[发明专利]燃料电池的动力系统与交通工具

说明书

技术领域

本申请涉及燃料电池领域，具体而言，涉及一种燃料电池的动力系统与交通工具。

背景技术

燃料电池汽车(FCV)是一种用车载燃料电池装置产生的电能作为动力的汽车。目前，广泛应用于燃料电池汽车的是质子交换膜燃料电池(PEMFC)。

质子交换膜燃料电池汽车的工作原理为：燃料氢气沿燃料电池电池堆阳极板流道分配在膜电极的阳极侧，在阳极催化剂的作用下解离成电子和质子，电子经外电路到达阴极，质子直接穿过膜电极到达阴极，与阴极反应气体中的氧气反应生成水。此过程的产物为电能、热和水。其中电能带动电动机工作，电动机再带动汽车中的机械传动结构，进而带动汽车的前桥(或后桥)等行走机械结构工作，从而驱动电动汽车前进。热和水通过热交换装置直接排放或综合利用。

目前，对于功率等级较大的质子交换膜燃料电池车用动力系统，为了降低系统散热负荷，保证较高的电池堆反应温度，通常空气需要进行外部加湿，外部加湿一般采用气/气型加湿方式，即利用电池堆阴极反应尾气(COG)中的热量和气态水对阴极进堆空气进行加湿。同时为了提高氢气利用率及系统使用安全性，燃料供给系统一般采用氢气循环方式。

图1为质子交换膜燃料电池车用动力系统的简化结构图，其主要包含空气供给、氢气供给与冷却水循环三个回路，电池堆01'电化学反应所需的空气由输送设备02'提供动力进入加湿器03'被电池堆阴极反应尾气加湿升温后进入阴极，阴极尾气与空气在加湿器中完成传热传质后的废气直接排放；来自高压储气瓶04'的氢气通过减压计量装置05'后进入阳极，阳极侧反应后的阳极尾气通过氢气循环装置06'输送又循环进入电池堆。电池堆电化学反应过程产生的热量由冷却水循环回路带出，冷却水循环回路上设置有冷却介质的动力设备08'与散热装置09'，电池堆电化学反应过程产生的热量由动力设备08'输送的冷却介质穿过电池堆01'带出后进入散热装置09'完成热量平衡，冷却介质在散热装置降温后又进入电堆，完成一次循环将冷却介质输送至电池堆中。

上述的动力系统从燃料阴阳极反应物料供给给出了较为优化的方案，但对系统循环回路之间的水热耦合、部件对系统水热平衡影响考虑不多，尤其对于氢气循环过程中涉及的水热管理没有给出优化的结构。

电池堆的阳极出堆尾气中水分含量较高(一般为饱和状态)，沿着管路流动过程中部分气态水会凝结为液态水。由于考虑泄漏安全及装置寿命等问题，多数氢气循环装置对进入其中的液态水有严格限制，要求氢气回路中液态水进入氢气循环装置之前应尽可能脱除。

因此，亟需一种能够减少进入氢气循环装置的液态水的燃料电池的动力系统。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种燃料电池的动力系统与交通工具，以解决现有技术中的动力系统的氢气循环装置中存在较多的液态水的问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种燃料电池的动力系统，该动力系统包括：电池堆，包括阴极与阳极，上述阳极的入口与上述阳极的出口通过阳极气体循环管路连通；阴极气体供给装置，与上述阴极的入口连通；阳极气体供给装置，与上述阳极的入口连通；冷却装置，设置在上述阳极气体循环管路上，用于对由上述阳极输出的阳极尾气进行降温，使得上述阳极尾气中的至少部分水蒸气液化；阳极气体动力装置，设置在上述冷却装置与上述阳极的入口之间的上述阳极气体循环管路上。

进一步地，上述动力系统还包括：排液装置，与上述冷却装置和上述阳极气体动力装置之间的上述阳极气体循环管路连通，用于将上述阳极气体循环管路中的冷凝液排出。

进一步地，上述阴极气体供给装置包括：阴极气体源设备，通过阴极气体输送管路与上述阴极的入口连通；阴极气体动力设备，设置在上述阴极气体输送管路上；加湿器，设置在上述阴极气体输送管路上且位于上述阴极气体动力设备的下游，用于对上述阴极气体动力设备输出的阴极气体进行加湿。

进一步地，上述动力系统还包括：阴极尾气输送管路，与上述阴极的出口连通，上述阴极尾气输送管路穿过上述加湿器以对上述阴极气体进行加湿。

进一步地，上述冷却装置为换热器，上述阴极尾气输送管路在经过上述加湿器后，穿过上述冷却装置以对上述阳极尾气进行降温。

进一步地，上述阳极气体供给装置包括：阳极气体源设备，通过阳极气体输送管路与上述阳极的入口连通；减压计量装置，设置在上述阳极气体输送管路上。

进一步地，上述冷却装置为换热器，上述减压计量装置与上述阳极的入口之间的上述阳极气体输送管路穿过上述冷却装置，以对上述阳极尾气进行降温。