一种燃料电池低压氢气系统总成装置及燃料电池系统的制作方法

1.本发明涉及氢燃料电池领域，尤其是涉及一种燃料电池低压氢气系统总成装置及燃料电池系统。


背景技术：

2.我国氢燃料电池汽车虽然发展迅速，但氢燃料电池系统关键零部件国产化程度不高，系统集成化程度不高，很多零部件有待开发及优化。氢燃料电池系统的低压氢气系统总成装置需实现氢气压力调节、促进系统内部氢气循环，还需要监测系统运行过程中的氢气压力、温度以及低温对排水口进行加热等功能。
3.现有技术及缺点：1、低压氢气系统零部件进行集成，此系统零部件较多，通过多根硅胶管、转接头连接各零部件，造成燃料电池系统集成度不高，氢气泄漏的风险性较大；2、低压氢气系统使用模块化设计，如氢气前处理模块、氢气后处理模块，在电堆入口处集成氢气前处理模块，电堆出口处集成氢气后处理模块，虽然模块化设计可以提高燃料电池集成度，减小氢气泄漏的风险，但未能根本解决问题低压氢气系统高度集成化及氢气泄漏的风险等问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是为了提供一种燃料电池低压氢气系统总成装置及燃料电池系统。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
6.一种燃料电池低压氢气系统总成装置，包括氢气循环泵、循环泵端盖、气水分离器和入口集成模块，
7.所述入口集成模块包括连接块，以及与连接块固定连接的卡套、中压传感器、比例阀、中压电磁阀，所述卡套上设有用于连接车载氢系统的卡套入口，
8.所述循环泵端盖紧固于氢气循环泵上，循环泵端盖上设有电堆氢气入口连接端口、电堆氢气出口连接端口和第一接口，所述连接块的输出端连接至该第一接口，所述环泵端盖内设有连通第一接口和电堆氢气入口连接端口的主通道，所述电堆氢气出口连接端口的输出端连接至气水分离器，所述气水分离器上设有排水排气口，所述排水排气口连接在气水分离器的下方，所述气水分离器的氢气出口连接至循环泵入口，循环泵出口连接至所述电堆氢气入口连接端口。
9.所述循环泵端盖内设有引射器，所述主通道包括依次连接的引射器混合段和引射器扩展段，所述引射器还包括引流段，所述引流段中设有单向阀，所述气水分离器的氢气出口还连接至引流段的输入端，所述引流段的输出端连接至主通道的入口处。
10.所述引流段中还设有用于限位所述单向阀的限位螺母。
11.所述装置还包括排水阀，所述排水阀安装于循环泵端盖上并与气水分离器连接，且所述排水排气口的输入端连接至排水阀的输出端。
12.所述循环泵端盖上设有温度传感器，所述气水分离器中设有ptc加热器。
13.所述循环泵端盖还设有压力传感器和安全阀，所述压力传感器，所述安全阀上设有泄压口。
14.所述循环泵端盖和氢气循环泵通过螺栓可拆卸连接。
15.所述卡套、中压传感器、比例阀、中压电磁阀通过螺纹或者螺栓固定于连接块上。
16.所述连接块通过螺纹或螺栓循环泵端盖连接。
17.一种车辆燃料池系统，包括如上述的低压氢气系统总成装置。
18.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
19.1、集成度高，安全可靠：燃料电池低压氢气系统总成装置集成了10多个零部件，其中引射器、氢气循环泵、气水分离器等连接需要转接头、硅胶管等。通过创新设计，省去管路的连接，既节省集成空间，又将氢气泄漏可能降至最低。
20.2、便于集成，便于组装：本燃料电池低压氢气系统总成装置为一个产品，仅有5个接口，分别为卡套入口、电堆氢气入口连接端口、电堆氢气出口连接端口、泄压口、排水排气口，只要连接好这些接头，氢燃料电池系统氢气子系统就集成完毕，而对于组装也是一样的，大幅降低安装时间。
21.3、便于系统选型与调试：本低压系统总成装置在设计中进行大量仿真验证，得出该系列装置匹配各类燃料电池功率，方便设计系统工程师进行选型；该装置后期做出实验验证，得出系统在低功率与高功率下各类电磁阀的控制的时间节点及时长，调试工程师以此为参考，缩短调试时长。
22.4、批量生产，降低成本：循环泵端盖，通过创新设计后，加工无需新增工艺孔；可通过铸造批量生产降低成本。
附图说明
23.图1为本发明实施例燃料电池低压氢气系统总成装置的等轴测视图；
24.图2为本发明实施例燃料电池低压氢气系统总成装置各接口图；
25.图3为本发明实施例燃料电池低压氢气系统总成装置的三视图，其中，(a)为主视图，(b)为左视图，(c)为俯视图，(d)为立体图；
26.图4为本发明实施例循环泵端盖的等轴测视图；
27.图5为本发明实施例循环泵端盖的截面图。
28.图6为本发明实施例燃料电池低压氢气系统总成装置的设计原理图。
29.其中：1、卡套，2、中压传感器，3、比例阀，4、中压电磁阀，5、连接块，6、循环泵端盖，7、氢气循环泵，8、压力传感器，9、温度传感器，10、安全阀，11、气水分离器，12、排水阀，13、ptc加热器，14、单向阀，15、限位螺母，16、卡套入口，17、电堆氢气入口，18、电堆氢气出口，19、泄压口，20、排水排气口，21、电堆，22、车载氢系统，61、引射器混合段，62、引射器扩展段，63、引射器引流段，eject、引射器、h2_in电堆氢气入口、h2_out电堆氢气出口，p1、入口气压传感器。
具体实施方式
30.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案
为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
31.本技术的实施方式包括提供一种燃料电池低压氢气系统总成装置，以及提供一种含有该燃料电池低压氢气系统总成装置的燃料电池系统。
32.一种燃料电池低压氢气系统总成装置，如图1至图5所示，包括氢气循环泵7、循环泵端盖6、气水分离器11和入口集成模块，
33.入口集成模块包括连接块5，以及与连接块固定连接的卡套1、中压传感器2、比例阀3、中压电磁阀4，卡套1上设有用于连接车载氢系统的卡套入口16，
34.循环泵端盖6紧固于氢气循环泵7上，循环泵端盖6上设有电堆氢气入口连接端口17、电堆氢气出口连接端口18和第一接口，连接块5的输出端连接至该第一接口，循环泵端盖6内设有连通第一接口和电堆氢气入口连接端口17的主通道，电堆氢气出口连接端口18的输出端连接至气水分离器11，气水分离器11上设有气水分离器11上设有排水排气口20，排水排气口20连接在气水分离器的下方，气水分离器11的氢气出口连接至循环泵入口，循环泵出口连接至电堆氢气入口连接端口17。
35.循环泵端盖6内设有引射器，主通道包括依次连接的引射器混合段61和引射器扩展段62，引射器还包括引流段63，引流段63中设有单向阀14，气水分离器11的氢气出口还连接至引流段63的输入端，引流段63的输出端连接至主通道的入口处。引流段63中还设有用于限位单向阀14的限位螺母15。
36.装置还包括排水阀12，排水阀12安装于循环泵端盖6上插入至气水分离器11中，且排水排气口20的输入端连接至排水阀12的输出端；循环泵端盖6上设有温度传感器8，气水分离器11中设有ptc加热器13；循环泵端盖6还设有压力传感器8和安全阀10，压力传感器8，安全阀10上设有泄压口19，泄压口最终连接至车辆的尾排。
37.仅有5个接口，分别为卡套入口、电堆氢气入口连接端口、电堆氢气出口连接端口、泄压口、排水排气口，只要连接好这些接头，氢燃料电池系统氢气子系统就集成完毕，而对于组装也是一样的，大幅降低安装时间。
38.车载氢系统氢气通过卡套入口16进入循环泵端盖6，在电堆氢气入口进入电堆，电堆内氢气通过电堆氢气出口进入到气水分离器11，而后通过引射器或氢气循环泵7在本装置与电堆进行循环。电堆内湿氢气流经气水分离器11进行水气分离，水从排水排气口20流出。
39.循环泵端盖6和氢气循环泵7通过螺栓可拆卸连接，卡套1、中压传感器2、比例阀3、中压电磁阀4通过螺纹或者螺栓固定于连接块5上，连接块5、压力传感器8、温度传感器9、安全阀10、气水分离器11、排水阀12通过螺纹或螺栓与循环泵端盖6连接。
40.其中，安全阀10、压力传感器8、温度传感器8组成出口集成模块，如图1所示，入口集成模块和出口集成模块布置在循环泵端盖6的两侧，中间是气水分离器11、排水阀12，结构更加紧凑。
41.本技术的工作原理示意图如图6所示：
42.低压氢气系统总成装置为车载氢系统到电堆的一个过渡装置，为燃料电池提供合适的氢气压力及流量并时刻检测氢气压力与温度，确保电堆时刻运行在相对理想的状态。其工作原理如下：
43.车载氢系统氢气通过卡套入口16由中压传感器2进行记录数值并反馈，若氢气压力正常，中压电磁阀4打开，通过比例阀3控制氢气的流量，一定流量的氢气流入循环泵端盖6。
44.流入循环泵端盖6，由引射器的喷嘴将氢气喷入到引射器混合段61，再进入到引射器扩展段62，通过电堆氢气入口进入电堆。此时若氢气喷射量较小，也就是说燃料电池系统的功率较低时，氢气循环泵7进行工作，将电堆未反应的氢气由电堆氢气出口吸入到氢气循环泵7，而单向阀14则阻止氢气由引射器引流段63进入到循环泵入口，这样氢气不会在管路内乱窜，影响进堆氢气的值；若氢气喷射量较大，也就是说燃料电池系统的功率较高时，氢气循环泵7停止工作，引射器将电堆内氢气通过电堆氢气出口引流到引射器引流段63，一同经引射器混合段61流入到电堆内部。
45.本燃料电池低压系统总成装置中的压力传感器8若检测到入电堆的压力过大则通过安全阀10由泄压口19排出。而温度传感器则时刻监测氢气进入电堆的温度。
46.从电堆流出的氢气会带出电堆内部的水分，若电堆内部水分过多，可能造成电堆水淹，也就是说电堆单片电压会明显降低，降低整个燃料电池系统的功率。此时就需要将电堆内湿氢气进行水气分离，气水分离器11解决该问题，分离后的干氢气流入到循环泵端盖6，而分离出来的水通过排水排气口20排到尾排中。在遇到低温冷启动或者环境温度极低状态下，气水分离器排水排气口有结冰的可能，此时需要对气水分离器进行加热，ptc加热器13则是对排水排气口附近进行加热，确保燃料电池系统在工作时能够正常排水或排气。