顶板固定。
9.较佳地，所述前端支路设于所述第二区域。
10.更佳地，所述前端支路包括自上向下依次正对设置的过滤器、第一连接管以及空压机，所述第一连接管接在所述过滤器、空压机之间以将经由所述过滤器过滤的气体输送至所述空压机，所述空压机通过一第二连接管接至所述阴极主回路。
11.具体地，所述阴极主回路包括加湿器、温度传感器、压力传感器以及阴极排水/气阀，所述加湿器接所述前端支路的输出端，并通过连接管道接至对应的所述回路接口。
12.具体地，所述冷却回路包括节温器、加热器、冷却液循环泵、球阀、温度传感器、压力传感器以及若干连接管道，所述节温器设于所述加热器与对应的所述回路接口之间的连接管道，所述加热器输出的液体可经由一连接管道输送至所述冷却液循环泵，所述冷却液循环泵通过连接管道接至对应的所述回路接口。
13.具体地，所述阳极排水/气阀包括设于所述电堆的回路接口出口侧的冲刷电磁阀和设于所述电堆的回路接口进口侧的排水/气电磁阀；所述阳极主回路包括氢气循环泵、温度传感器及压力传感器，所述氢气循环泵通过两连接管道接至对应的所述回路接口。
14.较佳地，所述阳极排水/气阀设于所述下分层板的下侧。
15.较佳地，所述燃料电池电堆bop模块还包括配电盒，所述配电盒设于所述上分层板和所述顶板之间。
16.与现有技术相比，本实用新型将阴极主回路、冷却回路以及阳极排水/气阀设于最下层，有利于排水。而且，由于电堆的各个回路接口为向下设置，可以使得阴极主回路离电堆的阴极回路接口更近以及使得冷却回路离电堆的冷却回路接口更近，与阴极/冷却回路接口连接的连接管道也就更短，折弯更少，整个电堆bop模块的回路阻力也就更小，从而使得阴极主回路对空压机的功率需求减小以及冷却回路对冷却液循环泵的功率需求减小，进而提高整个电堆bop模块的效率，降低了成本。将氢气循环泵设置得高于电堆的阳极回路接口，能够避免氢气循环泵内部积水，因此，阳极主回路中的液态水可以顺利地从阳极排水/气阀中排出，保证了电堆的发电性能。将膨胀水箱设于最高层，可以用来做电堆bop模块排气，以及用于在冷却液温度较高时存储因冷却液体积膨胀而溢流出的冷却液，而在冷却液低温时，膨胀水箱内的冷却液又可以补充到冷却回路中。此外，配电盒同样设于最高层，配电盒的安装、测试及检修更加方便，无须拆解电堆bop模块便可实现全部操作。
附图说明
17.图1为本实用新型实施例燃料电池电堆bop模块的立体结构示意图。
18.图2为图1所示燃料电池电堆bop模块的另一角度。
19.图3为图1所示燃料电池电堆bop模块的又一角度。
20.图4为燃料电池电堆bop模块去掉部分结构后的仰视图。
21.图5为本实用新型实施例燃料电池电堆bop模块的组成原理图。
具体实施方式
22.为了详细说明本实用新型的技术内容、构造特征，以下结合实施方式并配合附图作进一步说明。
23.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“外”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为便于描述本实用新型和简化描述，因而不能理解为对本实用新型保护内容的限制。
24.请参阅图1至图5，本实用新型提供了一种燃料电池电堆bop模块100，其包括安装架、电堆20、阴极回路、阳极回路、冷却回路、膨胀水箱60以及配电盒(图未示)。其中，安装架
包括底板11和顶板12，底板11之上形成安装区域，安装区域包括第一区域101和第二区域102，第一区域101设有下分层板13和位于下分层板13之上的上分层板14，第二区域102位于上分层板14、下分层板13的边缘外侧。电堆20竖直设于第二区域102，其设有用于接阴极回路、阳极回路、冷却回路的若干回路接口，若干回路接口朝下并向下超出下分层板13。阴极回路包括与电堆20相接的阴极主回路31和用于给阴极主回路31供给压缩气体的前端支路32，阴极主回路31、冷却回路设于下分层板13的下侧。阳极回路包括阳极主回路41和阳极排水/气阀，阳极主回路41设于下分层板13和上分层板14之间，阳极排水/气阀设于下分层板13的下侧(如图3所示)。膨胀水箱60、配电盒设于上分层板14和顶板12之间。具体的，上分层板14包括水平设置的第一放置部141和第二放置部142以及连接部143，连接部143的上端接第一放置部141，下端接第二放置部142，膨胀水箱60设置在第一放置部141，配电盒设置在第二放置部142(如图2所示)。
25.在该实施例中，电堆20设置在对应第一区域101上面两层区域的位置，顶板12设置在第一区域101，电堆20的顶面与顶板12大致平齐。如图1所示，安装架还包括支撑下分层板13、上分层板14、顶板12的若干支撑竖杆15以及与电堆20的顶部和底部固定的若干支撑横梁16，若干支撑横梁16的两端分别与对应的支撑竖杆15固定，其中一与电堆20的顶部固定的支撑横梁16还与顶板12固定。底板11、下分层板13、上分层板14、顶板12的四角位置分别设置安装孔位，通过安装孔位与支撑竖杆15进行定位和固定，简单便捷，且后期拆装方便。
26.如图2所示，前端支路32设于第二区域102并正对电堆20设置。具体的，前端支路32包括自上向下依次正对设置的过滤器321、第一连接管322以及空压机323，第一连接管322接在过滤器321、空压机323之间，用以将经由过滤器321过滤的气体输送至空压机323，空压机323通过一第二连接管324接至阴极主回路31。借由将过滤器321、空压机323上下正对设置，第一连接管322无需折弯，减少了压损；且过滤器321为易耗件，将其设置在上部，在更换时无需操作其它部件，更换方便。
27.如图1、图4及图5所示，阴极主回路31包括加湿器311、温度传感器(图未示)、压力传感器(图未示)以及阴极排水/气阀312，加湿器311接前端支路32的输出端，并通过连接管道313接至对应的回路接口。通过加湿器311给气体加湿，使电堆20中的质子交换膜保持一定的湿度，以保证质子的传导性。附带一提的是，阴极主回路31具体包括哪些部件，以及各部件之间的连接关系等为现有技术，在此不再赘述。阳极排水/气阀包括设于电堆20的阳极回路接口出口侧的冲刷电磁阀42和设于电堆20的阳极回路接口进口侧的排水/气电磁阀(图未示)，借由排水/气电磁阀实现阳极回路进口侧管路的排水，借由冲刷电磁阀42使氢气流动和进行阳极回路排水。
28.如图1、图2、图4及图5所示，冷却回路包括节温器51、加热器52、冷却液循环泵53、球阀54、温度传感器55、压力传感器56以及若干连接管道，节温器51设于加热器52与对应的回路接口之间的连接管道57，加热器52输出的液体经由一连接管道58输送至冷却液循环泵53，冷却液循环泵53通过一连接管道(图未示)接至对应的回路接口。附带一提的是，冷却回路具体包括哪些部件，以及各部件之间的连接关系等为现有技术，在此不再赘述。
29.如图1和图2所示，阳极主回路41包括氢气循环泵411、温度传感器(图未示)及压力传感器(图未示)，通过温度传感器检测气体温度，通过压力传感器检测气体压力，氢气循环泵411通过两连接管道412接至对应的回路接口。附带一提的是，阳极主回路41具体包括哪
些部件，以及各部件之间的连接关系等为现有技术，在此不再赘述。
30.综上，该实施例中是基于电堆20的放置位置，阴极回路、阳极回路及冷却回路共三个回路的进、出口接口(回路接口)竖直向下展开设计，将整个燃料电池电堆bop模块100按照功能原理需求和生产组装工艺需求进行分层设计。其中，阴极主回路31、冷却回路以及阳极排水/气阀设于最下层，有利于排水。而且，由于电堆20的各个回路接口为竖直向下设置，可以使得阴极主回路31离电堆20的阴极回路接口更近以及使得冷却回路离电堆20的冷却回路接口更近，与阴极/冷却回路接口连接的连接管道也就更短，折弯更少，整个电堆bop模块100的回路阻力也就更小，从而使得阴极主回路31对空压机323的功率需求减小以及冷却回路对冷却液循环泵的功率需求减小，进而提高整个电堆bop模块100的效率，降低了成本。氢气循环泵411高于电堆20的阳极回路接口，阳极主回路41中的液态水可以顺利地从阳极排水/气阀中排出，能够避免氢气循环泵411的内部积水，保证了电堆20的发电性能。膨胀水箱60设于最高层，可以用来做电堆bop模块100排气，以及用于在冷却液温度较高时存储因冷却液体积膨胀而溢流出的冷却液，而在冷却液低温时，膨胀水箱60内的冷却液又可以补充到冷却回路中。配电盒同样设于最高层，配电盒的安装、测试及检修更加方便，无须拆解电堆bop模块100便可实现全部操作。此外，分层式的设计，也更加有利于电堆bop模块100的流水线批量生产和燃料电池系统总装，在流水线批量生产组装时，可以按层进行组装，三层依次组装好后，再进行总装，而且各层可以依次在相应的工位完成组装，降低了组装难度，从而提升了组装效率。电堆bop模块100作为一个整体，需要将其与燃料电池系统进行组装时，可以提前将电堆bop模块100进行组装，然后再将装配好的电堆bop模块100通过预先规划设计的固定接口与燃料电池系统进行连接。由于整体模块化的设置，降低了整体组装的难度，而且减小了后期维护、保养、检修的难度。另外，本实施例可以将燃料电池系统的功率密度提高到450w/l,大大超过行业的300w/l的设计要求。
31.以上所揭露的仅为本实用新型的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属于本实用新型所涵盖的范围。