專利名稱：燃料電池轎車發(fā)動機的安裝結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及燃料電池，尤其涉及燃料電池轎車發(fā)動機的安裝結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
電化學(xué)燃料電池是一種能夠?qū)浼把趸瘎┺D(zhuǎn)化成電能及反應(yīng)產(chǎn)物的裝置。該裝置的內(nèi)部核心部件是膜電極(Membrane Electrode Assembly，簡稱MEA)，膜電極(MEA)由一張質(zhì)子交換膜、膜兩面夾兩張多孔性的可導(dǎo)電的材料，如碳紙組成。在膜與碳紙的兩邊界面上含有均勻細(xì)小分散的引發(fā)電化學(xué)反應(yīng)的催化劑，如金屬鉑催化劑。膜電極兩邊可用導(dǎo)電物體將發(fā)生電化學(xué)發(fā)應(yīng)過程中生成的電子，通過外電路引出，構(gòu)成電流回路。
在膜電極的陽極端，燃料可以通過滲透穿過多孔性擴散材料(碳紙)，并在催化劑表面上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，失去電子，形成正離子，正離子可通過遷移穿過質(zhì)子交換膜，到達(dá)膜電極的另一端陰極端。在膜電極的陰極端，含有氧化劑(如氧氣)的氣體，如空氣，通過滲透穿過多孔性擴散材料(碳紙)，并在催化劑表面上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)得到電子，形成負(fù)離子。在陰極端形成的陰離子與陽極端遷移過來的正離子發(fā)生反應(yīng)，形成反應(yīng)產(chǎn)物。
在采用氫氣為燃料，含有氧氣的空氣為氧化劑(或純氧為氧化劑)的質(zhì)子交換膜燃料電池中，燃料氫氣在陽極區(qū)的催化電化學(xué)反應(yīng)就產(chǎn)生了氫正離子(或叫質(zhì)子)。質(zhì)子交換膜幫助氫正離子從陽極區(qū)遷移到陰極區(qū)。除此之外，質(zhì)子交換膜將含氫氣燃料的氣流與含氧的氣流分隔開來，使它們不會相互混合而產(chǎn)生爆發(fā)式反應(yīng)。
在陰極區(qū)，氧氣在催化劑表面上得到電子，形成負(fù)離子，并與陽極區(qū)遷移過來的氫正離子反應(yīng)，生成反應(yīng)產(chǎn)物水。在采用氫氣、空氣(氧氣)的質(zhì)子交換膜燃料電池中，陽極反應(yīng)與陰極反應(yīng)可以用以下方程式表達(dá)陽極反應(yīng)
陰極反應(yīng)在典型的質(zhì)子交換膜燃料電池中，膜電極(MEA)一般均放在兩塊導(dǎo)電的極板中間，每塊導(dǎo)流極板與膜電極接觸的表面通過壓鑄、沖壓或機械銑刻，形成至少一條以上的導(dǎo)流槽。這些導(dǎo)流極板可以是金屬材料的極板，也可以是石墨材料的極板。這些導(dǎo)流極板上的流體孔道與導(dǎo)流槽分別將燃料和氧化劑導(dǎo)入膜電極兩邊的陽極區(qū)與陰極區(qū)。在一個質(zhì)子交換膜燃料電池單電池的構(gòu)造中，只存在一個膜電極，膜電極兩邊分別是陽極燃料的導(dǎo)流板與陰極氧化劑的導(dǎo)流板。這些導(dǎo)流板既作為電流集流板，也作為膜電極兩邊的機械支撐，導(dǎo)流板上的導(dǎo)流槽又作為燃料與氧化劑進(jìn)入陽極、陰極表面的通道，并作為帶走燃料電池運行過程中生成的水的通道。
為了增大整個質(zhì)子交換膜燃料電池的總功率，兩個或兩個以上的單電池通?？赏ㄟ^直疊的方式串聯(lián)成電池組或通過平鋪的方式聯(lián)成電池組。在直疊、串聯(lián)式的電池組中，一塊極板的兩面都可以有導(dǎo)流槽，其中一面可以作為一個膜電極的陽極導(dǎo)流面，而另一面又可作為另一個相鄰膜電極的陰極導(dǎo)流面，這種極板叫做雙極板。一連串的單電池通過一定方式連在一起而組成一個電池組。電池組通常通過前端板、后端板及拉桿緊固在一起成為一體。
一個典型電池組通常包括(1)燃料及氧化劑氣體的導(dǎo)流進(jìn)口和導(dǎo)流通道，將燃料(如氫氣、甲醇或甲醇、天然氣、汽油經(jīng)重整后得到的富氫氣體)和氧化劑(主要是氧氣或空氣)均勻地分布到各個陽極、陰極面的導(dǎo)流槽中；(2)冷卻流體(如水)的進(jìn)出口與導(dǎo)流通道，將冷卻流體均勻分布到各個電池組內(nèi)冷卻通道中，將燃料電池內(nèi)氫、氧電化學(xué)放熱反應(yīng)生成的熱吸收并帶出電池組進(jìn)行散熱；(3)燃料與氧化劑氣體的出口與相應(yīng)的導(dǎo)流通道，燃料氣體與氧化劑氣體在排出時，可攜帶出燃料電池中生成的液、汽態(tài)的水。通常，將所有燃料、氧化劑、冷卻流體的進(jìn)出口都開在燃料電池組的一個端板上或兩個端板上。
燃料電池轎車發(fā)動機主要由燃料電池堆及其支持燃料電池堆的輔助運行系統(tǒng)構(gòu)成。輔助運行支持系統(tǒng)主要由以下四個子系統(tǒng)構(gòu)成(1)空氣輸送子系統(tǒng)；(2)氫氣罐及氫氣輸送子系統(tǒng)；
(3)散熱器、水泵等冷卻與散熱子系統(tǒng)；(4)電流輸出與自動控制子系統(tǒng)。
根據(jù)燃料電池轎車現(xiàn)有可利用的空間，有三種利用情況第一種是利用轎車前艙可利用空間來安裝燃料電池發(fā)動機；第二種是利用轎車底盤平鋪空間來安裝燃料電池發(fā)動機；第三種是利用轎車后艙可利用空間來安裝燃料電池發(fā)動機。
在實際情況下，這三種空間的利用都比較困難，對燃料電池的設(shè)計、安裝都帶來了很大的不便。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足而提供一種可充分利用轎車現(xiàn)有空間、裝拆方便的燃料電池轎車發(fā)動機的安裝結(jié)構(gòu)。
本實用新型的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)燃料電池轎車發(fā)動機的安裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，該結(jié)構(gòu)由燃料電池堆、支持該燃料電池堆正常運行的輔助運行支持系統(tǒng)構(gòu)成，所述的燃料電池堆與支持其正常運行的輔助運行支持系統(tǒng)中的某個子系統(tǒng)一體化集中安裝，其余子系統(tǒng)根據(jù)轎車的可使用空間松散型安裝。
所述的輔助運行支持系統(tǒng)由以下四個子系統(tǒng)構(gòu)成(1)空氣輸送子系統(tǒng)，(2)氫氣罐及氫氣輸送子系統(tǒng)，(3)包括散熱器、水泵及水箱的冷卻與散熱子系統(tǒng)，(4)電流輸出與自動控制子系統(tǒng)。
所述的燃料電池堆與空氣輸送子系統(tǒng)一體化集中安裝，其余子系統(tǒng)松散型安裝。
所述的燃料電池堆與空氣輸送子系統(tǒng)一體化集中安裝于轎車底盤上，氫氣罐及氫氣輸送子系統(tǒng)安裝于轎車后艙，包括散熱器、水泵及水箱的冷卻與散熱子系統(tǒng)安裝于轎車前艙。
所述的燃料電池堆與空氣輸送子系統(tǒng)一體化集中安裝于轎車后艙，氫氣罐及氫氣輸送子系統(tǒng)安裝于轎車底盤上，包括散熱器、水泵及水箱的冷卻與散熱子系統(tǒng)安裝于轎車前艙。
所述的燃料電池堆安裝于轎車底盤上，空氣輸送子系統(tǒng)和氫氣罐及氫氣輸送子系統(tǒng)安裝于轎車后艙，包括散熱器、水泵及水箱的冷卻與散熱子系統(tǒng)安裝于轎車前艙。
所述的燃料電池堆安裝于前艙，空氣輸送子系統(tǒng)和包括散熱器、水泵及水箱的冷卻與散熱子系統(tǒng)安裝于轎車底盤上，氫氣罐及氫氣輸送子系統(tǒng)安裝于轎車后艙。
所述的電流輸出與自動控制子系統(tǒng)穿設(shè)于其余子系統(tǒng)之間。
如果單獨利用前艙、單獨利用后艙或單獨利用底盤空間，則燃料電池必須進(jìn)行一體化設(shè)計安裝，空間非常局促，設(shè)計安裝起來非常困難。
本實用新型優(yōu)點在于，燃料電池堆與部分零部件一體化集中安裝，而其它部分零部件松散在轎車前艙、后艙或底盤空間安裝，這樣不僅可以充分利用轎車現(xiàn)有空間，而且能極大提高安裝、拆卸燃料電池發(fā)動機的效率，降低燃料電池發(fā)動機設(shè)計、安裝與拆卸的難度與維修成本。


圖1為本實用新型實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實用新型實施例3的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實用新型實施例4的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
實施例1如圖1所示，一種50千瓦燃料電池轎車發(fā)動機的安裝結(jié)構(gòu)，其中，燃料電池堆2與空氣鼓風(fēng)機等空氣輸送子系統(tǒng)3在轎車底盤上安裝，水泵4、散熱器6、水箱5等冷卻與散熱子系統(tǒng)在轎車前艙安裝，氫氣罐1及氫氣輸送子系統(tǒng)在轎車后艙或底盤上安裝。
實施例2如圖2所示，一種50千瓦燃料電池轎車發(fā)動機的安裝結(jié)構(gòu)，其中，燃料電池堆2在轎車底盤上安裝，水泵4、散熱器6、水箱5等冷卻與散熱子系統(tǒng)在轎車前艙安裝，空氣鼓風(fēng)機等空氣輸送子系統(tǒng)3與氫氣罐1及氫氣輸送子系統(tǒng)在轎車后艙或底盤上安裝。
實施例3
如圖3所示，一種50千瓦燃料電池轎車發(fā)動機的安裝結(jié)構(gòu)，其中，氫氣罐1及氫氣輸送子系統(tǒng)在轎車底盤上安裝，燃料電池堆2與空氣輸送子系統(tǒng)在轎車后艙安裝，水泵4、散熱器6、水箱5等冷卻與散熱子系統(tǒng)在轎車前艙安裝。
實施例4如圖4所示，一種50千瓦燃料電池轎車發(fā)動機的安裝結(jié)構(gòu)，其中，空氣鼓風(fēng)機等空氣輸送子系統(tǒng)3及水泵4、散熱器6、水箱5等冷卻與散熱子系統(tǒng)在轎車底盤上安裝，燃料電池堆2在轎車前艙上安裝，氫氣罐1及氫氣輸送子系統(tǒng)在轎車后艙安裝。
權(quán)利要求1.燃料電池轎車發(fā)動機的安裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，該結(jié)構(gòu)由燃料電池堆、支持該燃料電池堆正常運行的輔助運行支持系統(tǒng)構(gòu)成，所述的燃料電池堆與支持其正常運行的輔助運行支持系統(tǒng)中的某個子系統(tǒng)一體化集中安裝，其余子系統(tǒng)根據(jù)轎車的可使用空間松散型安裝。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池轎車發(fā)動機的安裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的輔助運行支持系統(tǒng)由以下四個子系統(tǒng)構(gòu)成(1)空氣輸送子系統(tǒng)，(2)氫氣罐及氫氣輸送子系統(tǒng)，(3)包括散熱器、水泵及水箱的冷卻與散熱子系統(tǒng)，(4)電流輸出與自動控制子系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料電池轎車發(fā)動機的安裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的燃料電池堆與空氣輸送子系統(tǒng)一體化集中安裝，其余子系統(tǒng)松散型安裝。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃料電池轎車發(fā)動機的安裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的燃料電池堆與空氣輸送子系統(tǒng)一體化集中安裝于轎車底盤上，氫氣罐及氫氣輸送子系統(tǒng)安裝于轎車后艙，包括散熱器、水泵及水箱的冷卻與散熱子系統(tǒng)安裝于轎車前艙。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃料電池轎車發(fā)動機的安裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的燃料電池堆與空氣輸送子系統(tǒng)一體化集中安裝于轎車后艙，氫氣罐及氫氣輸送子系統(tǒng)安裝于轎車底盤上，包括散熱器、水泵及水箱的冷卻與散熱子系統(tǒng)安裝于轎車前艙。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料電池轎車發(fā)動機的安裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的燃料電池堆安裝于轎車底盤上，空氣輸送子系統(tǒng)和氫氣罐及氫氣輸送子系統(tǒng)安裝于轎車后艙，包括散熱器、水泵及水箱的冷卻與散熱子系統(tǒng)安裝于轎車前艙。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料電池轎車發(fā)動機的安裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的燃料電池堆安裝于前艙，空氣輸送子系統(tǒng)和包括散熱器、水泵及水箱的冷卻與散熱子系統(tǒng)安裝于轎車底盤上，氫氣罐及氫氣輸送子系統(tǒng)安裝于轎車后艙。
8.根據(jù)權(quán)利要求2～7之一所述的燃料電池轎車發(fā)動機的安裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的電流輸出與自動控制子系統(tǒng)穿設(shè)于其余子系統(tǒng)之間。
專利摘要本實用新型涉及燃料電池轎車發(fā)動機的安裝結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)由燃料電池堆、支持該燃料電池堆正常運行的輔助運行支持系統(tǒng)構(gòu)成，所述的燃料電池堆與支持其正常運行的輔助運行支持系統(tǒng)中的某個子系統(tǒng)一體化集中安裝，其余子系統(tǒng)根據(jù)轎車的可使用空間松散型安裝。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有可充分利用轎車現(xiàn)有空間、裝拆方便等特點。
文檔編號B60L11/18GK2866223SQ20052004764
公開日2007年2月7日 申請日期2005年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月19日
發(fā)明者夏建偉, 胡里清, 章波, 付明竹, 李麗 申請人:上海神力科技有限公司