氢燃料电池供给系统及具有其的车辆的制作方法

1.本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种氢燃料电池供给系统及具有其的车辆。


背景技术：

2.近年来，新能源产业持续快速发展，氢燃料电池及其系统以其零排放、燃料加注时间短、应用广泛等优点逐渐被大众认可。氢燃料电池持续稳定的工作，需要一套可靠的供氢系统，用以实现阳极氢气的供给，同时提高电堆内未反应氢气的循环利用率。
3.目前，现有的燃料电池的氢气供给系统主要为以下三种方案：
4.方案一、单引射器方案；
5.方案二、单氢气循环泵方案；
6.方案三、引射器与氢气循环泵串联或者并联方案。
7.其中，方案一的结构布置简单，氢气供给系统无寄生功率，但是在氢气供给系统低功率点引射器引射性能差，通常会造成电堆阳极入口水淹、电堆单低、阳极压力低等问题；方案二中氢气循环泵主动性与可控性较好，但是存在寄生功率，增加氢气供给系统功耗，经济性较差；方案三中氢气循环泵与引射器并联或者串联通常应用于大功率系统中，在大功率点时引射器性能优良可以满足系统压升需求，但是传统氢气供给系统中氢气循环泵仍旧需要保持一定的转速，防止气流逆转叶轮，而氢泵空转增加了系统额外功耗。


技术实现要素：

8.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，本实用新型提出一种氢燃料电池供给系统。所述氢燃料电池供给系统通过设置前截止阀和后截止阀，用以控制混合气体的流向，避免了氢气循环泵空转，降低了氢气循环泵的功耗，提高了氢燃料电池供给系统的整体性能及经济性。
9.本实用新型还提供了一种具有上述氢燃料电池供给系统的车辆。
10.根据本实用新型实施例的氢燃料电池供给系统，包括：储氢设备；引射器，所述储氢设备与所述引射器的第一入口连通；电堆，所述电堆具有氢气入口和阳极出口，所述引射器的出口与所述氢气入口连通；气液分离器，所述气液分离器的入口与所述阳极出口连通；第一流路，所述第一流路的两端分别与所述气液分离器的出口和所述引射器的第二入口连通；第二流路，所述第二流路与所述第一流路并联，所述第二流路的两端分别与所述气液分离器的出口和所述引射器的第二入口连通；氢气循环泵，所述氢气循环泵设于所述第一流路；后截止阀，所述后截止阀设于所述第一流路，所述后截止阀与所述氢气循环泵串联；前截止阀，所述前截止阀设于所述第二流路；控制单元，所述控制单元与所述前截止阀和所述后截止阀均通讯连接。
11.根据本实用新型实施例的氢燃料电池供给系统，通过设置前截止阀与后截止阀，利用前截止阀与后截止阀的相互配合控制混合气体的流通方向。在电堆低功率运行状态
时，前截止阀为关闭状态，后截止阀为开启状态，混合气体流经氢气循环泵，氢气循环泵对混合气体进行加压传送入引射器；在电堆高功率运行状态时，前截止阀为开启状态，后截止阀为关闭状态，混合气体直接通过前截止阀流入引射器。这样，既避免了在电堆低功率运行状态时引射器引射性能差的问题，提高氢燃料电池供给系统的整体性能，又避免了在电堆高功率运行状态时氢气循环泵空转，降低了氢气循环泵的功耗，提高了氢燃料电池供给系统的整体性能及经济性。同时，也提高了氢燃料电池供给系统对氢气的利用率，降低了车辆尾气中氢气的含量，避免了车辆尾气中氢气含量过高造成的安全隐患。
12.根据本实用新型的一些实施例，所述电堆内设有功率传感器，用于检测电堆的运行功率，所述功率传感器与所述控制单元通讯连接。
13.根据本实用新型的一些实施例，所述前截止阀和所述后截止阀中的至少一个为电磁阀。
14.根据本实用新型的一些实施例，氢燃料电池供给系统还包括：泄压阀，所述泄压阀串接于所述引射器的出口和所述氢气入口之间，所述泄压阀具有尾排口。
15.根据本实用新型的一些实施例，氢燃料电池供给系统还包括：流量控制阀，所述流量控制阀串接于所述储氢设备和所述第一入口之间，所述流量控制阀与所述控制单元通讯连接。
16.根据本实用新型的一些实施例，所述气液分离器具有排水口，所述排水口处连接排氮排水阀。
17.在本实用新型的一些实施例中，所述排水口设于所述气液分离器的底部。
18.在本实用新型的一些实施例中，所述排氮排水阀为电磁阀。
19.根据本实用新型的一些实施例，所述储氢设备为储氢罐。
20.根据本实用新型实施例的车辆包括上述的氢燃料电池供给系统。
21.根据本实用新型实施例的车辆，通过设置前截止阀与后截止阀，利用前截止阀与后截止阀的相互配合控制混合气体的流通方向。在电堆低功率运行状态时，前截止阀为关闭状态，后截止阀为开启状态，混合气体流经氢气循环泵，氢气循环泵对混合气体进行加压传送入引射器；在电堆高功率运行状态时，前截止阀为开启状态，后截止阀为关闭状态，混合气体直接通过前截止阀流入引射器。这样，既避免了在电堆低功率运行状态时引射器引射性能差的问题，提高氢燃料电池供给系统的整体性能，又避免了在电堆高功率运行状态时氢气循环泵空转，降低了氢气循环泵的功耗，提高了氢燃料电池供给系统的整体性能及经济性。同时，也提高了氢燃料电池供给系统对氢气的利用率，降低了车辆尾气中氢气的含量，避免了车辆尾气中氢气含量过高造成的安全隐患。
22.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
23.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：
24.图1是根据本实用新型实施例的氢燃料电池供给系统的电堆低功率运行状态流程图；
25.图2是根据本实用新型实施例的氢燃料电池供给系统的电堆高功率运行状态流程图。
26.附图标记：
27.100、氢燃料电池供给系统；
28.1、电堆；11、氢气入口；12、阳极出口；
29.2、引射器；21、第一入口；22、第二入口；
30.3、储氢设备；
31.4、气液分离器；41、排水口；
32.5、氢气循环泵；
33.61、后截止阀；
34.62、前截止阀；
35.7、泄压阀；
36.8、流量控制阀；
37.9、排氮排水阀。
具体实施方式
38.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。
39.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。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。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。
40.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。
41.下面参考图1-图2描述根据本实用新型实施例的氢燃料电池供给系统100。
42.如图1所示，根据本实用新型一个实施例的氢燃料电池供给系统100,包括电堆1、引射器2、储氢设备3、气液分离器4、第一流路、第二流路、氢气循环泵5、后截止阀61、前截止阀62和控制单元。
43.具体地，储氢设备3与引射器2的第一入口21连通；电堆1具有氢气入口11和阳极出口12，引射器2的出口与氢气入口11连通；气液分离器4的入口与阳极出口12连通；第一流路的两端分别与气液分离器4的出口和引射器2的第二入口22连通；第二流路与第一流路并
联，第二流路的两端分别与气液分离器4的出口和引射器2的第二入口22连通；氢气循环泵5设于第一流路；后截止阀61设于第一流路，后截止阀61与氢气循环泵5串联；前截止阀62设于第二流路；控制单元与前截止阀61和后截止阀62均通讯连接。
44.需要说明的是，在电堆1低功率运行状态时，引射器2的引射性能无法满足氢燃料电池供给系统100的压升需求，这样会造成电堆水淹、电堆单低、阳极压力低等问题，因此需要设置氢气循环泵5辅助。
45.具体地，如图1所示，在电堆1低功率运行状态时，电堆1未反应的含有氢气的混合气体由阳极出口12传送至气液分离器4，气液分离器4将混合气体与水进行分离，控制单元控制前截止阀62关闭，并控制后截止阀61开启，此时，第一流路为开启状态，第二流路为关闭状态，由气液分离器4处理后的混合气体只能通过第一流路流入引射器2，最终由引射器2将回收的混合气体传送至电堆1，实现氢气的二次利用，提高了氢气的利用率，同时，混合气体在流经第一流路上的氢气循环泵5时，氢气循环泵5对混合气体进行加压传送入引射器2，避免了在电堆1低功率运行状态时引射器2引射性能差的问题，提高了氢燃料电池供给系统100的整体性能。
46.如图2所示，在电堆1高功率运行状态时，电堆1未反应的含有氢气的混合气体由阳极出口12传送至气液分离器4，气液分离器4将混合气体与水进行分离，此时，引射器2的引射性能满足氢燃料电池供给系统100的压升需求，因此，控制单元控制前截止阀62开启使第二流路为开启状态，并控制后截止阀61关闭使第一流路为关闭状态，由气液分离器4处理后的混合气体只能通过第二流路流入引射器2，最终由引射器2将回收的混合气体传送至电堆1，实现氢气的二次利用，提高了氢气的利用率。并且，此时的第一流路为关闭状态，第一流路中的氢气循环泵5停止运行，避免了氢气循环泵5空转，降低了氢气循环泵5的功耗，提高了氢燃料电池供给系统100的整体性能及经济性。
47.根据本实用新型实施例的氢燃料电池供给系统100，通过设置相互并联的第一流路和第二流路，且第一流路和第二流路上分别设有后截止阀61与前截止阀62，后截止阀61与前截止阀62分别用于控制第一流路及第二流路的通断，进而控制混合气体的流通方向。在电堆1低功率运行状态时，前截止阀62控制第二流路关闭，后截止阀61控制第一流路开启，混合气体流经第一流路上的氢气循环泵5，氢气循环泵5对混合气体进行加压传送入引射器2；在电堆1高功率运行状态时，前截止阀62控制第二流路开启，后截止阀61控制第一流路关闭，混合气体通过第二流路流入引射器2。这样，既避免了在电堆1低功率运行状态时引射器2引射性能差的问题，提高氢燃料电池供给系统100的整体性能，又避免了在电堆1高功率运行状态时氢气循环泵5空转，降低了氢气循环泵5的功耗，提高了氢燃料电池供给系统100的整体性能及经济性。同时，也提高了氢燃料电池供给系统100对氢气的利用率，降低了车辆尾气中氢气的含量，避免了车辆尾气中氢气含量过高造成的安全隐患。
48.在本实用新型的一些实施例中，前截止阀62和后截止阀61中的至少一个为电磁阀，用于控制氢燃料电池供给系统100内混合气体的流通，且电磁阀的结构简单，便于控制，成本也较低。
49.在本实用新型的一些实施例中，电堆1设有功率传感器，用于检测电堆1的运行功率。
50.进一步地，功率传感器与控制单元通讯连接。控制单元接收功率传感器传递的电
堆1的功率信息，并向前截止阀62和后截止阀61传递电信号，控制前截止阀62和后截止阀61的状态。当电堆1低功率运行状态时，控制单元控制前截止阀62关闭，后截止阀61开启；在电堆1高功率运行状态时，控制单元控制前截止阀62开启，后截止阀61关闭，这样就实现了根据电堆的功率变化控制混合气体在氢燃料电池供给系统100的流向。
51.在本实用新型的一些实施例中，如图1所示，氢燃料电池供给系统100包括泄压阀7，泄压阀7串接于引射器2的出口和氢气入口11之间，泄压阀7具有尾排口。泄压阀7用于对电堆1的氢气入口11处进行泄压，保证电堆1的安全性能。
52.进一步地，泄压阀7是一种机械被动件，当电堆1氢气入口11的压力超出泄压阀7的限制时，泄压阀7的阀门自动打开进行泄压以保护电堆1。
53.在本实用新型的一些实施例中，如图1所示，氢燃料电池供给系统100包括流量控制阀8，流量控制阀8串接于储氢设备3和第一入口21之间，用于控制由储氢设备3进入电堆1的干氢气流量，进而调节氢气压力。
54.进一步地，流量控制阀8与控制单元通讯连接。
55.在本实用新型的一些实施例中，如图1所示，气液分离器4具有排水口41，排水口41处连接排氮排水阀9。排氮排水阀9用于开启和关闭排水口41，排出多余的氮气及液态水，有利于提高混合气体中氢气的浓度，进而提高了进入电堆1的氢气浓度，提高电堆1内的化学反应速率。同时，排氮排水阀9集成了排水及排氮气的功能，避免了设置多个阀组，有利于简化氢燃料电池供给系统100的结构。
56.进一步地，排氮排水阀9是可按照周期进行开启和关闭的阀体，这样有利于简化氢燃料电池供给系统100的结构。
57.进一步地，排水口41设于气液分离器4的底部，这样有利于将气液分离器4的液态水排放干净。
58.在本实用新型的另一些实施例中，排氮排水阀9为电磁阀，用于开启和关闭排水口41，电磁阀的结构简单，便于控制，生产成本也较低。
59.具体地，气液分离器4具有分离腔，气液分离器4从混合气体中分离出的液态水被存储在分离腔中，当分离腔中的液位达到排放标准后，排氮排水阀9开启排放出多余的水和氮气。
60.进一步地，分离腔设有液位传感器，用于检测分离腔液体的深度。
61.更进一步地，排氮排水阀9和液位传感器均与控制单元连接。液位传感器将检测的分离腔液位信息传递至控制单元，当分离腔中的液位达到排放标准后，控制单元控制排氮排水阀9开启排出多余的水和氮气。
62.在本实用新型的一些实施例中，储氢设备3为储氢罐，用于存储高压氢气，同时，储氢罐便于设置在车辆上。
63.根据本实用新型实施例的车辆，包括上述实施例所述的氢燃料电池供给系统100。
64.根据本实用新型实施例的车辆，通过设置相互并联的第一流路和第二流路，且第一流路和第二流路上分别设有后截止阀61与前截止阀62，后截止阀61与前截止阀62分别用于控制第一流路及第二流路的通断，进而控制混合气体的流通方向。在电堆1低功率运行状态时，前截止阀62控制第二流路关闭，后截止阀61控制第一流路开启，混合气体流经第一流路上的氢气循环泵5，氢气循环泵5对混合气体进行加压传送入引射器2；在电堆1高功率运
行状态时，前截止阀62控制第二流路开启，后截止阀61控制第一流路关闭，混合气体第二流路流入引射器2。这样，既避免了在电堆1低功率运行状态时引射器2引射性能差的问题，提高氢燃料电池供给系统100的整体性能，又避免了在电堆1高功率运行状态时氢气循环泵5空转，降低了氢气循环泵5的功耗，提高了氢燃料电池供给系统100的整体性能及经济性。同时，也提高了氢燃料电池供给系统100对氢气的利用率，降低了车辆尾气中氢气的含量，避免了车辆尾气中氢气含量过高造成的安全隐患。
65.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”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。
66.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。

技术特征：
1.一种氢燃料电池供给系统，其特征在于，包括：储氢设备；引射器，所述储氢设备与所述引射器的第一入口连通；电堆，所述电堆具有氢气入口和阳极出口，所述引射器的出口与所述氢气入口连通；气液分离器，所述气液分离器的入口与所述阳极出口连通；第一流路，所述第一流路的两端分别与所述气液分离器的出口和所述引射器的第二入口连通；第二流路，所述第二流路与所述第一流路并联，所述第二流路的两端分别与所述气液分离器的出口和所述引射器的第二入口连通；氢气循环泵，所述氢气循环泵设于所述第一流路；后截止阀，所述后截止阀设于所述第一流路，所述后截止阀与所述氢气循环泵串联；前截止阀，所述前截止阀设于所述第二流路；控制单元，所述控制单元与所述前截止阀和所述后截止阀均通讯连接。2.根据权利要求1所述的氢燃料电池供给系统，其特征在于，所述电堆内设有功率传感器，用于检测电堆的运行功率，所述功率传感器与所述控制单元通讯连接。3.根据权利要求1所述的氢燃料电池供给系统，其特征在于，所述前截止阀和所述后截止阀中的至少一个为电磁阀。4.根据权利要求1所述的氢燃料电池供给系统，其特征在于，还包括：泄压阀，所述泄压阀串接于所述引射器的出口和所述氢气入口之间，所述泄压阀具有尾排口。5.根据权利要求1所述的氢燃料电池供给系统，其特征在于，还包括：流量控制阀，所述流量控制阀串接于所述储氢设备和所述第一入口之间，所述流量控制阀与所述控制单元通讯连接。6.根据权利要求1所述的氢燃料电池供给系统，其特征在于，所述气液分离器具有排水口，所述排水口处连接排氮排水阀。7.根据权利要求6所述的氢燃料电池供给系统，其特征在于，所述排水口设于所述气液分离器的底部。8.根据权利要求6所述的氢燃料电池供给系统，其特征在于，所述排氮排水阀为电磁阀。9.根据权利要求1所述的氢燃料电池供给系统，其特征在于，所述储氢设备为储氢罐。10.一种车辆，其特征在于，包括根据权利要求1-9中任一项所述的氢燃料电池供给系统。

技术总结
本实用新型公开了一种氢燃料电池供给系统及具有其的车辆，所述氢燃料电池供给系统包括：储氢设备；储氢设备与引射器的第一入口连通；电堆具有氢气入口和阳极出口，引射器的出口与氢气入口连通；气液分离器的入口与阳极出口连通；第一流路的两端分别与气液分离器的出口和引射器的第二入口连通；第二流路与第一流路并联；氢气循环泵设于第一流路；后截止阀设于第一流路，后截止阀与氢气循环泵串联；前截止阀设于第二流路；控制单元与前截止阀和后截止阀均通讯连接。根据本实用新型的氢燃料电池供给系统，在电堆高功率运行状态时，避免了氢气循环泵空转，降低了氢气循环泵的功耗，提高了氢燃料电池供给系统的整体性能及经济性。了氢燃料电池供给系统的整体性能及经济性。了氢燃料电池供给系统的整体性能及经济性。


技术研发人员：付莹 王开专 徐佳
受保护的技术使用者：未势能源科技有限公司
技术研发日：2023.04.24
技术公布日：2023/9/26