车用燃料电池系统和汽车技术方案

本实用新型专利技术公开了一种车用燃料电池系统和汽车，该车用燃料电池系统包括控制模块、电堆、空气供应模块、氢气供应模块和冷却模块，车用燃料电池系统还包括用于限制电堆在启停过程中产生的高电位的恒压负载，恒压负载设置于冷却模块中的冷却管路上，恒压负载分别与控制模块和电堆电连接。本实用新型专利技术利用恒压负载消减电堆的瞬时高压并消耗多余电能，同时还利用车用燃料电池系统原有的冷却模块带走恒压负载消耗电能产生的热量，不需要另外再辅设散热设备，因而既有效防止了汽车启停过程中出现的高电位现象，又能够及时散热而不额外占用空间。

【技术实现步骤摘要】
车用燃料电池系统和汽车
本技术涉及燃料电池领域，具体涉及一种车用燃料电池系统和汽车。
技术介绍
燃料电池是一种高效、环保的发电装置，具有功率密度高、能量转换效率高、噪音小等诸多优点。燃料电池由于具有良好的工作性能，是目前的开发热点，受到国内外广泛关注。对于车用燃料电池来说，由于每一次启停，电堆阴极都会形成一个较高的开路电压，该电压会对催化剂的载体—碳造成严重的腐蚀，因而造成电池性能的过快衰减，严重影响车用燃料电池的使用寿命。目前为了解决此类问题，行业主要从两方面着手，一是改进碳载体的材料，提高材料的抗腐蚀性能，该方法进展较慢，跟不上商用化的进程；二在电堆输出端并联一个较大的功率电阻以限制电位，由于功率电阻在消耗电能时会产生热量，为防止热量集中，一般会对应配给很大的散热装置，以防止功率电阻被烧毁。但是采用功率电阻加散热装置的方式需要占用较大空间，在实际应用中车架空间有限，因此该方法仍然不够理想。
技术实现思路
本技术的主要目的是提出一种车用燃料电池系统，旨在解决现有技术中采用功率电阻加散热装置限制高电位的方式需要占用较大空间的问题。为实现上述目的，本技术提出一种车用燃料电池系统，该车用燃料电池系统包括控制模块、电堆、空气供应模块、氢气供应模块和冷却模块，车用燃料电池系统还包括用于限制所述电堆在启停过程中产生的高电位的恒压负载，所述恒压负载设置于所述冷却模块中的冷却管路上，所述恒压负载分别与所述控制模块和所述电堆电连接。优选地，所述恒压负载包括通讯模块、信号处理器、数模转换器、驱动模块、负载模块、电压电流采样模块和模数转换器，所述通讯模块分别与所述控制模块和信号处理器连接，所述信号处理器的输出端与所述数模转换器的输入端连接，所述数模转换器的输出端与所述驱动模块的输入端连接，所述驱动模块的输出端与所述负载模块的信号输入端连接，所述负载模块的电压输入端与所述电堆连接，所述负载模块的输出端与所述电压电流采样模块的输入端连接，所述电压电流采样模块的输出端与所述模数转换器的输入端连接，所述模数转换器的输出端与所述信号处理器的输入端连接。优选地，所述负载模块由多个呈阵列布置的碳化硅MOS管构成。优选地，所述车用燃料电池系统还包括第一电控开关、第二电控开关和第三电控开关，所述第一电控开关的两端分别连接所述电堆和汽车负载，所述第二电控开关的两端分别连接所述电堆和所述恒压负载，所述第三电控开关的一端与所述电堆电连接，另一端与所述恒压负载和汽车负载电连接。优选地，所述冷却模块包括冷却水泵、电磁阀、电子节温器和散热器，所述冷却水泵的入口与所述电堆的冷却液出口连接，所述冷却水泵的出口通过冷却管路与电堆的冷却液入口连接；所述冷却水泵的出口还与所述电子节温器的入口连接，所述电子节温器的两个出口分别连接所述散热器和所述电堆的冷却液入口，所述散热器的出口与所述电堆的冷却液入口连接；所述电磁阀和恒压负载依次设置于所述冷却水泵的出口与所述电堆的冷却液入口之间的冷却管路上。优选地，所述冷却模块还包括与所述冷却管路并联设置的加热管路，所述加热管路的两端分别与所述冷却水泵的出口和电堆的冷却液入口连通，所述加热管路上设有加热器和去离子罐。优选地，所述恒压负载通过热交换器与所述冷却管路连接，所述热交换器采用铝合金材料制成。优选地，所述空气供应模块包括空气压缩机、中冷器和背压阀，所述空气压缩机与所述中冷器、所述电堆的空气入口依次连接，所述背压阀与所述电堆的空气出口连接。优选地，所述氢气供应模块包括氢气喷射器、氢气泵和排气阀，所述氢气喷射器与所述电堆的氢气入口连接，所述氢气泵的入口和出口分别与所述电堆的氢气出口和氢气入口连接，所述排气阀与所述电堆的氢气出口连接。本技术还提出一种汽车，该汽车包括如上任意一项所述的车用燃料电池系统。本技术利用恒压负载限制电堆启停过程中出现的高电位，同时还利用车用燃料电池系统原有的冷却模块带走恒压负载消耗电能产生的热量，不需要另外再辅设散热设备，因而既有效防止了汽车启停过程中出现的高电位现象，又能够及时散热而不额外占用空间。附图说明图1为本技术一实施例中车用燃料电池系统的结构示意图；图2为本技术又一实施例中车用燃料电池系统的恒压负载与电堆的结构示意图；图3为本技术又一实施例中车用燃料电池系统的恒压负载和控制模块、电堆的功能模块图；图4为本技术又一实施例中车用燃料电池系统在常温环境下的启动流程图。具体实施方式下面将详细描述本技术的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同标号表示相同的元件或具有相同功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制，基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。如图1和图2所示，本技术提出一种车用燃料电池系统，在一实施方式中，该车用燃料电池系统包括控制模块100、电堆200、空气供应模块300、氢气供应模块400和冷却模块500，车用燃料电池系统还包括用于限制电堆100在启停过程中产生的高电位的恒压负载600，恒压负载600设置于冷却模块500中的冷却管路上，恒压负载600分别与控制模块100和电堆200电连接。本实施例的车用燃料电池指的是氢燃料电池，其中，电堆200是燃料电池的核心部件，由多个单体电池以串联方式层叠组合而成，单体电池由两双极板、两催化层、质子交换膜和两碳纸组成。双极板起流体分配以及固定作用，两双极板上分别具有氢气导流通道和空气导流通道，以分别通入所需的氢气和空气(需要空气中的氧气)。两催化层是由催化剂和催化剂载体构成的薄层，分别用于催化电池阴阳两电极上的电化学反应。质子交换膜位于两催化层之间，用于传导氢离子通过、隔离反应气体。碳纸位于催化层与双极板之间，主要起到传导质子、导电、传热和导水的作用。实际上，层叠的单体电池外还包裹有一层封装层，以将上述部件全部包裹并固定，冷却模块500则用于向封装层内输入冷却液，以将电堆200内温度维持在一定区间，该封装层上(即电堆200上)对应设有冷却液入口和冷却液出口。电堆200工作时，氢气供应模块400和空气供应模块300分别将氢气和含氧空气送入氢气导流通道和空气导流通道中，通过与催化层接触进行电化学反应，阳极反应产生的电子通过外电路到达阴极，则在外电路上形成电流。控制模块100用于监测及控制氢气供应模块400、空气供应模块300、冷却模块500和恒压负载系统，以及其他辅助设备。本实施例中，车用燃料电池还包括恒压负载600，恒压负载600可自动调整工作电流，使电堆200的最高电压保持在设定的恒压值范围内。该恒压负载600与控制模块100通讯连接，且与电堆200电连接，控制模块100可根据电堆200的实时电压，对应地向恒压负载600发送控制指令以限定恒压负载600的恒压值，使得电堆200的电压保持在设本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种车用燃料电池系统，包括控制模块、电堆、空气供应模块、氢气供应模块和冷却模块，其特征在于，所述车用燃料电池系统还包括用于限制所述电堆在启停过程中产生的高电位的恒压负载，所述恒压负载设置于所述冷却模块的冷却管路上，所述恒压负载分别与所述控制模块和所述电堆电连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种车用燃料电池系统，包括控制模块、电堆、空气供应模块、氢气供应模块和冷却模块，其特征在于，所述车用燃料电池系统还包括用于限制所述电堆在启停过程中产生的高电位的恒压负载，所述恒压负载设置于所述冷却模块的冷却管路上，所述恒压负载分别与所述控制模块和所述电堆电连接。


2.根据权利要求1所述的车用燃料电池系统，其特征在于，所述恒压负载包括通讯模块、信号处理器、数模转换器、驱动模块、负载模块、电压电流采样模块和模数转换器，所述通讯模块分别与所述控制模块和信号处理器连接，所述信号处理器的输出端与所述数模转换器的输入端连接，所述数模转换器的输出端与所述驱动模块的输入端连接，所述驱动模块的输出端与所述负载模块的信号输入端连接，所述负载模块的电压输入端与所述电堆连接，所述负载模块的输出端与所述电压电流采样模块的输入端连接，所述电压电流采样模块的输出端与所述模数转换器的输入端连接，所述模数转换器的输出端与所述信号处理器的输入端连接。


3.根据权利要求2所述的车用燃料电池系统，其特征在于，所述负载模块由多个呈阵列布置的碳化硅MOS管构成。


4.根据权利要求1所述的车用燃料电池系统，其特征在于，还包括第一电控开关、第二电控开关和第三电控开关，所述第一电控开关的两端分别连接所述电堆和汽车负载，所述第二电控开关的两端分别连接所述电堆和所述恒压负载，所述第三电控开关的一端与所述电堆电连接，另一端与所述恒压负载和汽车负载电连接。


5.根据权利要求1所述的车用燃料电池系统，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：匡金俊，彭旭，彭晖，郭玉平，
申请(专利权)人：深圳国氢新能源科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东;44