[发明专利]一种大功率双燃料电池电堆车用系统及其使用方法

权利要求书

1.一种大功率双燃料电池电堆车用系统，其特征在于，包括双燃料电池电堆模块、空气以及氢气供气模块、水热控制模块、电气控制模块，双燃料电池电堆模块布置在系统中间，空气以及氢气供气模块、水热控制模块布置在双燃料电池电堆模块的两侧，电气控制模块布置在双燃料电池电堆模块上部；上燃料电池电堆与下燃料电池电堆在电气控制模块内部串联，在电气控制模块内部设置有电流电压监测装置；在双燃料电池电堆模块外侧设置有系统控制器，空气压缩机、中冷器、增湿器、第一气体分配结构中的空气接口、上下燃料电池电堆空气入口、上下燃料电池电堆空气出口、第二气体分配结构中的空气接口、节气门均使用硅胶软管连接，节气门与系统气体尾排管路均使用法兰接头连接；单向阀、氢气电磁阀、上氢气比例阀、下氢气比例阀、第一气体分配结构中的氢气接口、第二气体分配结构中的氢气接口、上脉冲排氢阀、下脉冲排氢阀、系统气体尾排管路均使用不锈钢卡套接头与不锈钢管连接，第一气体分配结构中的氢气接口、第二气体分配结构中的氢气接口与上下燃料电池电堆氢气入口、上下燃料电池电堆氢气出口均使用硅胶软管连接；冷却循环水进水管路、精过滤器、上燃料电池电堆水泵、下燃料电池电堆水泵、上下燃料电池电堆循环水入口、上下燃料电池电堆循环水出口、去离子水柱、电控三通水阀、加热器、电控二通水阀、冷却循环水出水管路均使用硅胶软管连接；第一气体分配结构与第二气体分配结构使空气和氢气均匀的分配至两个燃料电池电堆内部；第一气体分配结构与第二气体分配结构内部设置有压力传感器和温度传感器；系统冷却循环水进水接口、系统冷却循环水出水接口、车载供氢系统接口、车载空气过滤系统接口、系统气体尾排接口集中布置在系统左右两侧；双燃料电池电堆模块还包括为上燃料电池电堆和下燃料电池电堆提供固定支撑的电堆组合框架，电堆组合框架分为上电堆框架和下电堆框架两部分；双燃料电池电堆模块底部设置系统底架，系统底架中部设置有叉车叉槽，系统底架底部设置有聚氨酯减震垫。

2.一种大功率双燃料电池电堆车用系统的使用方法，其特征在于，在空气以及氢气供气模块中，由车载空气过滤系统过滤后的压缩空气经空气压缩机进入系统，经过中冷器进行降温，并由增湿器增加湿度，以确保满足上下氢燃料电池电堆内的电化学反应条件；增压增湿后的空气进入第一气体分配结构，空气在第一气体分配结构内部进行分流，分别进入到上燃料电池电堆与下燃料电池电堆内部，空气中的氧气与氢气进行电化学反应并产生电流以及水；上燃料电池电堆与下燃料电池电堆内部反应后的剩余空气进入到第二气体分配结构中汇流，并再次经过空气增湿器，与首次进入空气增湿器的干燥空气形成对流增湿，并经节气门进入到系统气体尾排管路中排出系统，其中节气门可通过调节气体流量来控制系统内部所需空气压力；高压氢气经车载供氢系统接口进入系统氢气管路，首先经过单向阀以及氢气电磁阀，由三通管路分流后，分别由上氢气比例阀、下氢气比例阀降压后进入第二气体分配结构中，分流后的氢气再进入到上燃料电池电堆与下燃料电池电堆内部，并与空气中的氧气进行电化学反应，产生电流并生成水，上燃料电池电堆与下燃料电池电堆内部反应后的剩余氢气进入到第一气体分配结构中汇流，并经由氢气循环泵增压，重新进入第二气体分配结构中并分配至两个燃料电池电堆，提高氢气利用率，反应后的剩余氢气湿度会增高，为避免氢气中的水对氢气循环泵产生影响，第一气体分配结构设置有气液分离结构，会将反应后氢气中的水分离并排出至系统气体尾排管路；系统内未参与电化学反应的氢气与电化学反应生成的水，分别经过上脉冲排氢阀和下脉冲排氢阀后进入系统气体尾排管路，与排出空气混合后排出系统；在水热控制模块中，冷却循环水进水管路与冷却循环水出水管路，分别与车载散热器模块的进出口对接，冷却水经过散热模块后，首先经过精过滤器和与其并联的去离子水柱，过滤后经过三通管路分流，分别通过上燃料电池电堆水泵、下燃料电池电堆水泵进入两个燃料电池电堆，冷却水为燃料电池电堆冷却降温后由循环水出口排出，经三通管路合流后，通过电控三通水阀重新回流至上燃料电池电堆水泵和下燃料电池电堆水泵，形成系统内冷却循环；当氢燃料电池电堆运行温度升高时，电控三通水阀关闭与上燃料电池电堆水泵、下燃料电池电堆水泵的连接通道，并开启与系统冷却循环水出水接口的连接通道，循环出上下氢燃料电池电堆的冷却水经由冷却循环水出水接口进入系统外的车载散热器进一步冷却后，由系统冷却循环水进水接口进入系统，并通过上燃料电池电堆水泵、下燃料电池电堆水泵增压后进入上下氢燃料电池电堆，形成系统外冷却循环；与电控三通水阀并联的加热器以及电控二通水阀可对水热控制模块进行加热，以适应本系统在低温环境下的运行要求；监测水热控制模块中温度及压力情况的传感器集成在水泵至氢燃料电池电堆的管路上；监测空气以及氢气供气模块中温度及压力情况的传感器集成在第一气体分配结构与第二气体分配结构上；水热控制模块中的温度及压力传感器可监测系统中循环水温度及压力的变化情况，温度信号反馈至系统控制器，并通过系统控制器控制电控三通水阀对系统外车载散热器接口的通断，以及加热器的开闭来调节双燃料电池电堆车用系统的运行温度，压力信号反馈至系统控制器，并通过系统控制器控制上燃料电池电堆水泵、下燃料电池电堆水泵的转速来调节水热控制模块的运行压力；空气以及氢气供气模块中的温度及压力传感器可监测系统中空气和氢气温度及压力的变化情况，空气管路中的压力信号值反馈至系统控制器，并通过系统控制器调节空气压缩机的转速以及节气门的开度来确保空气模块稳定的运行压力，温度信号值反馈至系统控制器，并通过系统控制器调节中冷器的冷却温度，进而调节空气进入氢燃料电池电堆的温度；氢气管路中的压力信号值反馈至系统控制器，并通过系统控制器调节上氢气比例阀、下氢气比例阀的压力值、上脉冲排氢阀、下脉冲排氢阀的开启频率、氢气循环泵的转速来调节氢气模块稳定的运行压力；空气以及氢气供气模块中设置有氢浓度传感器，当该模块中的氢气出现泄露时，氢浓度传感器会向系统控制器传输报警信号，系统控制器控制关闭氢气电磁阀，氢气停止进入系统，确保系统运行安全。