CN107634243A - 一种燃料电池堆温度管理系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种燃料电池堆温度管理系统，包括燃料电池堆、升温回路以及降温回路；所述升温回路包括依次连接在所述燃料电池堆的出水端与进水端之间的水泵、颗粒过滤器以及电加热器；所述水泵的进水端与所述颗粒过滤器的出水端之间并联设置有水箱以及去离子罐；所述去离子罐靠近所述颗粒过滤器的一端设置有两通电磁阀；所述电加热器与所述颗粒过滤器之间设置有三通电磁阀，所述电加热器通过所述三通电磁阀并联有热交换器；所述降温回路与所述热交换器连接，用于降低所述燃料电池堆的温度；所述燃料电池堆的进水端设置有电导率传感器，所述燃料电池堆的冷却水出口端设置有温度传感器。本发明一种燃料电池温度管理系统去离子效果好、控温效果好。

Description

一种燃料电池堆温度管理系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及汽车电子技术领域，尤其是一种燃料电池堆温度管理系统及其控制方法。

背景技术

燃料电池是一种电化学的发电装置,等温的按电化学方式,直接将化学能转化为电能而不必经过热机过程,不受卡诺循环限制,因而能量转化效率高,且无噪音,无污染,正在成为理想的能源利用方式。同时,随着燃料电池技术不断成熟,以及西气东输工程提供了充足天然气源,燃料电池的商业化应用存在着广阔的发展前景。而燃料电池工作寿命、安全性和发电效率等受温度、水质影响较大。而目前在用的去离子过滤单元，因为采用串联的方式，去离子过滤单元一直在过滤，老化较快，所以实际使用的更换周期较短，增加了售后维护成本。

发明内容

鉴于背景技术所存在的技术问题，本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种去离子效果好、控温效果好的燃料电池堆温度管理系统及其控制方法。

为解决上述技术问题，本发明采用了以下技术措施：

一种燃料电池堆温度管理系统，包括燃料电池堆、升温回路以及降温回路；所述升温回路包括依次连接在所述燃料电池堆的出水端与进水端之间的水泵、颗粒过滤器以及电加热器；所述水泵的进水端与所述颗粒过滤器的出水端之间并联设置有水箱以及去离子罐；所述去离子罐靠近所述颗粒过滤器的一端设置有两通电磁阀，用于控制所述去离子罐的开通与关断；所述电加热器与所述颗粒过滤器之间设置有三通电磁阀，所述电加热器通过所述三通电磁阀并联有热交换器，所述三通电磁阀的B路与所述电加热器连接，所述三通电磁阀的A路与所述热交换器连接；所述降温回路与所述热交换器连接，用于降低所述燃料电池堆的温度；所述燃料电池堆的进水端设置有电导率传感器，所述燃料电池堆的冷却水出口端设置有温度传感器。

作为进一步改进的，所述电导率传感器和所述温度传感器的信号输出端与控制器连接，所述控制器的信号输出端分别与所述三通电磁阀和所述两通电磁阀连接，用于控制所述三通电磁阀和所述两通电磁阀的开通及关断。

一种燃料电池堆温度管理系统的控制方法，包括以下几个步骤：

S1，向所述燃料电池堆发送启动指令，并开启水泵；

S2，检测所述燃料电池堆温度是否低于低温保护值，若是，禁止启动所述燃料电池堆并进入步骤S3，若否，启动所述燃料电池堆并进入步骤S4；

S3，打开所述三通电磁阀B路，并开启所述电加热器加热所述燃料电池堆，使其温度达到所述低温保护值后启动所述燃料电池堆并进入步骤S4；

S4，检测冷却液电导率是否大于或等于电导率告警值，若是，进入步骤S5，若否，进入S6；

S5，开启所述两通电磁阀，使并联的所述去离子罐开始工作，并进入S6；

S6，加热所述燃料电池堆温度使其达到加热温度上限。

作为进一步改进的，在步骤S6之后进一步包括：

S7，开启所述三通电磁阀A路，并关闭所述电加热器，利用所述燃料电池堆自身余热使所述燃料电池堆达到最佳温度范围。

作为进一步改进的，在步骤S7之后进一步包括：

S8，检测所述燃料电池堆温度是否大于或等于所述最佳温度范围的上限，若是，进入步骤S9；

S9，开启所述降温回路，使所述燃料电池堆的温度降低到所述最佳温度范围内。

作为进一步改进的，在步骤S6之后进一步包括：

S10，检测是否收到所述燃料电池堆停机指令，若是，关闭所述燃料电池堆。

作为进一步改进的，在步骤S6之后进一步包括：

S11，检测所述冷却液电导率是否低于电导率安全值，若是，关闭所述两通电磁阀。

作为进一步改进的，所述低温保护值为5℃，所述加热温度上限值为45℃，所述最佳温度范围为55℃-65℃。

作为进一步改进的，所述电导率安全值为5μs/cm，所述电导率告警值为10μs/cm。

作为进一步改进的，在步骤S4中，所述检测冷却液电导率是否大于或等于电导率告警值的步骤进一步包括：

S41，当所述冷却液电导率大于等于15μs/cm小于等于20μs/cm时，控制所述燃料电池堆降载输出；当所述冷却液电导率大于20μs/cm时，控制所述燃料电池堆进入停机保护状态。

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：

1、本发明一种燃料电池堆温度管理系统中采用升温回路以及降温回路的设置，通过所述升温回路以及降温回路的配合，能够实时调整所述燃料电池堆的温度，使其燃料电池堆的温度一直保持在最佳温度范围内，保证所述燃料电池堆的电力输出。

2、本发明一种燃料电池堆温度管理系统中采用并联去离子罐的设置，在冷却液离子浓度高的时候，再开启所述去离子罐进行离子过滤，在冷却液离子浓度低的时候，关闭所述去离子罐，相比于去离子罐一直工作，大大增长了所述去离子罐的使用寿命，减少了维护成本。

3、本发明一种燃料电池堆温度管理系统中采用液体温控方式，相比较于传统技术中采用风冷温控方式进行温度控制，液体温控方式温控速度快、受外界环境温度影响小，且占用车辆布置空间小。

附图说明

附图1是本发明一种燃料电池堆温度管理系统的结构示意图。

附图2是本发明一种燃料电池堆温度管理系统的控制方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

请参考图1，实施例中，一种燃料电池堆的温度管理系统，包括燃料电池堆、升温回路以及降温回路；所述升温回路包括依次连接在所述燃料电池堆的出水端与进水端之间的水泵、颗粒过滤器以及电加热器；所述水泵的进水端与所述颗粒过滤器的出水端之间并联设置有水箱以及去离子罐；所述去离子罐靠近所述颗粒过滤器的一端设置有两通电磁阀，用于控制所述去离子罐的开通与关断。

所述电加热器与所述颗粒过滤器之间设置有三通电磁阀，所述电加热器通过所述三通电磁阀并联有热交换器，所述三通电磁阀的B路与所述电加热器连接，所述三通电磁阀的A路与所述热交换器连接；所述降温回路与所述热交换器连接，用于降低所述燃料电池堆的温度；所述燃料电池堆的进水端设置有电导率传感器，所述燃料电池堆的冷却水出口端设置有温度传感器。

所述降温回路包括冷凝器总成与压缩机，所述冷凝器总成与所述压缩机通过H型膨胀阀与所述热交换器并联，当所述燃料电池堆的温度高于最佳温度范围时，开启所述降温回路，对所述燃料电池堆进行降温处理，使其温度保持在最佳温度范围内，进而保证所述燃料电池堆的电力输出。

所述水箱内设置有用于检测冷却液液位高度的液位传感器。所述液位传感器、所述电导率传感器和所述温度传感器的信号输出端与控制器连接，所述控制器的信号输出端用于与所述三通电磁阀和所述两通电磁阀连接，控制所述三通电磁阀和所述两通电磁阀的开通及关断。

在实际使用中，所述控制器会根据所述温度传感器以及所述电导率传感器控制所述三通电磁阀以及所述两通电磁阀的开通以及关闭，进而控制所述升温回路以及所述降温回路的工作状态，以使所述燃料电池堆的温度保持在最佳温度范围内。

当所述燃料电池堆的温度过低时，所述控制器禁止启动所述燃料电池堆，并开启所述三通电磁阀的B路，开启所述电加热器，对所述燃料电池堆进行快速升温。当所述燃料电池堆的温度达到低温保护值时，允许启动所述燃料电池堆，并控制所述电加热器对所述燃料电池堆继续加热，达到加热温度上限值，关闭所述电加热器，开启所述三通电磁阀的A路。利用所述燃料电池堆的余热使其温度达到最佳温度范围内。

当所述燃料电池堆的温度高于所述最佳温度范围时，所述降温回路开始工作，所述冷凝器总成与所述压缩机开始工作，对所述燃料电池堆进行降温，使其温度达到所述最佳温度范围内。

所述液位传感器用于检测所述水箱内的水位，当水位过低时，所述控制器提醒驾驶员增加冷却液，保证系统冷却液的水量充足。

所述电导率传感器用于检测所述冷却液的电离子浓度，当浓度过高时，所述控制器开启所述两通电磁阀，所述去离子罐开始过滤所述冷却液，降低所述冷却液的电离子浓度，避免了所述冷却液内的电离子浓度过高，而出现使所述燃料电池堆短路，或者损坏循环管道的情况发生。

为了方便之后的维修以及检查，所述燃料电池堆的两端均设置有维护手阀，使用者可通过所述维护手阀对所述燃料电池堆温度管理系统进行开关控制，通过关闭所述维护手阀，对系统进行检查及维修。

请参考图2，实施例中，本发明还提供一种燃料电池堆温度管理系统的控制方法，包括以下几个步骤：

S1，向所述燃料电池堆发送启动指令，并开启水泵；

S2，检测所述燃料电池堆温度是否低于低温保护值，若是，禁止启动所述燃料电池堆并进入步骤S3，若否，启动所述燃料电池堆并进入步骤S4；

S3，打开所述三通电磁阀B路，并开启所述电加热器加热所述燃料电池堆，使其温度达到所述低温保护值后启动所述燃料电池堆并进入步骤S4；

S4，检测冷却液电导率是否大于或等于电导率告警值，若是，进入步骤S5，若否，进入S6；

S5，开启所述两通电磁阀，使并联的所述去离子罐开始工作，并进入S6；

S6，加热所述燃料电池堆温度使其达到加热温度上限。

通过所述电导率传感器的实时检测，检测所述冷却液的电离子浓度，当所述冷却液电离子浓度过高时，开启所述两通电磁阀，所述去离子罐开始工作，过滤所述冷却液里的电离子，避免影响所述燃料电池堆的工作。而所述去离子罐采用并联的形式，只在必要的时候开启，大大增长了所述去离子罐的使用寿命。

在实际操作过程中，在步骤S6之后进一步包括：

S7，开启所述三通电磁阀A路，并关闭所述电加热器，利用所述燃料电池堆自身余热使所述燃料电池堆达到最佳温度范围。

保持所述燃料电池堆的温度达到最佳范围，可以保证所述燃料电池堆工作在最佳温度范围内，保证了所述燃料电池堆的性能，确保了所述燃料电池堆的电力输出，使得所述燃料电池堆的输出达到最佳化。

优选的，在步骤S7之后进一步包括：

S8，检测所述燃料电池堆温度是否大于或等于所述最佳温度范围的上限，若是，进入步骤S9；

S9，开启所述降温回路，使所述燃料电池堆的温度降低到所述最佳温度范围内。

当所述燃料电池堆的温度过高，高于所述最佳温度范围时，开启所述降温回路，对所述燃料电池堆进行降温，使其温度保持在最佳温度范围内。

优选的，在步骤S6之后进一步包括：

S10，检测是否收到所述燃料电池堆停机指令，若是，关闭所述燃料电池堆。

优选的，在步骤S6之后进一步包括：

S11，检测所述冷却液电导率是否低于电导率安全值，若是，关闭所述两通电磁阀。

为了使所述燃料电池堆工作在最佳温度范围内，优选的，所述低温保护值为5℃，当所述燃料电池堆温度低于5℃，禁止启动所述燃料电池堆，所述加热温度上限值为45℃，所述最佳温度范围为55℃-65℃。

为了使所述冷却液内的离子不影响所述燃料电池堆的工作以及不损坏循环管道，优选的，所述电导率安全值为5μs/cm，所述电导率告警值为10μs/cm。

优选的，在步骤S4中，所述检测冷却液电导率是否大于或等于电导率告警值的步骤进一步包括：

S41，当所述冷却液电导率大于等于15μs/cm小于等于20μs/cm时，控制所述燃料电池堆降载输出；当所述冷却液电导率大于20μs/cm时，控制所述燃料电池堆进入停机保护状态。

当所述冷却液离子浓度过高，所述电导率大于等于15μs/cm小于等于20μs/cm时，所述控制器控制所述燃料电池堆降载输出，减少所述燃料电池堆的电力输出，进而保护所述燃料电池堆，所述电导率大于20μs/cm时，则所述控制器控制所述燃料电池堆进入停机保护状态，防止出现短路以及管道损坏的情况发生。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种燃料电池堆温度管理系统，其特征在于：包括燃料电池堆、升温回路以及降温回路；所述升温回路包括依次连接在所述燃料电池堆的出水端与进水端之间的水泵、颗粒过滤器以及电加热器；所述水泵的进水端与所述颗粒过滤器的出水端之间并联设置有水箱以及去离子罐；所述去离子罐靠近所述颗粒过滤器的一端设置有两通电磁阀，用于控制所述去离子罐的开通与关断；所述电加热器与所述颗粒过滤器之间设置有三通电磁阀，所述电加热器通过所述三通电磁阀并联有热交换器，所述三通电磁阀的B路与所述电加热器连接，所述三通电磁阀的A路与所述热交换器连接；所述降温回路与所述热交换器连接，用于降低所述燃料电池堆的温度；所述燃料电池堆的进水端设置有电导率传感器，所述燃料电池堆的冷却水出口端设置有温度传感器。

2.根据权利要求1所述的温度管理系统，其特征在于，所述电导率传感器和所述温度传感器的信号输出端与控制器连接，所述控制器的信号输出端分别与所述三通电磁阀和所述两通电磁阀连接，用于控制所述三通电磁阀和所述两通电磁阀的开通及关断。

3.如权利要求1所述的燃料电池堆温度管理系统的控制方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

S1，向所述燃料电池堆发送启动指令，并开启水泵；

S2，检测所述燃料电池堆温度是否低于低温保护值，若是，禁止启动所述燃料电池堆并进入步骤S3，若否，启动所述燃料电池堆并进入步骤S4；

S3，打开所述三通电磁阀B路，并开启所述电加热器加热所述燃料电池堆，使其温度达到所述低温保护值后启动所述燃料电池堆并进入步骤S4；

S4，检测冷却液电导率是否大于或等于电导率告警值，若是，进入步骤S5，若否，进入S6；

S5，开启所述两通电磁阀，使并联的所述去离子罐开始工作，并进入S6；

S6，加热所述燃料电池堆温度使其达到加热温度上限。

4.如权利要求3所述的控制方法，其特征在于，在步骤S6之后进一步包括：

S7，开启所述三通电磁阀A路，并关闭所述电加热器，利用所述燃料电池堆自身余热使所述燃料电池堆达到最佳温度范围。

5.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，在步骤S7之后进一步包括：

S8，检测所述燃料电池堆温度是否大于或等于所述最佳温度范围的上限，若是，进入步骤S9；

S9，开启所述降温回路，使所述燃料电池堆的温度降低到所述最佳温度范围内。

6.如权利要求3所述的控制方法，其特征在于，在步骤S6之后进一步包括：

S10，检测是否收到所述燃料电池堆停机指令，若是，关闭所述燃料电池堆。

7.如权利要求3所述的控制方法，其特征在于，在步骤S6之后进一步包括：

S11，检测所述冷却液电导率是否低于电导率安全值，若是，关闭所述两通电磁阀。

8.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述低温保护值为5℃，所述加热温度上限值为45℃，所述最佳温度范围为55℃-65℃。

9.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述电导率安全值为5μs/cm，所述电导率告警值为10μs/cm。

10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，在步骤S4中，所述检测冷却液电导率是否大于或等于电导率告警值的步骤进一步包括：

S41，当所述冷却液电导率大于等于15μs/cm小于等于20μs/cm时，控制所述燃料电池堆降载输出；当所述冷却液电导率大于20μs/cm时，控制所述燃料电池堆进入停机保护状态。