一种不依赖于空气源的燃料电池动力系统技术方案

本发明专利技术公开了一种不依赖于空气源的燃料电池动力系统，包括密闭箱体，密闭箱体内设有燃料电池堆

【技术实现步骤摘要】
一种不依赖于空气源的燃料电池动力系统


[0001]本专利技术属于能量利用领域，更具体地，涉及一种不依赖于空气源的燃料电池动力系统
。

技术介绍

[0002]常规动力系统对空气依赖度大，需配备独立输出压缩空气及空气滤清的辅助装置，且必须与外部环境进行持续空气交换
。
而水下潜航器和高空无人机动力系统与外部环境不存在或进行少量气体交换，其动力系统的驱动对开发不依赖于空气源的动力系统提出了更高要求
。
[0003]因此，有必要提供一种不依赖空气源的燃料电池动力系统
。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种不依赖于空气源的燃料电池动力系统，无需获取外部空间空气中氧气的情况下能够长时间地提供动力
。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种不依赖于空气源的燃料电池动力系统，包括密闭箱体，密闭箱体内设有燃料电池堆
、
供气装置和电力装置，密闭箱体上设有氢气排气口
、
氧气排气口以及对外电源接口；
[0006]所述供气装置包括氢气供给单元和氧气供给单元，所述氢气供给单元和氧气供给单元均包括外接气源供气和内部气瓶供气两种供气模式；
[0007]所述氢气供给单元包括氢气进气口
、
内置氢气气瓶和第一电磁阀，氢气进气口设置在密闭箱体上，来自外接氢气源的氢气接入氢气进气口，氢气进气口和氢气气瓶处均设有用于控制进气模式切换的第二电磁阀，第一电磁阀用于氢气供给单元的供气通断；所述燃料电池堆的阳极气体出口处设有氢气缓冲罐，其第一出口通过第十电磁阀与燃料电池堆的阳极气体入口相连，其第二出口通过第三电磁阀与氢气排气口相连，其第三出口通过第四电磁阀与阳极回收水箱相连；
[0008]所述氧气供给单元包括氧气进气口
、
内置氧气气瓶和第五电磁阀，氧气进气口设置在密闭箱体上，来自外接氧气源的氧气接入氧气进气口，氧气进气口和氧气气瓶处均设有用于控制进气模式切换的第六电磁阀，第五电磁阀用于氧气供给单元的供气通断；所述燃料电池堆的阴极气体出口处设有氧气缓冲罐，其第一出口通过第十一电磁阀与燃料电池堆的阴极气体入口相连，其第二出口通过第七电磁阀与氧气排气口相连，其第三出口通过第八电磁阀与阴极回收水箱相连；
[0009]所述电力装置包括蓄电池和
DC/DC
变换器，所述
DC/DC
变换器用于将燃料电池堆输出的电压进行转换输出给蓄电池，所述蓄电池通过对外电源接口向外部负载持续供电，并为供气装置中的所有电磁阀提供电力支持
。
[0010]在其中一个实施例中，所述密闭箱体内还设有：
[0011]安全保护装置，包括氮气气瓶和第九电磁阀，氮气气瓶经过第九电磁阀与燃料电
池堆的阳极气体入口相连，用于启停时向燃料电池堆通入氮气以去除燃料电池堆中的气体，保证燃料电池堆稳定运行
。
[0012]在其中一个实施例中，第一电磁阀
、
设置在氢气气瓶处的第二电磁阀
、
第五电磁阀
、
设置在氧气气瓶处的第六电磁阀和第八电磁阀均采用常开式电磁阀，设置在氢气进气口处的第二电磁阀
、
第三电磁阀
、
第四电磁阀
、
设置在氧气进气口处的第六电磁阀
、
第七电磁阀
、
第九电磁阀
、
第十电磁阀和第十一电磁阀均采用常闭式电磁阀
。
[0013]在其中一个实施例中，所述密闭箱体内还设有：
[0014]热管理装置，包括换热水箱
、
换热器和循环水泵，用于向燃料电池堆供给冷却液而调节所述燃料电池堆的温度
。
[0015]在其中一个实施例中，所述冷却液为存放在所述换热水箱中的低温去离子水
。
[0016]在其中一个实施例中，所述密闭箱体内还设有监控装置，所述监控装置包括第一压力传感器
、
第一流量计
、
第二压力传感器
、
第二流量计
、
第三压力传感器和第四压力传感器；
[0017]所述第一压力传感器和第一流量计设置在第一电磁阀与燃料电池堆的阳极气体入口之间，分别用于测量氢气的压力和流量；所述第二压力传感器和第二流量计设置在第五电磁阀与燃料电池堆的阴极气体入口之间，分别用于测量氧气的压力和流量；所述第三压力传感器设置在燃料电池堆的阳极气体出口与氢气缓冲罐之间，用于测量所述燃料电池堆的阳极气体出口压力；所述第四压力传感器设置在燃料电池堆的阴极气体出口与氧气缓冲罐之间，用于测量所述燃料电池堆的阴极气体出口压力
。
[0018]在其中一个实施例中，所述燃料电池动力系统还包括：
[0019]单片电压巡检仪，用于检测燃料电池堆中各单体电池的电压；
[0020]单片温度巡检仪，用于检测燃料电池堆中各单体电池的温度；
[0021]控制器，用于接收并根据燃料电池堆中各单体电池的电压，判断其是否大于安全运行电压，若是，则判定状态正常，若否，则启动保护机制：利用缓冲罐替代供气气瓶为燃料电池堆供气；当氢气进气压力和氧气进气压力任一项小于最低进气时，重新利用供气气瓶为燃料电池堆供气，并通过压差将燃料电池堆中的水带出
。
[0022]在其中一个实施例中，所述燃料电池动力系统用于水下潜航器
、
潜艇或高空无人机用电场景
。
[0023]在其中一个实施例中，所述密闭箱体上还设有舱内释压排气口
。
[0024]在其中一个实施例中，所述密闭箱体的底部设有脚轮
。
[0025]本专利技术提供的不依赖于空气源的燃料电池动力系统，具有如下效果：
(1)
集成了内部氢氧气瓶，可实现不依托外部环境空气独立供电，同时设置外接气源接口，可实现持续不停机供电，实现稳定电源供应；
(2)
内部设置安全保护装置，可提高系统的安全性；
(3)
燃料电池堆的反应产物通过内部缓冲罐
、
回收水箱可实现完全回收；
(4)
所提供的动力系统结构简单，便于操作，系统可靠，电源系统更加便携可靠
。
附图说明
[0026]图1是本专利技术一实施例提供的不依赖于空气源的燃料电池动力系统的结构示意图
。
[0027]附图标记说明：1‑
燃料电池堆，2‑
对外电源接口，3‑
DC/DC
变换器，4‑
氢气排气口，5‑
阳极回收水箱，6‑
氢气进气口，7‑
氢气缓冲罐，8‑
氮气气瓶，9‑
氢气气瓶，
10
‑
阴极回收水箱，
11
‑
氧气缓冲罐，
12
‑
氧气进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种不依赖于空气源的燃料电池动力系统，其特征在于，包括密闭箱体，密闭箱体内设有燃料电池堆
、
供气装置和电力装置，密闭箱体上设有氢气排气口
、
氧气排气口以及对外电源接口；所述供气装置包括氢气供给单元和氧气供给单元，所述氢气供给单元和氧气供给单元均包括外接气源供气和内部气瓶供气两种供气模式；所述氢气供给单元包括氢气进气口
、
内置氢气气瓶和第一电磁阀，氢气进气口设置在密闭箱体上，来自外接氢气源的氢气接入氢气进气口，氢气进气口和氢气气瓶处均设有用于控制进气模式切换的第二电磁阀，第一电磁阀用于氢气供给单元的供气通断；所述燃料电池堆的阳极气体出口处设有氢气缓冲罐，其第一出口通过第十电磁阀与燃料电池堆的阳极气体入口相连，其第二出口通过第三电磁阀与氢气排气口相连，其第三出口通过第四电磁阀与阳极回收水箱相连；所述氧气供给单元包括氧气进气口
、
内置氧气气瓶和第五电磁阀，氧气进气口设置在密闭箱体上，来自外接氧气源的氧气接入氧气进气口，氧气进气口和氧气气瓶处均设有用于控制进气模式切换的第六电磁阀，第五电磁阀用于氧气供给单元的供气通断；所述燃料电池堆的阴极气体出口处设有氧气缓冲罐，其第一出口通过第十一电磁阀与燃料电池堆的阴极气体入口相连，其第二出口通过第七电磁阀与氧气排气口相连，其第三出口通过第八电磁阀与阴极回收水箱相连；所述电力装置包括蓄电池和
DC/DC
变换器，所述
DC/DC
变换器用于将燃料电池堆输出的电压进行转换输出给蓄电池，所述蓄电池通过对外电源接口向外部负载持续供电，并为供气装置中的所有电磁阀提供电力支持
。2.
根据权利要求1所述的不依赖于空气源的燃料电池动力系统，其特征在于，所述密闭箱体内还设有：安全保护装置，包括氮气气瓶和第九电磁阀，氮气气瓶经过第九电磁阀与燃料电池堆的阳极气体入口相连，用于启停时向燃料电池堆通入氮气以去除燃料电池堆中的气体，保证燃料电池堆稳定运行
。3.
根据权利要求2所述的不依赖于空气源的燃料电池动力系统，其特征在于，第一电磁阀
、
设置在氢气气瓶处的第二电磁阀
、
第五电磁阀
、
设置在氧气气瓶处的第六电磁阀和第八电磁阀均采用常开式电磁阀，设置在氢气进气口处的第二电磁阀
、
第三电磁阀
、
第四电磁阀
、
设置在氧气进气口处的第六电磁阀
、
第七电磁阀...

【专利技术属性】
技术研发人员：涂正凯，范丽欣，刘洋，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：