本發(fā)明涉及燃料電池系統(tǒng)設計領域，尤其涉及一種燃料電池集成系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

燃料電池是將燃料具有的化學能直接變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電裝置。質(zhì)子交換膜燃料電池是燃料電池的一種，由于其啟動快，運行溫度低，在車輛、備用電源、應急電源等領域得到了廣泛的應用。

車用燃料電池系統(tǒng)，由于空間布置的限制，與其他應用場合相比，需要更高的系統(tǒng)集成度；與傳統(tǒng)發(fā)動機類似，車用燃料電池系統(tǒng)需要更高的系統(tǒng)防水防塵等級、抗振性能，以應對惡劣的使用環(huán)境。此外車用系統(tǒng)也要求保證氫氣的使用安全性。因此，在進行車用燃料電池系統(tǒng)設計時，需要考慮到這些因素，從而保證系統(tǒng)的安全性、可靠性和穩(wěn)定性。

燃料電池系統(tǒng)有氫氣路、空氣路和冷卻路，現(xiàn)有的車用燃料電池系統(tǒng)中，一般會將氫氣路、空氣路和冷卻路中的部分部件進行模塊化，以在減少其所需空間的同時，提高其安全性能。但這種燃料電池系統(tǒng)集成度太低，增加了系統(tǒng)的空間占用率，且管路集成所用的結(jié)構(gòu)設計復雜，增加了系統(tǒng)的成本和重量，存在氫氣泄露的風險，也增加了系統(tǒng)低溫啟動的難度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種燃料電池集成系統(tǒng)，以實現(xiàn)管路集成結(jié)構(gòu)設計的簡化，提高了系統(tǒng)集成度，降低了系統(tǒng)的成本和重量，增加了系統(tǒng)的安全性。

為了達到上述技術(shù)目的，本發(fā)明提供一種燃料電池集成系統(tǒng)，其包括電堆模塊總成、氫分配裝置、氧分配裝置、水分配裝置、控制裝置和外殼，所述電堆模塊總成、氫分配裝置、氧分配裝置、水分配裝置和控制裝置均集成于所述外殼中，所述控制裝置控制所述氫分配裝置、氧分配裝置和水分配裝置分別向所述電堆模塊總成輸送氫氣、空氣和冷卻水。

進一步的，所述供氫裝置、氧分配裝置和水分配裝置中的進分配管道均集成于進分配頭中，所述進分配頭設置于所述外殼的一側(cè)。

進一步的，所述氫分配裝置、氧分配裝置和水分配裝置中的出分配管道均集成于出分配頭中，所述出分配頭設置于所述外殼中與所述進分配頭相對的一側(cè)。

進一步的，所述燃料電池集成系統(tǒng)還包括壓力傳感器，所述壓力傳感器設置于所述外殼中，用于檢測所述氫分配裝置和水分配裝置中進分配管道的流體壓力，并將該壓力信息傳送給所述控制裝置。

進一步的，所述燃料電池集成系統(tǒng)還包括溫度傳感器，所述溫度傳感器設置于所述外殼中，用于檢測所述水分配裝置中進、出分配管道以及所述氧分配裝置中進分配管道的流體溫度，并將該溫度信息傳送給所述控制裝置。

進一步的，所述燃料電池集成系統(tǒng)還包括電磁閥，所述電磁閥設置于所述外殼中，并與所述控制裝置電信連接，所述電磁閥用于控制所述氫分配裝置中進分配管道的氫氣流量。

進一步的，所述燃料電池集成系統(tǒng)還包括氫濃度傳感器，所述氫濃度傳感器設置于所述外殼中，并與所述控制裝置電信連接。

進一步的，所述燃料電池集成系統(tǒng)還包括通風管路，所述通風管路的一端與外殼連接，并與所述外殼的內(nèi)部相通。

進一步的，所述燃料電池集成系統(tǒng)還包括高壓連接器，所述高壓連接器的一端通過銅排與所述電堆模塊總成連接，另一端與所需供電的設備連接。

進一步的，所述氫分配裝置、氧分配裝置和水分配裝置均位于所述電堆模塊總成的同一側(cè)，所述控制裝置位于所述電堆模塊總成的另一側(cè)。

進一步的，所述電堆模塊總成和所述外殼均為方形柱體結(jié)構(gòu)，其高度與長度均相匹配，所述外殼的寬度大于所述電堆模塊總成的寬度，在所述電堆模塊總成放入所述外殼后，所述外殼中在所述電堆模塊總成的寬度方向上位于所述電堆模塊總成相對的兩側(cè)具有兩個容置空間，所述氫分配裝置、氧分配裝置和水分配裝置均位于其中的一個容置空間中，所述控制裝置位于另一個容置空間中。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明提供的燃料電池集成系統(tǒng)通過將所有部件均設置在外殼中，為系統(tǒng)提供了較高的安全性，另一方面，為管道進行了更好的集成性設計，通過進、出分配頭實現(xiàn)了氫氣、空氣和冷卻水對電堆模塊總成的同時供給，同時減小了系統(tǒng)的空間占用率，具有更高的功率密度。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明：

圖1為本發(fā)明實施例提供的燃料電池集成系統(tǒng)的控制框圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的燃料電池集成系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的燃料電池集成系統(tǒng)的外部結(jié)構(gòu)示意圖。

在圖1至3中，

1：電堆模塊總成；2：控制裝置；3：外殼；4：進分配頭；5：出分配頭；6：壓力傳感器；7：溫度傳感器；8：電磁閥；9：氫濃度傳感器；10：通風管路；11：高壓連接器；12：銅排。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明提出的燃料電池集成系統(tǒng)作進一步詳細說明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準的比率，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。

本發(fā)明的核心思想在于，提供一種燃料電池集成系統(tǒng)，其通過將所有部件均設置在外殼中，為系統(tǒng)提供了較高的安全性，另一方面，為管道進行了更好的集成性設計，通過進、出分配頭實現(xiàn)了氫氣、空氣和冷卻水對電堆模塊總成的同時供給，同時減小了系統(tǒng)的空間占用率，具有更高的功率密度。

請參考圖1至3，圖1為本發(fā)明實施例提供的燃料電池集成系統(tǒng)的控制框圖；圖2為本發(fā)明實施例提供的燃料電池集成系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實施例提供的燃料電池集成系統(tǒng)的外部結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖1所示，本發(fā)明實施例提供一種燃料電池集成系統(tǒng)，其包括電堆模塊總成1、氫分配裝置、氧分配裝置、水分配裝置、控制裝置2和外殼3，所述電堆模塊總成1、氫分配裝置、氧分配裝置、水分配裝置和控制裝置2均集成于所述外殼3中，所述控制裝置2控制所述氫分配裝置、氧分配裝置和水分配裝置分別向所述電堆模塊總成1輸送氫氣、空氣和冷卻水。

進一步的，所述氫分配裝置、氧分配裝置和水分配裝置中的進分配管道均集成于進分配頭4中，所述進分配頭4設置于所述外殼3的一側(cè)。

進一步的，所述氫分配裝置、氧分配裝置和水分配裝置中的出分配管道均集成于出分配頭5中，所述出分配頭5設置于所述外殼3中與所述進分配頭4相對的一側(cè)。

在本實施例中，氫氣、空氣和冷卻水從進分配頭4中的3個不同的進分配管路進入電堆模塊總成1參與化學反應，反應后，剩余的氫氣、空氣和冷卻水再從出分配頭5中的三個不同的出分配管道流出電堆模塊總成1。

本發(fā)明實施例提供的燃料電池集成系統(tǒng)通過將所有部件均設置在外殼3中，為系統(tǒng)提供了較高的安全性，另一方面，為管道進行了更好的集成性設計，通過進、出分配頭4、5實現(xiàn)了氫氣、空氣和冷卻水對電堆模塊總成1的同時供給，同時減小了系統(tǒng)的空間占用率，具有更高的功率密度。

進一步的，所述燃料電池集成系統(tǒng)還包括壓力傳感器6，所述壓力傳感器6設置于所述外殼3中，用于檢測所述氫分配裝置和水分配裝置中進分配管道的流體壓力，并將該壓力信息傳送給所述控制裝置3?？刂蒲b置3將檢測到的壓力信息與希望輸出的值進行比較計算后，調(diào)節(jié)電堆模塊總成1的進氫量以及進水量，前者達到控制輸入氫氣壓力，以控制電堆模塊總成1輸出電流的目的，后者達到控制電堆模塊總成1內(nèi)部溫度的目的。

進一步的，所述燃料電池集成系統(tǒng)還包括溫度傳感器7，所述溫度傳感器7設置于所述外殼3中，用于檢測所述水分配裝置中進、出分配管道以及所述氧分配裝置中進分配管道的流體溫度，并將該溫度信息傳送給所述控制裝置2。控制裝置3將監(jiān)測到的溫度信息與希望輸出的值進行比較計算后，調(diào)節(jié)冷卻水及空氣的溫度，前者達到滿足系統(tǒng)散熱要求的目的，后者達到提高電堆模塊總成1中化學反應質(zhì)量的目的。

進一步的，所述燃料電池集成系統(tǒng)還包括電磁閥8，所述電磁閥8設置于所述外殼3中，并與所述控制裝置2電信連接，所述電磁閥8用于控制所述氫分配裝置中進分配管道的氫氣流量。所述電磁閥8根據(jù)控制裝置2的控制調(diào)節(jié)電堆模塊總成1的進氫量，以滿足電堆模塊總成1內(nèi)部的化學反應要求。

進一步的，所述燃料電池集成系統(tǒng)還包括氫濃度傳感器9，所述氫濃度傳感器9設置于所述外殼3中，并與所述控制裝置2電信連接。所述氫氣濃度傳感器9用于檢查外殼3內(nèi)電堆模塊總成1外是否有氫氣的泄露與聚集，一旦發(fā)現(xiàn)氫氣泄露量超過安全閾值，控制裝置2隨即進入緊急狀態(tài)，切斷供氫，降低電堆模塊總成1的工作功率，直至停機報警。

進一步的，所述燃料電池集成系統(tǒng)還包括通風管路10，所述通風管路10的一端與外殼3連接，并與所述外殼3的內(nèi)部相通。所述通風管路10的另一端可接入任意能夠送入新風的設備，用以稀釋外殼3內(nèi)的氫氣，防止氫氣聚集，保持系統(tǒng)內(nèi)部的空氣流通，提高系統(tǒng)的安全性。

進一步的，所述燃料電池集成系統(tǒng)還包括高壓連接器11，所述高壓連接器11的一端通過銅排12與所述電堆模塊總成1連接，另一端與所需供電的設備連接，以為需要供電的設備供電，在車用燃料電池系統(tǒng)領域中，該需要供電的設備一般為車用供電設備。

進一步的，所述氫分配裝置、氧分配裝置和水分配裝置均位于所述電堆模塊總成1的同一側(cè)，所述控制裝置2位于所述電堆模塊總成1的另一側(cè)，以簡化系統(tǒng)的集成化設計。

在本實施例中，所述電堆模塊總成1和所述外殼3均為方形柱體結(jié)構(gòu)，其高度與長度均相匹配，所述外殼3的寬度大于所述電堆模塊總成1的寬度，在所述電堆模塊總成1放入所述外殼3后，所述外殼3中在所述電堆模塊總成1的寬度方向上位于所述電堆模塊總成1相對的兩側(cè)具有兩個容置空間，所述氫分配裝置、氧分配裝置和水分配裝置均位于其中的一個容置空間中，所述控制裝置位于另一個容置空間中。該空間結(jié)構(gòu)的排布及設計使得燃料電池集成系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)得以簡化，并且其各部件與控制裝置2之間的用于連接線路布線也更為合理，大大減少了集成后電路電池系統(tǒng)的空間占用率。

顯然，本領域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些改動和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。