[实用新型]车用燃料电池的空气系统和车用燃料电池

说明书

本发明提供了车用燃料电池的空气系统和车辆燃料电池，所述空气系统包括空压机、电机、涡轮器和空空中冷器；其中，所述电机的输出轴一端与所述空压机连接以及另一端与所述涡轮器连接；所述空空中冷器的第一进气口与所述空压机的出气口连通和所述空空中冷器的第一出气口用于与电堆的空气进堆口连通以向电堆提供冷却后的压缩空气；所述空空中冷器的第二进气口用于与电堆的空气出堆口连通和所述空空中冷器的第二出气口与所述涡轮器连通。本发明的空气系统零部件少，能耗低，可以改善燃料电池的效率。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，特别涉及车用燃料电池的空气系统和车用燃料电池。

背景技术

燃料电池系统逐步趋向低功耗、降成本方向发展，较好的利用余热和减少零部件是降功耗、降成本的有效方式之一。燃料电池的空气系统的主要功能是给燃料电池电堆提供具有给定压力、温度和湿度的空气，进而提供足够的氧气进行电化学反应。空气系统通常包括压缩机、水冷式中冷器和加湿器。压缩机的功能是将空气压缩至给定的压力，以符合燃料电池电堆反应所需要的压力。经过压缩后的空气一般温度都会比较高，需要经过水冷式中冷器冷却，冷却控制的温度由电堆所需决定，通常在50～80℃之间。同时，电堆反应对空气的湿度也有要求，一般在相对湿度RH70％～90％，由此需要另一个零部件——加湿器。加湿器所需要的水通常从电堆的空气出堆口的空气引入，以便利用电堆中H₂和O₂反应所产生的水。

燃料电池的空气系统的空压泵消耗功率大约占输出功率的20-30％，是燃料电池的辅助系统中的耗能大户。提高空压机效率可以改善整个燃料电池系统的效率。

发明内容

鉴于此，本发明的目的是针对现有技术中存在的技术问题，提供车用燃料电池的空气系统和车辆燃料电池，本发明的空气系统零部件少，能耗低，可以改善燃料电池的效率。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一方面，本发明提供了车用燃料电池的空气系统，其中，所述空气系统包括空压机、电机、涡轮器和空空中冷器；其中，所述电机的输出轴一端与所述空压机连接以及另一端与所述涡轮器连接；所述空空中冷器的第一进气口与所述空压机的出气口连通和所述空空中冷器的第一出气口用于与电堆的空气进堆口连通以向电堆提供冷却后的压缩空气；所述空空中冷器的第二进气口用于与电堆的空气出堆口连通和所述空空中冷器的第二出气口与所述涡轮器连通。

进一步地，所述空压机是一级离心空压机。

进一步地，所述空气系统还包括辅助中冷器，所述辅助中冷器的空气进口与所述空空中冷器的第一出气口连通，所述辅助中冷器的空气出口与电堆的空气进堆口连通。

进一步地，所述空气系统还包括可变喷嘴涡轮增压器，所述可变喷嘴涡轮增压器的进气口与所述空空中冷器的第二出气口连通，所述可变喷嘴涡轮增压器的出气口与所述涡轮器连通。

进一步地，所述空空中冷器设有排水口。

另一方面，本发明还提供了车辆燃料电池，其中，所述车用燃料电池包括电堆和所述空气系统，所述电堆的空气进堆口与空空中冷器的第一出气口连通，所述电堆的空气出堆口与所述空空中冷器的第二进气口连通。

本发明具有以下优势：

(1)本发明的空气系统中，将空空中冷器与空压机相结合，利用空压机的出气口的压缩空气与电堆的空气出堆口的排气的温差对进入电堆的压缩空气在空空中冷器中进行冷却(热量交换)，提高了排气能量的利用率，可以减少用于冷却压缩空气的中冷器的规格，甚至不设置额外中冷器就可将压缩空气冷却至目标温度，不仅提高了压缩空气的密度，提高了进入燃烧电池电堆内的进气流量，进而提高了发电效率，同时还缩小或减少了空气系统的零部件，降低了燃料电池向的能耗，成本低。

(2)本发明中可以采用一级离心空压机，不仅保证进入电堆的压缩空气的压力，而且结构简单，可靠性高，简单易行。