CN108172864A - 一种基于相变材料的燃料电池余热储热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于相变材料的燃料电池余热储热装置。本发明的技术方案是：一种基于相变材料的燃料电池余热储热装置，包括燃料电池，燃料电池冷却液出口连接包覆着相变材料板的冷却液储液罐，冷却液储罐包括高温冷却液进口和补液罐进口，所述储罐补给水箱进口连接有补液罐和水泵，冷却液储罐内设置有温度传感器，所述温度传感器连接有控制器，冷却液储罐出口处连接有高温泵，所述高温泵连接有三通阀，所述三通阀连接有散热器、空调系统或锂电池换热包等管路，所述控制器可控制各水泵流量和散热器风扇转速，高温冷却液经散热器降温循环到燃料电池电堆。本发明方案能有效将燃料电池电堆产生的余热储存并加以利用，提高燃料电池能源利用效率。

Description

一种基于相变材料的燃料电池余热储热装置
技术领域
本发明涉及汽车混合动力系统技术领域和新能源汽车热管理系统领域，特别涉及一种基于相变材料的燃料电池余热储热装置。
背景技术
随着化石燃料不可再生资源逐渐减少，汽车尾气排放导致雾霾、温室效应等问题逐渐加剧，发展混合动力汽车和新能源汽车的重要性逐渐体现出来。目前新能源汽车发展的主要方向是甲醇燃料电池汽车，动力总成方案应用相对广泛的是燃料电池加蓄电池动力配置方案。虽然燃料电池的热效率高于传统内燃机，但是仍然有很多热能没有充分利用，余热废热通过热交换器散发出去，造成热能的浪费。现有的废热余热利用技术主要是将燃料电池产生的余热经余热热泵空调系统对车厢内进行供暖，但是这种方案在夏季气候炎热时作用极为有限，并且未能将余热用于燃料电池工作，在燃料电池启停时仍然存在启动温度不足，影响使用寿命和电池容量的问题。针对这种燃料电池汽车，如何将燃料电池工作产生的余热废热进行储存以便利用，就是本发明人所要解决的问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的主要目的在于提供一种能将燃料电池工作的废热、余热储存起来加以利用，大大提高燃料电池工作效率和使用寿命的基于相变材料的燃料电池余热储热装置。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种基于相变材料的燃料电池余热储热装置，包括燃料电池，燃料电池包括燃料电池冷却液进出口，冷却液出口连接包覆着相变材料板的冷却液储罐，冷却液储罐包括高温冷却液进口和补给水箱进口，所述冷却液储罐补给水箱进口连接有补给水箱和水泵，冷却液储罐内设置有温度传感器，所述温度传感器连接有控制器，冷却液储罐出口处连接有高温泵，所述高温泵连接有三通阀，所述三通阀连接有散热器，另可连接空调系统、锂电池换热包等管路，所述控制器可控制补给水箱泵的流量、高温泵流量、三通阀开合状态和散热器风扇转速，高温冷却液经散热器降温循环到燃料电池电堆。
优选的，冷却液储罐冷却液出口处连接有高温泵。
优选的，所述高温泵连接有三通阀，也可连接四通阀等，所述三通阀可连接空调系统、锂电池换热包等管路。
优选的，所述冷却液储罐内设置有温度传感器，所述温度传感器连接有控制器，所述控制器可控制补给水箱泵的流量、高温泵流量、三通阀开合状态和散热器风扇转速，并可与整车系统进行CAN通信，根据车况需要调节系统温度。
优选的，所述冷却液储罐外包覆的相变材料板可采用泡沫金属板结构，也可采用金属壳体装载相变材料其间设置铝合金或铜合金导热片或导热管的形式，可以是筒状、球状或其他形状。所述相变材料板的填充相变材料可以是单种相变材料，也可以是多种相变材料复合的复合相变材料。
优选的，冷却液储罐可以是筒状、立方体状或其他形状。其形状可以根据实际需要进行更改。
本发明相对于现有技术具有如下优点，冷却介质在燃料电池电堆内经过热交换带出燃料电池的余热、废热，进入到包覆着相变材料的储液罐，利用相变材料的蓄热特性，吸收高温冷却液的热量并储存，使储罐中的冷却液保持在适宜的温度范围内。当电堆产热增多冷却液温度升高超出一定范围后，补给水箱补进常温冷却液来调整储液罐的温度。储液罐连接有温度传感器，温度传感器连接控制器，当电堆处于极端工况产热增多冷却液温度超出临界值，控制器控制补给水箱泵的速度来调节补给水量，同时控制散热器风扇转速对管路中流动的冷却液散热，使之温度降低再进入燃料电池进行冷却作用。相变材料包覆的储液罐中的冷却液，即使燃料电池车处于停车状态也能长时间保持一定温度，可用于燃料电池车启动时锂电池的加热，使锂电池快速达到最佳效率点。同时，高温冷却液进入燃料电池也可以对燃料电池进行预热，使燃料电池温度快速升高到工作点，且减少燃料电池升温的电能消耗。此外，储存的高温冷却液可以通过高温泵和三通阀输送到空调系统和电池加热系统中，将多余热量综合利用。
附图说明
图1为本发明的一种基于相变材料的燃料电池余热储热装置结构框图。
图中：1、燃料电池；2、相变材料板；3、冷却液储液罐；4、温度传感器；5、调速高温泵；6、电磁三通阀；7、控制器；8、散热器；9、补给水箱；10、调速水泵。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种基于相变材料的燃料电池余热储热装置，包括燃料电池1，燃料电池包括燃料电池冷却液进出口，冷却液出口连接包覆着相变材料板2的冷却液储罐3，冷却液储罐包括高温冷却液进口和补给水箱进口，所述储罐补给水箱进口连接有补给水箱9和调速泵10，冷却液储罐内设置有温度传感器4，所述温度传感器连接有控制器7，冷却液储罐出口处连接有高温泵5，所述高温泵连接有三通阀6，所述三通阀连接有散热器，另可连接空调系统、锂电池换热包等管路，所述控制器7可控制补给水箱泵10的流量和散热器8风扇转速，高温冷却液经散热器降温循环到燃料电池电堆1。
本发明的一种基于相变材料的燃料电池余热储热装置冷却介质在燃料电池电堆内经过热交换带出燃料电池的余热、废热，进入到包覆着相变材料的储液罐，利用相变材料的蓄热特性，吸收高温冷却液的热量并储存，使储罐中的冷却液保持在适宜的温度范围内。当电堆处于极端工况产热增多冷却液温度超出临界值，补给水箱补进常温冷却液来调整储液罐的温度。储液罐连接有温度传感器，温度传感器连接控制器，当电堆处于极端工况产热增多冷却液温度超出临界值，控制器控制补给水箱泵的速度来调节补给水量，同时控制散热器风扇转速对管路中流动的冷却液散热，使之温度降低再进入燃料电池进行冷却作用。相变材料包覆的储液罐中的冷却液，即使燃料电池车处于停车状态也能长时间保持一定温度，可用于燃料电池车启动时锂电池的加热，使锂电池快速达到最佳效率点。同时，高温冷却液进入燃料电池也可以对燃料电池进行预热，使燃料电池温度快速升高到工作点，且减少燃料电池升温的电能消耗。储存的高温冷却液可以通过高温泵和三通阀输送到空调系统和电池加热系统中，将多余热量综合利用。需要注意的是，如附图1中所示，相变材料板包覆住储液罐，储液罐形状可以是筒状、立方体状或其他形状，本实施例不作限定。
优选的，冷却液储罐冷却液出口处连接有高温泵。所述高温泵连接有三通阀，也可连接四通阀等，所述三通阀可连接空调系统、锂电池换热包等管路。在冬季可以通过空调热泵系统对车厢进行供暖，除此之外，在燃料电池车启动时可以对锂电池进行预热，使锂电池温度快速达到最佳效率点。
优选的，所述冷却液储罐内设置有温度传感器，所述温度传感器连接有控制器，所述控制器可控制补给水箱泵的流量和热交换器风扇转速。随着工况的变化能及时调整冷却液的温度使燃料电池始终在最佳温度点工作。所述控制器可与整车系统进行CAN通信，根据车况需要调节系统温度。
优选的，所述冷却液储罐外包覆的相变材料板可采用泡沫金属板结构，也可采用金属壳体装载相变材料其间设置铝合金或铜合金导热片或导热管的形式，可以是筒状、球状或其他形状。所述相变材料板的填充相变材料可以是单种相变材料，也可以是多种相变材料复合的复合相变材料。
优选的，冷却液储罐可以是筒状、立方体状或其他形状。具体可以根据车辆冷却系统模块的布置情况、车体空间等因素决定，达到合理利用空间的目的。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于相变材料的燃料电池余热储热装置其特征在于：包括燃料电池，燃料电池包括燃料电池冷却液进出口，燃料电池冷却液出口连接包覆着相变材料的冷却液储罐，所述冷却液储罐包括高温冷却液进口、补给水箱进口和冷却液出口，所述储罐补给水箱进口连接有补给水箱和水泵。
2.根据权利要求1所述的一种基于相变材料的燃料电池余热储热装置其特征在于：冷却液储罐冷却液出口处连接有高温泵，所述高温泵连接有三通阀。
3.根据权利要求2所述的一种基于相变材料的燃料电池余热储热装置其特征在于：所述三通阀连接有热交换器，并且可连接空调系统、锂电池换热包等管路。
4.根据权利要求1所述的一种基于相变材料的燃料电池余热储热装置其特征在于：所述冷却液储罐内设置有温度传感器，所述温度传感器连接有控制器，所述控制器可控制补给水箱泵的流量、高温泵流量、三通阀开合状态和散热器风扇转速，并可与整车系统进行CAN通信，根据车况需要调节系统温度。
5.根据权利要求1所述的一种基于相变材料的燃料电池余热储热装置其特征在于：所述冷却液储罐外包覆的相变材料板可采用泡沫金属板结构，也可采用壳体装载相变材料其间设置铝合金或铜合金导热片或导热管的形式，可以是筒状、球状或其他形状,所述相变材料板的填充相变材料可以是单种相变材料，也可以是多种相变材料复合的复合相变材料。
6.根据权利要求1所述的一种基于相变材料的燃料电池余热储热装置其特征在于：冷却液储罐可以是筒状、立方体状或其他形状,其形状可以根据实际需要进行更改。
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