燃料电池系统及车辆的制作方法

1.本实用新型涉及乘用车技术领域，尤其是涉及一种燃料电池系统及车辆。


背景技术：

2.氢氧燃料电池以氢气作燃料、氧气为氧化剂，其需要不断地供应氢气与氧气，空气中存在氧，因此直接向氢氧燃料电池通入空气便可。因为使用环境的要求，氢氧燃料电池需要在低温环境中快速启动，但是相关技术中使用加热片或者ptc加热模块的方案需要另增加热装置，同时需要另外消耗能量。


技术实现要素：

3.本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出燃料电池系统，无需另设加热装置，减少能耗。
4.本实用新型还提出一种应用上述燃料电池系统的车辆，减少能耗。
5.根据本实用新型实施例的燃料电池系统，包括：电堆，所述电堆具有流体入口与流体出口；回收增湿组件，所述回收增湿组件分别连通所述流体入口及所述流体出口，以回收所述电堆排出的包括第一气体的流体，并向所述电堆输入第二气体与所述第一气体的混合物。
6.根据本实用新型实施例的燃料电池系统，通过设置回收增湿组件，回收利用电堆排出的流体，利用燃料电池的极化特性，增大电堆的产热，从而使得燃料电池快速升温，无需另设加热装置，同时减少能耗。
7.在一些实施例中，所述回收增湿组件上设有旁通管道及向所述回收增湿组件供应所述第二气体的空气供应管道，所述旁通管道连通所述空气供应管道并向所述空气供应管道输入所述第一气体。
8.在一些实施例中，所述空气供应管道上设有空压机及降温件，所述空气供应管道上与所述旁通管道连接的连接部位为第一连接部，所述空压机与所述降温件处于所述第一连接部与所述回收增湿组件之间。
9.在一些实施例中，所述降温件设在所述空压机与所述回收增湿组件之间。
10.在一些实施例中，所述旁通管道上设有旁通控制阀，所述空气供应管道上设有空气控制阀，所述空气控制阀相对所述第一连接部远离所述回收增湿组件。
11.在一些实施例中，所述旁通控制阀包括旁通流量阀，所述空气控制阀包括空气流量阀。
12.在一些实施例中，所述旁通管道上设有尾排管道，以排出所述第一气体。
13.在一些实施例中，所述回收增湿组件包括：增湿件，所述增湿件一端连接所述空气供应管道，另一端连接所述流体入口；回收件，所述回收件一端连接所述增湿件与所述旁通管道，另一端连接所述流体出口。
14.在一些实施例中，所述回收增湿组件包括：回收增湿件，所述回收增湿件上设有第
一进口、第二进口、第一出口及第二出口，所述第一进口连接所述空气供应管道，所述第二进口连接所述流体出口，所述第一出口连接所述旁通管道，所述第二出口连接所述流体入口。
15.根据本实用新型实施例的车辆，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，通过应用燃料电池系统，减少能耗。
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.本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
19.图1为本实用新型第一个实施例中燃料电池系统的结构示意图；
20.图2为本实用新型第二个实施例中燃料电池系统的结构示意图；
21.图3为本实用新型实施例中燃料电池的极化特性曲线示意图。
22.附图标记：
23.100、燃料电池系统；
24.10、电堆；11、流体入口；12、流体出口；
25.20、回收增湿组件；21、空气供应管道；211、空压机；212、降温件；213、第一连接部；214、空气控制阀；22、旁通管道；221、旁通控制阀；222、尾排管道；23、回收增湿件；231、第一进口；232、第二进口；233、第一出口；234、第二出口；24、增湿件；25、回收件。
具体实施方式
26.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，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
27.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
28.此外，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，用于区别描述特征，无顺序之分，无轻重之分。
29.在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
30.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术
语在本实用新型中的具体含义。
31.下面结合附图描述本实用新型实施例的燃料电池系统100。
32.如图1、图2所示，根据本实用新型实施例的燃料电池系统100，包括：电堆10及回收增湿组件20。
33.电堆10具有流体入口11与流体出口12。
34.可以理解，大气空气通过流体入口11进入电堆10内部，在催化剂的作用下，氢气与大气空气中的氧气反应并产生电能，大气空气中的氧气被消耗，从而使得流体出口12排出的气体中氧气的含量相比较大气空气中氧气的含量较低。
35.回收增湿组件20分别连通流体入口11及流体出口12，以回收电堆10排出的包括第一气体的流体，并向电堆10输入第二气体与第一气体的混合物。
36.其中，第一气体为上述的流体出口12排出的气体，第二气体为大气空气，可以理解，第一气体中氧气的含量相比较大气空气中氧气的含量较低，第一气体与第二气体的混合物中氧气的含量相比较大气空气中的氧气的含量较低，回收增湿组件20将混合物通入电堆10内，从而在维持通入电堆10的气体总流量的同时降低氧气所占的百分比，降低了氧气的浓度，电堆10内的氧气总量减少，降低了燃料电池内的化学反应速率，改变燃料电池的极化特性，参照图3所示(图3中横坐标为电流，纵坐标为电动势，a、b为燃料电池的极化特性曲线)，燃料电池的极化特性曲线由b变为a，降低电堆10产生电能的性能，根据能量守恒，电堆10的产热性能提升，从而使得燃料电池快速升温。相比较相关技术中加大电流的方式，避免电堆10输出功率的升高。
37.同时，相比较减小空气进入电堆的流量的方案，减小空气进入电堆的流量的方案虽然降低了氧气的流量，但是会造成电堆中各个单体电池的一致性较差，在冷启动的过程中个别单体电池进气量小，从而造成除水能力差、结冰现象严重或者反极，对燃料电池寿命造成严重影响。本技术通过利用电堆10排出的第一气体，保证进入电堆10的气体流量，从而提高各个单体电池的一致性。
38.同时，本技术通过设置回收增湿组件20，对电堆10排出的流体中的水进行回收，利用回收的水对第一气体与第二气体的混合物进行加湿，减小对电堆10内部环境的影响，发挥多种效果。
39.根据本实用新型实施例的燃料电池系统100，通过设置回收增湿组件20，回收利用电堆10排出的流体，利用燃料电池的极化特性，增大电堆10的产热，从而使得燃料电池快速升温，无需另设加热装置，同时减少能耗，相比较相关技术提高各个单体电池的一致性，并减小对电堆10内部环境的影响。
40.如图1、图2所示，在一些实施例中，回收增湿组件20上设有旁通管道22及向回收增湿组件20供应第二气体的空气供应管道21，旁通管道22连通空气供应管道21并向空气供应管道21输入第一气体。通过设置空气供应管道21与旁通管道22，增加第一气体与第二气体的混合空间。
41.如图1、图2所示，在一些实施例中，空气供应管道21上设有空压机211及降温件212，空气供应管道21上与旁通管道22连接的连接部位为第一连接部213，空压机211与降温件212处于第一连接部213与回收增湿组件20之间。空压机211作用是提供一定压力，降温件212的作用是对第一气体与第二气体的混合物进行降温。例如，降温件212为中冷器。
42.如图1、图2所示，在一些实施例中，降温件212设在空压机211与回收增湿组件20之间。
43.如图1、图2所示，在一些实施例中，旁通管道22上设有旁通控制阀221，空气供应管道21上设有空气控制阀214，空气控制阀214相对第一连接部213远离回收增湿组件20。通过设置旁通控制阀221与空气控制阀214，方便对燃料电池系统100进行控制，同时空气控制阀214相对第一连接部213远离回收增湿组件20设置，使得调整后的第二气体与第一气体混合。
44.在一些实施例中，旁通控制阀221包括旁通流量阀，空气控制阀214包括空气流量阀。通过设置旁通流量阀与空气流量阀，方便对第一气体与第二气体的流量进行控制，方便得到不同浓度的氧气。
45.如图1、图2所示，在一些实施例中，旁通管道22上设有尾排管道222，以排出第一气体。通过设置尾排管道222，可以在需要的时候将第一气体排出。例如，尾排管道222连接尾排系统。
46.如图1所示，在一些实施例中，回收增湿组件20包括：增湿件24及回收件25。
47.增湿件24一端连接空气供应管道21，另一端连接流体入口11。回收件25一端连接增湿件24与旁通管道22，另一端连接流体出口12。通过设置增湿件24与回收件25，使得各个零部件功能更清晰，方便维护。
48.具体地，增湿件24内设有水，增加进入增湿件24内的第一气体与第二气体的混合物的湿度。
49.更具体地，回收件25内设有过滤水的滤芯。可以理解，从电堆10排出的流体包含水，通过设置滤芯可以过滤水，并将回收的水输入增湿件24内，从而提高利用率。
50.如图2所示，在一些实施例中，回收增湿组件20包括：回收增湿件23，回收增湿件23上设有第一进口231、第二进口232、第一出口233及第二出口234，第一进口231连接空气供应管道21，第二进口232连接流体出口12，第一出口233连接旁通管道22，第二出口234连接流体入口11。通过设置回收增湿件23，减少零部件数量，提高集成度。
51.具体地，回收增湿件23内设有过滤水的滤芯。可以理解，从电堆10排出的流体包含水，通过设置滤芯可以过滤水，并将回收的水再次利用，为进入回收增湿件23内的第一气体与第二气体的混合物增加湿度。
52.相关技术中使用端部加热片的方式增加了端板结构设计、加工的复杂程度，同时加热片在受到振动冲击的作用下，存在失效的风险。相关技术中使用ptc加热模块温升速度慢，所需加热功率大，很难在短时间内将冷却液温度加热至理想范围。相关技术中使用大电流恒流启动，虽然电堆产热增加，但是其会增加电堆功率的输出。本技术使用降低氧气浓度的方法，氧气浓度越小，电堆10的性能越低，电堆10产热越高，且不会增加电堆10输出功率增加附件的功率消耗负担。
53.根据本实用新型实施例的车辆，包括上述的燃料电池系统100。
54.根据本实用新型实施例的车辆，通过应用燃料电池系统100，减少能耗。
55.根据本实用新型实施例的燃料电池系统100的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。
56.在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“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一定指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。
57.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。