[发明专利]燃料电池系统

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，具体而言，涉及一种燃料电池系统。

背景技术

燃料电池是一种环保、高效、长寿命的发电装置。以质子交换膜燃料电池(PEMFC)为例，燃料气体从阳极侧进入，氢原子在阳极失去电子变成质子，质子穿过质子交换膜到达阴极，电子同时经由外部回路也到达阴极，在阴极质子、电子与氧气结合生成水。燃料电池采用非燃烧的方式将化学能转化为电能，由于不受卡诺循环的限制其直接发电效率可高达45％。以电池堆为核心发电装置，燃料电池系统集成了电源管理和热量管理等模块，具有热、电、水、气统筹管理的特征。燃料电池系统产品从固定式电站，到移动式电源；从电动汽车，到航天飞船；从军用装备，到民用产品，均有着广泛的应用空间。

通常燃料电池的气体供应由空气泵提供，空气泵的效率约为30～80％。在空气泵输送空气时，空气泵自身也会产生一部分的热量，约为泵输入功率的70～20％。同时，在燃料电池系统中，电源管理系统在工作时也会产生热能，约为输出电能的5～10％。这些产热部件产生的热量如果不及时转移出去会使产热部件的温度超过规定温度从而影响到性能及寿命。同时，如果可以有效利用这部分热量，还可以提高系统的效率。燃料电池作为供电电源使用时，产热效率约为70％～50％，热量一部分通过循环冷却介质带走，一部分通过尾气带走。循环冷却介质带走的热量通常为50～70％，尾气带走的热量通常为50～30％。

现有的技术调研发现，目前燃料电池的研究主要集中在如何实现燃料电池堆的有效冷却，没有形成高效的综合热管理优化系统，同时燃料电池堆、尾气以及燃料电池堆运行过程中电气等附件产生的热量未被有效利用，这会增加燃料电池的运行成本。

发明内容

本发明旨在提供一种提高燃料电池系统效率、降低燃料电池系统运行成本的燃料电池系统。

本发明提供了一种燃料电池系统，包括，燃料电池堆、电源管理系统和输送泵，燃料电池系统还包括燃料电池热管理系统，燃料电池热管理系统包括冷却系统；冷却系统采用串联或者串并联组合的方式冷却燃料电池堆、电源管理系统以及输送泵，其中，电源管理系统和输送泵沿冷却介质的流动方向设置在燃料电池堆的上游。

进一步地，燃料电池系统为不间断电源系统，冷却系统还包括散热器，散热器沿冷却介质的流动方向设置在燃料电池堆的下游。

进一步地，冷却系统采用串联的方式冷却燃料电池系统，输送泵、电源管理系统、燃料电池堆以及散热器沿冷却介质的流动方向依次设置。

进一步地，冷却系统采用串并联组合的方式冷却燃料电池系统，输送泵和电源管理系统并联设置，然后沿冷却介质的流动方向依次设置燃料电池堆和散热器。

进一步地，燃料电池系统为热电联供系统；燃料电池堆包括燃料电池堆本体和用于冷却燃料电池堆本体的燃料电池堆换热器；冷却系统还包括用于吸收尾气热量的尾气换热器。

进一步地，冷却系统采用串联的方式冷却燃料电池系统；输送泵、电源管理系统、燃料电池堆换热器沿冷却介质的流动方向依次串联设置；尾气换热器沿冷却系统的第一冷却管路的冷却介质的流动方向串联设置在燃料电池堆换热器的下游或者由冷却系统的第二冷却管路冷却，第一冷却管路与第二冷却管路并联。

进一步地，冷却系统采用串并联组合的方式冷却燃料电池系统；输送泵和电源管理系统并联设置，然后与燃料电池堆换热器沿冷却介质的流动方向串联设置；尾气换热器沿冷却系统的第一冷却管路的冷却介质的流动方向串联设置在燃料电池堆换热器的上游或者由冷却系统的第二冷却管路冷却，第一冷却管路与第二冷却管路并联。

进一步地，输送泵和电源管理系统采用外部缠绕冷却管路或者在产热部位安装冷却夹套的方式冷却。

根据本发明的燃料电池系统，通过燃料电池热管理系统对燃料电池产生的热量进行综合管理，电源管理系统和输送泵沿冷却介质的流动方向设置在燃料电池堆的上游，即冷却介质先冷却产热量小的部件，再冷却产热量大的部件，能够有效的减小冷却介质用量，提高热交换效率，使燃料电池系统各个部件有效散热，提高燃料电池系统效率、降低燃料电池系统运行成本。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明的燃料电池系统的第一实施例的结构示意图；

图2是根据本发明的燃料电池系统的第二实施例的结构示意图；

图3是根据本发明的燃料电池系统的第三实施例的结构示意图；以及