集成式有源氢燃料电池系统的制作方法

1.本实用新型主要涉及燃料电池的技术领域，具体涉及集成式有源氢燃料电池系统。


背景技术：

2.燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转化为电能的化学装置，又称电化学发电器。
3.根据申请号为cn202021644075.0的专利文献所提供的一种集成式燃料电池发动机系统可知，该燃料电池系统包括框架、供氢系统、燃料电池发动机、空气进气系统、水循环系统、空氢尾排系统及电气系统，框架上部安装供氢系统，中部安装燃料电池发动机、空气进气系统、电气系统、去离子器、膨胀水箱，底部安装空氢尾排系统、散热器风扇总成、电动水泵、电子节温器。本技术的集成式燃料电池发动机系统，将所包含的各个系统部件整体布置到一个框架结构上，方便系统整体吊装到整车车架上安装以及燃料电池整体调试和打包运输；整体集成化布置同时也缩短了水路、氢气路、空气路的连接管路，减少了管路内流体压力损失，进而提高了整个系统的燃料利用率及经济性。
4.目前，燃料电池系统需要外部供电才能启动，且外部供电异常断开后，燃料电池系统失去电源，不能执行常规的关机策略，易对燃料电池系统造成损坏。


技术实现要素：

5.本实用新型主要提供了集成式有源氢燃料电池系统用以解决上述背景技术中提出的技术问题。
6.本实用新型解决上述技术问题采用的技术方案为：
7.集成式有源氢燃料电池系统，包括电池组件，所述电池组件通过导线与无间断电源模块、低压用电设备、外界设备以及外部低压电源相连接；
8.所述电池组件包括通过导线与所述低压用电设备相连接的bop辅助部件，与所述bop辅助部件相连接的电堆，以及通过导线与所述电堆相连接的降压dc，所述电堆与所述bop辅助部件之间的线路上设有升压dc，所述升压dc、降压dc、电堆以及bop辅助部件均通过导线与所述无间断电源模块相连接，所述升压dc、降压dc、电堆以及bop辅助部件均通过导线与所述外部低压电源相连接，所述电堆与增湿机构相连接。
9.进一步的，所述电堆的出水端连接有出水管，所述电堆的进气端连接有增湿器，所述增湿器的入气端连接有空气压缩机，在本实用新型中，通过空气压缩机为增湿器供给空气，通过增湿器为空气增湿，且增湿后的空气进入到电堆内，以提高电堆内膜的湿润性。
10.进一步的，所述增湿机构包括安装于所述电堆一侧表面的应急储液箱，以及安装于所述应急储液箱内部的分隔板，所述应急储液箱的内部通过分隔板由上至下依次分隔为冷凝腔和储液腔，所述冷凝腔的内部设有冷却组件，在本实用新型中，储液腔内经过雾化的水汽排出至电堆内，从而在无外部电源时，提高电堆内膜的湿润性。
11.进一步的，所述冷却组件包括安装于所述冷凝腔内部、且由上至下依次设置的多个第一波纹换热板，以及设于相邻两个所述第一波纹换热板之间的第二波纹换热板，所述第一波纹换热板与第二波纹换热板之间交错设置，在本实用新型中，利用第一波纹换热板和第二波纹换热板与出水管排出的水进行换热，使得出水管排出的水进行冷却。
12.进一步的，所述冷却组件还包括蛇形冷凝管，所述蛇形冷凝管与所述bop辅助部件相连接，所述蛇形冷凝管与所述第一波纹换热板、第二波纹换热板交错设置。
13.进一步的，所述出水管的外表面底端安装有分流管，所述分流管位于所述冷凝腔的内部，在本实用新型中，流经出水管的水通过分流管分流，使得流经出水管的一部分的水能够进入到冷凝腔内。
14.进一步的，所述增湿机构还包括安装于所述储液腔内部底端的第一浮子，所述第一浮子的顶端安装有用于封堵所述分流管的堵水插杆，在本实用新型中，通过储液腔内的水带动第一浮子上浮，通过第一浮子带动堵水插杆上浮，通过第一浮子带动堵水插杆上浮。
15.进一步的，所述堵水插杆的顶端外表面安装有支撑环，所述支撑环的上表面安装有套设于所述堵水插杆的弹簧，所述弹簧的顶端安装有堵头。
16.进一步的，所述增湿机构还包括安装于所述储液腔内部的第二浮子，所述第二浮子的顶端设有安装于所述分隔板下表面的行程开关，在本实用新型中，行程开关与低压用电设备中的控制器相连接，以使控制器接收到关于储液腔内部水位信息的电信号。
17.进一步的，所述储液腔的壳体上安装有进气管，所述进气管远离所述储液腔的一端连接有第一三通管，所述第一三通管设于所述空气压缩机与增湿器连接的管路上；
18.所述储液腔的内部安装有雾化片，所述雾化片的出水端连接有出气管，所述出气管远离所述储液腔的一端连接有第二三通管，所述第二三通管设于所述增湿器与电堆连接的管路上。
19.与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
20.本实用新型集成度高，采用双供电回路，不需要外部供电也可实现燃料电池系统运行，且若避免外部供电异常断开后，燃料电池系统仍然可以执行常规的关机策略；在恶劣环境中，燃料电池可以根据情况执行系统保护策略。
21.以下将结合附图与具体的实施例对本实用新型进行详细的解释说明。
附图说明
22.图1为本实用新型的示意图；
23.图2为本实用新型电堆和增湿机构的结构示意图；
24.图3为本实用新型的俯视图；
25.图4为图3中沿a-a线的剖视图；
26.图5为图4中a区结构放大图；
27.图6为本实用新型堵水插杆的结构示意图；
28.图7为本实用新型应急储液箱的分解图；
29.图8为本实用新型应急储液箱的结构示意图。
30.图中：10、电池组件；11、bop辅助部件；12、电堆；121、出水管；122、增湿器；123、空气压缩机；13、降压dc；14、升压dc；15、增湿机构；151、应急储液箱；152、分隔板；153、冷凝
腔；154、储液腔；1541、进气管；1542、第一三通管；1543、出气管；1544、第二三通管；1545、雾化片；155、冷却组件；1551、第一波纹换热板；1552、第二波纹换热板；1553、蛇形冷凝管；156、第一浮子；157、堵水插杆；1571、支撑环；1572、弹簧；1573、堵头；158、第二浮子；159、行程开关；20、无间断电源模块；30、低压用电设备；40、外部低压电源；50、外界设备。
具体实施方式
31.为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更加全面的描述，附图中给出了本实用新型的若干实施例，但是本实用新型可以通过不同的形式来实现，并不限于文本所描述的实施例，相反的，提供这些实施例是为了使对本实用新型公开的内容更加透彻全面。
32.需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上也可以存在居中的元件，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件，本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
33.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常连接的含义相同，本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语知识为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型，本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
34.实施例，请参照附图1-8，集成式有源氢燃料电池系统，包括电池组件10，所述电池组件10通过导线与无间断电源模块20、低压用电设备30、外界设备50以及外部低压电源40相连接；
35.所述电池组件10包括通过导线与所述低压用电设备30相连接的bop辅助部件11，与所述bop辅助部件11相连接的电堆12，以及通过导线与所述电堆12相连接的降压dc13，所述电堆12与所述bop辅助部件11之间的线路上设有升压dc14，所述升压dc14、降压dc13、电堆12以及bop辅助部件11均通过导线与所述无间断电源模块20相连接，所述升压dc14、降压dc13、电堆12以及bop辅助部件11均通过导线与所述外部低压电源40相连接，所述电堆12与增湿机构15相连接；
36.需要说明的是，在本实施例中，升压dc14用于给电堆模块产生的电能进行升压，降压dc13用于将高压转化为系统低压设备所需电压，给低压用电设备供电，低压用电设备30包括各传感器和燃料电池系统控制器，用于监测燃料电池系统状态和控制燃料电池系统的运行。
37.具体的，请着重参照附图2、3和4，所述电堆12的出水端连接有出水管121，所述电堆12的进气端连接有增湿器122，所述增湿器122的入气端连接有空气压缩机123；
38.所述增湿机构15包括安装于所述电堆12一侧表面的应急储液箱151，以及安装于所述应急储液箱151内部的分隔板152，所述应急储液箱151的内部通过分隔板152由上至下依次分隔为冷凝腔153和储液腔154，所述冷凝腔153的内部设有冷却组件155；
39.需要说明的是，在本实施例中，通过空气压缩机123为增湿器122供给空气，通过增湿器122为空气增湿，且增湿后的空气进入到电堆12内，以提高电堆12内膜的湿润性；
40.进一步的，电堆12通过出水管121排水，排出的水通过冷凝腔153内的元件进行冷
却，冷却后的水通过分隔板152上的通孔进入到储液腔154中暂存，从而在无外界设备50中的外部电源时，通过无间断电源模块20为出气管1543上的阀体供电，打开出气管1543上的阀体，以使储液腔154内经过雾化的水汽排出，从而在无外部电源时，提高电堆12内膜的湿润性。
41.具体的，请着重参照附图4和7，所述冷却组件155包括安装于所述冷凝腔153内部、且由上至下依次设置的多个第一波纹换热板1551，以及设于相邻两个所述第一波纹换热板1551之间的第二波纹换热板1552，所述第一波纹换热板1551与第二波纹换热板1552之间交错设置；
42.所述冷却组件155还包括蛇形冷凝管1553，所述蛇形冷凝管1553与所述bop辅助部件11相连接，所述蛇形冷凝管1553与所述第一波纹换热板1551、第二波纹换热板1552交错设置；
43.所述出水管121的外表面底端安装有分流管124，所述分流管124位于所述冷凝腔153的内部；
44.需要说明的是，在本实施例中，通过倾斜的第一波纹换热板1551和第二波纹换热板1552，引导出水管121排出的水与第一波纹换热板1551和第二波纹换热板1552相接触，从而利用第一波纹换热板1551和第二波纹换热板1552与出水管121排出的水进行换热，使得出水管121排出的水进行冷却；
45.进一步的，蛇形冷凝管1553的两端均通过软管与bop辅助部件11中的冷却液控制设备进液端和出液端相连接，以使蛇形冷凝管1553内流淌循环的液体不断与冷凝腔153内由出水管121排出的水进行换热，且通过蛇形冷凝管1553与出水管121排出的水的蒸汽进行换热，以使冷却后的蒸汽凝结成水落下，且通过蛇形冷凝管1553与第一波纹换热板1551和第二波纹换热板1552相接触，以使第一波纹换热板1551和第二波纹换热板1552也能具有换热能力；
46.bop辅助部件11包括燃料供应设备、空气供应设备、冷却液控制设备和ptc设备；
47.进一步的，流经出水管121的水通过分流管124分流，使得流经出水管121的一部分的水能够进入到冷凝腔153内。
48.具体的，请着重参照附图4和6，所述增湿机构15还包括安装于所述储液腔154内部底端的第一浮子156，所述第一浮子156的顶端安装有用于封堵所述分流管124的堵水插杆157；
49.所述堵水插杆157的顶端外表面安装有支撑环1571，所述支撑环1571的上表面安装有套设于所述堵水插杆157的弹簧1572，所述弹簧1572的顶端安装有堵头1573；
50.所述增湿机构15还包括安装于所述储液腔154内部的第二浮子158，所述第二浮子158的顶端设有安装于所述分隔板152下表面的行程开关159；
51.所述储液腔154的壳体上安装有进气管1541，所述进气管1541远离所述储液腔154的一端连接有第一三通管1542，所述第一三通管1542设于所述空气压缩机123与增湿器122连接的管路上；
52.所述储液腔154的内部安装有雾化片1545，所述雾化片1545的出水端连接有出气管1543，所述出气管1543远离所述储液腔154的一端连接有第二三通管1544，所述第二三通管1544设于所述增湿器122与电堆12连接的管路上；
53.需要说明的是，在本实施例中，通过储液腔154内的水带动第一浮子156上浮，通过第一浮子156带动堵水插杆157上浮，通过第一浮子156带动堵水插杆157上浮；
54.进一步的，通过上浮的堵水插杆157上浮带动堵头1573上浮，从而在储液腔154内部水体较多是，通过堵头1573封堵分流管124，从而停止进水，通过支撑环1571为弹簧1572提供支撑，通过弹簧1572辅助推动堵头1573上升；
55.进一步的，通过储液腔154内的水带动第二浮子158上浮，以通过第二浮子158触碰行程开关159，行程开关159与低压用电设备30中的控制器相连接，以使控制器接收到关于储液腔154内部水位信息的电信号；
56.进一步的，空气压缩机123流出的气体通过第一三通管1542分流，以使一部分气体进入到储液腔154内，以便于储液腔154内经过雾化的水体流出，在储液腔154上设置高压泄气阀，高压泄气阀的出气端设置与增湿器122入气端相连接的软管。以使超过高压泄气阀阈值的气体，借助软管进入到增湿器122内，且防止储液腔154内部气压过高，而对储液腔154造成破坏
57.储液腔154内经过雾化片1545雾化后的水雾进入到出气管1543，出气管1543内的水雾流经第二三通管1544进入到增湿器122与电堆12连接的管路内，并借助该管路进入到电堆12内。
58.本实用新型的具体操作方式如下：
59.无间断电源模块20或外界设备50中的外部电源为燃料电池系统供电，降压dc13工作或外部低压电源40供电，低压用电设备30中控制器收到开机指令后，控制bop辅助部件11开始运行，电堆12开始发电，通过升压dc14为无间断电源充电，为降压dc13、bop辅助部件11、外界设备50供电，完成燃料电池系统运行，关机时，执行相似的逻辑；
60.无外界设备50中的外部电源时或开关机时，或突然失去外界设备50中的外部电源，此时仅有无间断电源模块20供电，执行有外界设备50中的外部电源时同样的逻辑；
61.无外界设备50中的外部电源时；在恶劣环境下，通过无间断电源模块20供电，降压dc13、bop辅助部件11和低压用电设备30工作，低压用电设备30中控制器根据检测到的数据，实时执行燃料电池的保护策略，比如积水吹扫。
62.上述结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的这种非实质改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本实用新型的保护范围之内。