[实用新型]一种燃料电池能量回收系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤指一种燃料电池能量回收系统。

背景技术

近年，由于石油资源的有限以及环境问题的日益突出，世界各国都愈加重视新能源汽车。其中，燃料电池汽车作为一种终极环保车，备受关注。目前，国外丰田、本田、现代的燃料电池汽车已经在欧洲、北美开始租赁或销售，我国上汽等的增程式燃料电池汽车也已投向市场。这些品牌的汽车，普遍使用氢作为燃料。

氢是最轻的气体，液态氢的密度也仅仅为70.8kg/m3，是相同体积汽油能量的1/3。而且，氢的液化是排在氦后面的第二难液化的气体，需在-253℃或者更低才能维持液态，液化过程需要复杂且昂贵的多步冷却系统才可以实现。然而，氢气存储的压力越高，压缩所消耗的外界能量也越高：液化所消耗的外界能量占氢气能量的30％～40％，造成能量的浪费；因此，目前汽车厂商基本都选择将氢气压缩，然后储存在容器中，但压缩氢气同样需要消耗能量，且压缩后的氢气所占的体积非常大，并不适用目前的汽车体积，且影响汽车的整体感官。比如，一辆轿车若需要500km左右的驾驶范围，需要5～10kg的氢，即使在35～70MPa压力下存储，压缩氢气所消耗的能量占氢气能量的10％～15％，而其容器也是相同里程汽车油箱的好几倍大。不管是液化氢气还是压缩氢气，均需要消耗占比氢气能量比例较大的能量。

目前，车用燃料电池系统一般分为低压系统、中压系统和高压系统，但通常所用氢压力均不超过0.3MPa(绝压)，主流做法就是通过安装减压阀进行降压。若为35MPa燃料电池系统，通常先通过一级减压阀降至2MPa，再通过二级减压阀降至所需电堆反应所需压力；由于此过程并未回收氢气的压力能，造成了能量的白白浪费。同时，燃料电池堆在反应供电时，燃料电池堆还会产热，如果不对热量进行回收的话，也会造成燃料电池的热能损失。

综上所述，本申请人致力于提供一种燃料电池能量回收系统，通过对燃料电池中氢气压力能和热能的回收从而提高燃料电池汽车能量的利用率。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种燃料电池能量回收系统，实现了燃料电池中高压氢燃料的压力能、以及燃料电池堆的热能的回收，使得燃料电池的能量循环利用，从而大大提高了燃料电池的能量利用率，进而弥补了因压缩或液化氢燃料所消耗的能量损失，大大降低了压缩或液化氢燃料所造成的能量消耗和损失。

本实用新型提供的技术方案如下：

一种燃料电池能量回收系统，包括：

燃料电池堆，所述燃料电池堆用于通过电化学反应产生电力；

储氢设备，所述储氢设备用于向所述燃料电池堆供给氢燃料；

能量回收子系统，所述能量回收子系统用于回收氢燃料的压力能；

换热装置，所述换热装置用于回收所述燃料电池堆的热能；以及

氢气进气总管，所述氢气进气总管用于氢燃料进入所述燃料电池堆；

所述储氢设备、所述能量子系统、所述换热装置、所述氢气进气总管和所述燃料电池堆依次连接。

本技术方案中，通过能量回收子系统和换热装置实现了燃料电池中高压氢燃料的压力能、以及燃料电池堆的热能的回收，使得燃料电池的能量循环利用，从而大大提高了燃料电池的能量利用率，进而弥补了因压缩或液化氢燃料所消耗的能量损失，大大降低了压缩或液化氢燃料所造成的能量消耗和损失。由于热能的回收，还减少了热能散发至环境中产生热污染，进而导致城市热岛效应等现象，具有良好的环保性。且本实用新型设计科学合理。

进一步优选地，还包括氢气旁通支路；所述能量回收子系统和所述换热装置串联形成能量回收系统；所述能量回收系统与所述氢气旁通支路并联设于所述储氢设备和所述氢气进气总管之间。

本技术方案中，由于低压氢燃料的压力能无法回收或可回收的能量较少时，可通过氢气旁通支路直接将低压氢燃料送入氢气进气总管，从而进入燃料电池堆内进行反应，进而缩短低压氢燃料的反应时间。

进一步优选地，还包括氢气旁通支路；所述能量回收子系统和所述氢气旁通支路并联设于所述储氢设备和所述换热装置之间。

本技术方案中，氢气旁通支路的氢燃料以及能量回收子系统出来的低压低温氢燃料在进入燃料电池堆之前均先通过换热装置，保证了进入燃料电池堆内的氢气的最佳反应温度(60-80℃)，实现了热能的回收再利用。