一种氢燃料电池热电联供设备的制作方法

本技术涉及氢电，特别是涉及一种氢燃料电池热电联供设备。

背景技术：

1、与传统的一次能源发电相比，以可再生能源发电技术为主的分布式发电技术具有高效性和环境友好性，已逐渐代替传统能源发电。但可再生能源随机波动性强，高比例新能源并网将导致发电波段大幅度增加，难以维持电力平衡。此外，大量分布式能源并网可能引起设备线路过载、功率失衡、电压超限等问题。氢能作为一种二次清洁能源，具有发电过程本身零排放、可跨能源网络互联和可大容量储能等特点，有望成为解决新能源大规模接入电网问题的有效方法。

2、因此，提出一种电热平衡、输出稳定的氢燃料电池热电联供设备。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种氢燃料电池热电联供设备，系统低温冷启动时通过ptc加热器给冷却液辅助加热，使冷却液尽快达到需求温度，缩短燃料电池系统冷启动时间，提高使用效率，输出稳定。

2、本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种氢燃料电池热电联供设备，包括内置部件和外壳，所述内置部件包括燃料电池电堆总成、控制器、dcdc变换单元、水热管理单元、氢气供给单元、空气供给单元、辅助设备和电气设备，所述燃料电池电堆总成包括燃料电池电堆、压力传感器和温度传感器，所述燃料电池电堆的一端设置有水泵，所述水泵的输出端设置有节温器和去离子器，所述水热管理单元包括连接在水泵一端的散热器总成、用于控制散热器总成的散热器总成风扇控制器、热交换器、膨胀水壶和ptc加热器，所述氢气供给单元包括与燃料电池电堆连接的氢气循环泵、用于控制氢气循环泵的氢循环泵控制器和氢浓度传感器，所述空气供给单元包括空气滤清器、空气压缩机和与空气压缩机配合的电子节气门。

3、通过采用上述技术方案，通过空气滤清器将空气中的杂质灰尘过滤掉，为燃料电池阴极供给纯净的空气，经过空气压缩机将空气增压，为燃料电池电堆提供适当压力的气体，使得燃料电池电堆的阴极侧的压力始终处于较为高效的区间，安装于空气供给系统的末端，空气供给系统中电子节气门可与空压机配合，为燃料电池堆提供合适压力的空气，通过燃料电池电堆将氢气直接转化为电能，水泵控制管路中冷却液经过散热器总成的流速进而控制散热强度，以保证燃料电池电堆产生的热量能够快速有效的散发出去，去离子器应用在燃料电池的冷却系统中，主要用于去除冷却液中的导电离子。在燃料电池电堆运行中，内部双极板上会产生电压，但同时要求此电压不会通过双极板中间的冷却液传递到整个冷却循环流道，因此要求冷却液不能导电，散热器总成将由水泵流动循环的冷却液热量经其自身结构配合内置散热风扇传递给环境，降低冷却液的温度，系统低温冷启动时通过ptc加热器给冷却液辅助加热，使冷却液尽快达到需求温度，缩短燃料电池系统冷启动时。

4、本实用新型进一步设置为：所述电气设备包括dc/dc转换器、进气电磁阀、电压巡检模块、安全阀和配电盒。

5、通过采用上述技术方案，dc/dc转换器将车身辅助电池电压和经过升压转换的燃料电池电堆电压转换成部分系统控制单元额定电压，用于启动系统和维持系统工作运行用电，进气电磁阀用于控制氢气输送至燃料电池电堆总成通过，并在系统关机或故障时气源的流通和截至，电压巡检模块用于监测和检测氢燃料电池电堆单电池的电压状态，以确保系统的正常运行和安全性，输入氢气压力大于设计压力时可以及时释放压力，通过安全阀的设置避免对燃料电池电堆造成损伤，配电盒内置绝缘检测模块和电力分配单元，通过其对系统整体做绝缘检测和系统如空压机和水泵等辅助用电器进行电力控制分配。

6、本实用新型进一步设置为：所述辅助设备包括保险盒。

7、通过采用上述技术方案，内置线路保险丝保护系统免受电流过载或短路等电气故障造成的损坏。

8、本实用新型进一步设置为：还包括燃料电池控制器。

9、通过采用上述技术方案，用于实现对氢燃料电池系统运行的管理控制，涉及各环节的管理、协调、监控和通信，以确保燃料电池系统可靠和高效的运行，包括氢气供给单元管理、空气供给单元管理，水热单元管理，电气管理，数据通信和故障诊断等。

10、本实用新型进一步设置为：所述水泵的输出端连接有节温器。

11、通过采用上述技术方案，用于改变冷却液的流通路径，当燃料电池系统冷启动温度低时，控制冷却液不经过散热器总成，确保燃料电池电堆温度迅速达到工作温度(小循环)，当电堆温度过高时控制冷却液流经散热器进而达到散热的作用(大循环)。

12、本实用新型进一步设置为：所述外壳顶部设置有冷却液加注口。

13、通过采用上述技术方案，用于补充或加注冷却液。

14、本实用新型进一步设置为：所述外壳的背面设置有热能输入输出接口、燃料电池系统空气排放口和燃料电池系统废氢排放口。

15、通过采用上述技术方案，热能输入输出接口，用于连接外部循环水路，通过系统内置热交换器将循环水加热，将热能传递至外部，用于车身固态储氢加热(固态储氢释放氢气会导致储氢罐温度降低，温度过低氢气释放流量将无法满足系统运行，故需要加热保持在正常工作温度范围)，或为外部其他设备提供热能，燃料电池系统空气排放口用于系统运行后空气和水气排放口，燃料电池系统废氢排放口用于排放燃料电池系统工作后的氢气、氮气等残余气体以及部分水蒸气。

16、综上所述，本实用新型具有以下有益效果：

17、1、通过空气滤清器将空气中的杂质灰尘过滤掉，为燃料电池阴极供给纯净的空气，经过空气压缩机将空气增压，为燃料电池电堆提供适当压力的气体，使得燃料电池电堆的阴极侧的压力始终处于较为高效的区间，安装于空气供给系统的末端，空气供给系统中电子节气门可与空压机配合，为燃料电池堆提供合适压力的空气；

18、2、系统低温冷启动时通过ptc加热器给冷却液辅助加热，使冷却液尽快达到需求温度，缩短燃料电池系统冷启动时间。

技术特征：

1.一种氢燃料电池热电联供设备，包括内置部件和外壳，所述内置部件包括燃料电池电堆(25)总成、控制器、dcdc变换单元、水热管理单元、氢气供给单元、空气供给单元、辅助设备和电气设备，其特征在于：所述燃料电池电堆总成包括燃料电池电堆(25)、压力传感器和温度传感器，所述燃料电池电堆(25)的一端设置有水泵(26)，所述水泵(26)的输出端设置有节温器(24)和去离子器(17)，所述水热管理单元包括连接在水泵(26)一端的散热器总成(14)、用于控制散热器总成(14)的散热器总成风扇控制器(8)、热交换器(7)、膨胀水壶(6)和ptc加热器(5)，所述氢气供给单元包括与燃料电池电堆(25)连接的氢气循环泵(11)、用于控制氢气循环泵(11)的氢循环泵控制器(10)和氢浓度传感器(9)，所述空气供给单元包括空气滤清器(13)、空气压缩机(15)和与空气压缩机(15)配合的电子节气门(18)。

2.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池热电联供设备，其特征在于：所述电气设备包括dc/dc转换器(21)、进气电磁阀(19)、电压巡检模块(22)、安全阀(20)和配电盒(12)。

3.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池热电联供设备，其特征在于：所述辅助设备包括保险盒(16)。

4.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池热电联供设备，其特征在于：还包括燃料电池控制器(23)。

5.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池热电联供设备，其特征在于：所述水泵(26)的输出端连接有节温器(24)。

6.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池热电联供设备，其特征在于：所述外壳顶部设置有冷却液加注口(1)。

7.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池热电联供设备，其特征在于：所述外壳的背面设置有热能输入输出接口(2)、燃料电池系统空气排放口(3)和燃料电池系统废氢排放口(4)。

技术总结本技术公开了一种氢燃料电池热电联供设备。其技术方案要点是：燃料电池电堆总成包括燃料电池电堆、压力传感器和温度传感器，燃料电池电堆的一端设置有水泵，水泵的输出端设置有节温器和去离子器，水热管理单元包括连接在水泵一端的散热器总成、用于控制散热器总成的散热器总成风扇控制器、热交换器、膨胀水壶和PTC加热器，氢气供给单元包括与燃料电池电堆连接的氢气循环泵、用于控制氢气循环泵的氢循环泵控制器和氢浓度传感器，空气供给单元包括空气滤清器、空气压缩机和与空气压缩机配合的电子节气门。本技术系统低温冷启动时通过PTC加热器给冷却液辅助加热，使冷却液尽快达到需求温度，缩短燃料电池系统冷启动时间，提高使用效率。技术研发人员：李武衡,徐乐建,吴浩,周科,汪宏斌,秦子威,陈卓受保护的技术使用者：畔星科技（浙江）有限公司技术研发日：20231115技术公布日：2024/7/29