本發(fā)明涉及一種中高壓燃料電池發(fā)動機(jī)。

背景技術(shù)：

鑒于石油資源的消耗和減排需求，發(fā)展新能源汽車成為國家重要戰(zhàn)略。新能源汽車現(xiàn)階段主要有混合動力汽車、純電動汽車、燃料電池汽車三大類。其中燃料電池汽車是氫和氧（或空氣）直接經(jīng)反應(yīng)產(chǎn)生電能轉(zhuǎn)換為動能的汽車，具有排放零污染、能量密度高和加氫速度快等優(yōu)點，被認(rèn)為是汽車清潔能源的終極解決方案。

氫燃料電池汽車的核心部件是燃料電池，但是由于氫氣的易燃易爆和高壓儲存的特點帶來了一定的安全隱患。安全可靠的儲存、傳輸以及發(fā)生交通事故時的安全性，成了氫燃料電池汽車至關(guān)重要的性能。因此在設(shè)計燃料電池汽車的燃料電池發(fā)動機(jī)時，要保證各種情況下氫氣的安全使用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)合理、便于制造且安全高效的中高壓燃料電池發(fā)動機(jī)。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了以下的技術(shù)方案：

一種中高壓燃料電池發(fā)動機(jī)，包括分別與燃料電池電堆相連接的氫氣供應(yīng)子系統(tǒng)、空氣供應(yīng)子系統(tǒng)、溫度控制子系統(tǒng)以及電力控制子系統(tǒng)，所述的氫氣供應(yīng)子系統(tǒng)包括依次連接的氫氣瓶、組合瓶閥、過流閥、壓力調(diào)節(jié)閥、進(jìn)氫電磁閥和氫氣循環(huán)泵；所述的空氣供應(yīng)子系統(tǒng)包括依次連接的空濾器、空壓機(jī)、中冷器和增濕器；所述的溫度控制子系統(tǒng)包括并排設(shè)置有去離子過濾器、加熱器和散熱器，所述燃料電池電堆、加熱器和散熱器三者之間設(shè)有溫控三向閥，所述空氣供應(yīng)子系統(tǒng)中還設(shè)有用于冷卻液熱脹冷縮時的冷卻液溢出及補(bǔ)償?shù)母彼?，所述的電力控制子系統(tǒng)包括用于將燃料電池電堆輸出電壓變換至整車負(fù)載電壓平臺的第一dcdc轉(zhuǎn)換器和用于將母線電壓降壓至燃料電池發(fā)動機(jī)各子系統(tǒng)用電器電壓平臺的第二dcdc轉(zhuǎn)換器。

作為優(yōu)選方案：所述氫氣循環(huán)泵與燃料電池電堆之間還連接有第一壓力傳感器，所述氫氣循環(huán)泵與空氣供應(yīng)子系統(tǒng)之間還連接有吹掃電磁閥。

作為優(yōu)選方案：所述增濕器與燃料電池電堆之間還設(shè)有第二壓力傳感器，所述增濕器上還連接有可控背壓閥與消聲器。

作為優(yōu)選方案：所述溫度控制子系統(tǒng)與燃料電池電堆之間設(shè)有多個溫度傳感器，所述溫度控制子系統(tǒng)還設(shè)有用于控制冷卻液流速的冷卻水泵。

本發(fā)明通過在氫氣供應(yīng)子系統(tǒng)中設(shè)置組合瓶閥、過流閥、進(jìn)氫電磁閥等閥體保證氣瓶在高溫、高壓時卸荷，過流時切斷通路；進(jìn)氫電磁閥在關(guān)機(jī)時或者發(fā)生意外時切斷回路；各個裝置的組合使得氫氣供應(yīng)更加安全，空氣供應(yīng)子系統(tǒng)中通過增濕器將空氣進(jìn)行增濕，使電堆中的電化學(xué)反應(yīng)效率更高；本發(fā)明的溫度控制子系統(tǒng)中通過加熱器和散熱器可以有效控制燃料電池反應(yīng)堆的溫度在合理范圍內(nèi)，進(jìn)一步保證了整個系統(tǒng)的安全性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意框圖。

圖2是本發(fā)明的氫氣供應(yīng)子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意框圖。

圖3是本發(fā)明的空氣供應(yīng)子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意框圖。

圖4是本發(fā)明的溫度控制子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意框圖。

圖5是本發(fā)明的電力控制子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意框圖。

具體實施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“順時針”、“逆時針”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。

此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發(fā)明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確的限定。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接觸，也可以包括第一和第二特征不是直接接觸而是通過它們之間的另外的特征接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如圖1-5所示的一種中高壓燃料電池發(fā)動機(jī)，包括分別與燃料電池電堆1相連接的氫氣供應(yīng)子系統(tǒng)2、空氣供應(yīng)子系統(tǒng)3、溫度控制子系統(tǒng)4以及電力控制子系統(tǒng)5，所述的氫氣供應(yīng)子系統(tǒng)2包括依次連接的氫氣瓶201、組合瓶閥202、過流閥203、壓力調(diào)節(jié)閥204、進(jìn)氫電磁閥205和氫氣循環(huán)泵206；所述的空氣供應(yīng)子系統(tǒng)3包括依次連接的空濾器301、空壓機(jī)302、中冷器303和增濕器304；所述的溫度控制子系統(tǒng)4包括并排設(shè)置有去離子過濾器403、加熱器405和散熱器406，所述燃料電池電堆1、加熱器405和散熱器406三者之間設(shè)有溫控三向閥407，所述空氣供應(yīng)子系統(tǒng)3中還設(shè)有用于冷卻液熱脹冷縮時的冷卻液溢出及補(bǔ)償?shù)母彼?02，所述的電力控制子系統(tǒng)5包括用于將燃料電池電堆1輸出電壓變換至整車負(fù)載電壓平臺的第一dcdc轉(zhuǎn)換器501和用于將母線電壓降壓至燃料電池發(fā)動機(jī)各子系統(tǒng)用電器電壓平臺的第二dcdc轉(zhuǎn)換器502。

所述氫氣循環(huán)泵206與燃料電池電堆1之間還連接有第一壓力傳感器207，所述氫氣循環(huán)泵206與空氣供應(yīng)子系統(tǒng)之間還連接有吹掃電磁閥208。

所述增濕器304與燃料電池電堆1之間還設(shè)有第二壓力傳感器305，所述增濕器304上還連接有可控背壓閥307與消聲器306。

所述溫度控制子系統(tǒng)4與燃料電池電堆1之間設(shè)有多個溫度傳感器401，所述溫度控制子系統(tǒng)4還設(shè)有用于控制冷卻液流速的冷卻水泵404。

本發(fā)明的燃料電池電堆1利用氫氣和氧氣通過電化學(xué)反應(yīng)生成水并釋放出電能；氫氣供應(yīng)子系統(tǒng)2為電堆供應(yīng)相應(yīng)壓力的氫氣，并進(jìn)行循環(huán)增濕，吹掃排水；空氣供應(yīng)子系統(tǒng)3為電堆供應(yīng)相應(yīng)壓力、流量、溫度的空氣，并進(jìn)行空氣過濾及尾氣增濕；溫度控制子系統(tǒng)4將電堆溫度控制在最佳反應(yīng)溫度，低溫時進(jìn)行加溫，高溫時進(jìn)行冷卻，并控制冷卻液的電導(dǎo)率；電力控制子系統(tǒng)5將電堆輸出的電壓調(diào)整為負(fù)載電壓，并為各子系統(tǒng)的電氣部件提供電力。

本發(fā)明的氫氣瓶201存儲反應(yīng)所需的氫氣，儲存方式可以為高壓儲氫也可以低溫儲氫；組合瓶閥202、過流閥203為安全部件，檢測氣瓶壓力及溫度，并在高溫、高壓時卸荷，過流時切斷通路；壓力調(diào)節(jié)閥204將壓力調(diào)整至電堆所需要的壓力值；進(jìn)氫電磁閥205在關(guān)機(jī)時或者發(fā)生意外時切斷回路；氫循環(huán)泵206用于循環(huán)增濕；壓力傳感器207用于監(jiān)測流入電堆的氫氣壓力；吹掃電磁閥208用于控制電堆陽極的液態(tài)水及保持氫氣純凈。

本發(fā)明的空濾器301帶有物理過濾及化學(xué)過濾，能過濾掉空氣中的塵埃及硫化物;空壓機(jī)302將空氣增壓至電堆反應(yīng)的壓力；中冷器303將空氣冷卻至合適的溫度；增濕器304將空氣進(jìn)行增濕，使電堆中的電化學(xué)反應(yīng)效率更高；可控背壓閥307依據(jù)電堆功率調(diào)節(jié)電堆中的空氣壓力；消聲器307降低燃料電池發(fā)動機(jī)噪聲。

本發(fā)明的溫度傳感器401用于監(jiān)測出堆和入堆冷卻液的溫度；副水箱402用于冷卻液熱脹冷縮時的冷卻液溢出及補(bǔ)償；去離子過濾器403用于控制冷卻液的電導(dǎo)率；冷卻水泵404用于控制冷卻液流速；加熱器405用于低溫時給冷卻液加熱至合適的溫度；散熱器406用于高溫時給冷卻液冷卻至合適的溫度；溫控三向閥407用于高低溫回路的切換，保證電堆的溫度。

應(yīng)當(dāng)指出，以上實施例僅是本發(fā)明的代表性例子。本發(fā)明還可以有許多變形。凡是依據(jù)本發(fā)明的實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均應(yīng)認(rèn)為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。