CN111628192A - 一种燃料电池温控集成系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃料电池温控集成系统，包括对燃料电池堆进行冷却的冷却循环水路和对风机进行冷却的风机冷却水路，冷却循环水路包括小循环水路和大循环水路，小循环水路与大循环水路部分共用，且共用水路的部分设置于电池堆中，小循环水路另一部分接入加热器，大循环水路另一部分接入散热器，小循环水路与大循环水路之间连接有选择阀，选择阀控制小循环水路或大循环水路导通，风机冷却水路的部分设置于风机中，风机循环水路的另一部分接入散热器，风机循环水路和大循环水路在散热器中分离设置，选择阀、加热器和散热器均与控制器相连，提高了燃料电池堆的使用安全性及寿命。

Description

一种燃料电池温控集成系统

技术领域

本发明涉及燃料电池散热技术领域，具体涉及一种燃料电池温控集成系统。

背景技术

随着清洁能源的发展，燃料电池成为越来越多电子产品的供电方式，氢燃料电池为其中的一种，可用于各种领域。

氢燃料电池是指氢气和氧气发生化学反应产生电能的装置，不可避免的产生电能的同时会产生一部分热量，而氢燃料电池需要工作在一个合适的温度工况下，且温度不能有太大波动，合适的温度不但可以提高燃料电池的发电效率且能提高燃料电池的使用寿命。然而，现有的燃料电池系统仅采用冷却水给燃料电池堆散热，无法保持燃料电池的工作稳定性。同时燃料电池在工作时，风机产生压缩空气对电池堆供应空气，风机工作时也产生大量热量，现有技术中没有单独针对风机设置的散热。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种燃料电池温控集成系统，实现了对燃料电池冷却水路的温度管理，保证了燃料电池堆在任何环境温度下均可稳定、可靠的进行工作，增强了燃料电池堆的使用安全，延长了燃料电池堆的使用寿命。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种燃料电池温控集成系统，包括对燃料电池堆进行冷却的冷却循环水路和对风机进行冷却的风机冷却水路，所述冷却循环水路包括小循环水路和大循环水路，所述小循环水路与大循环水路部分共用，且共用水路的部分设置于所述电池堆中，所述小循环水路另一部分接入加热器，所述大循环水路另一部分接入散热器，所述小循环水路与所述大循环水路之间连接有选择阀，所述选择阀控制所述小循环水路或大循环水路导通，所述风机冷却水路的部分设置于所述风机中，所述风机循环水路的另一部分接入所述散热器，所述风机循环水路和大循环水路在散热器中分离设置，所述选择阀、加热器和散热器均与控制器相连。

进一步的，所述共用水路进电池堆的一端设置有第一传感器，所述共用水路出电池堆的一端设置有第二传感器，第一水泵设置于所述第一传感器和第二传感器之间的共用水路上，所述第一传感器和第二传感器用于检测水路的温度和压力，所述第一传感器、第二传感器和第一水泵均与所述控制器相连。

进一步的，所述共用水路上还连接有过滤器，所述过滤器设置于所述共用水路进电池堆的一端。

进一步的，所述共用水路上连接有比例阀和流量计，所述比例阀和流量计依次连接于所述共用水路进入所述电池堆的一端，所述比例阀和流量计均与所述控制器相连。

进一步的，所述风机冷却水路还接入风机控制器和中冷器，所述风机冷却水路由第二水泵驱动循环，所述第二水泵与所述控制器相连。

进一步的，所述风机控制器分别与所述风机和控制器电连接。

进一步的，所述风机循环水路上连接有第三传感器，所述第三传感器与所述控制器相连。

进一步的，所述选择阀包括与所述加热器串联的第一电磁阀和与所述散热器串联的第二电磁阀，所述第一电磁阀和第二电磁阀均与所述控制器连接。

进一步的，所述散热器为散热风扇。

本发明的一种燃料电池温控集成系统与现有技术相比的有益效果是，将燃料电池堆冷却循环水路与风机冷却水路进行分离式处理，增强了燃料电池堆的使用安全，延长了燃料电池堆的使用寿命，同时燃料电池堆能够在任何环境温度下均可稳定、可靠的进行工作。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

参照图1所示，为本发明的一种燃料电池温控集成系统的实施例示意图。本发明的温控集成系统包括对燃料电池堆1进行冷却的冷却循环水路和对风机13进行冷却的风机13冷却水路。冷却循环水路和风机13冷却水路分离设置，二者不会汇聚到一起，保证对燃料电池堆1进行冷却的冷却循环水路中的冷却水不受外部环境影响，其电导率能够在较长的时间保持在一个较低的水准，延长了冷却水的使用寿命，延长更换周期。

具体的，所述冷却循环水路包括小循环水路和大循环水路，所述小循环水路与大循环水路部分共用，小循环水路和大循环水路的其他部分并联设置后接入共用水路，分别形成完整的循环水路。本实施例中，共用水路的部分设置于所述电池堆1中，共用水路的另一部分位于电池堆1外，共用水路从电池堆1的一端流入电池堆1，再从电池堆1的另一端流出。未实现对电池堆1温度的管理，本实施例中，所述小循环水路另一部分接入加热器3，当冷却水的温度过低时，冷却水进入小循环水路循环，加热器3对冷却水进行加热，保证燃料电池在低温时的稳定工作；所述大循环水路另一部分接入散热器11，当冷却水温度过高时，冷却水进入大循环水路循环，散热器11对冷却水进行冷却，保证燃料电池在高温时的稳定工作。本实施例中，为方便对冷却水的冷却，所述散热器11选择为散热风扇。为控制冷却水在小循环水路和大循环水路的切换，所述小循环水路与所述大循环水路之间连接有选择阀，所述选择阀控制所述小循环水路或大循环水路导通。选择阀可以是三通阀或其他可以分别控制小循环水路或大循环水路导通的阀体，本实施例中所述选择阀包括与所述加热器3串联的第一电磁阀4和与所述散热器11串联的第二电磁阀10，所述第一电磁阀4和第二电磁阀10均与所述控制器17连接。当需要对冷却水加热时，控制器17控制第一电磁阀4导通、第二电磁阀10闭合，当需要对冷却水散热时，控制器17控制第一电磁阀4闭合、第二电磁阀10导通。所述风机13冷却水路的部分设置于所述风机13中，所述风机13循环水路的另一部分接入所述散热器11，风机13循环水路与大循环水路共用散热器11，简化温控系统的结构，减小温控系统的体积，同时所述风机13循环水路和大循环水路在散热器11中分离设置，保证冷却循环水路中冷却水的电导率较长时间保持在一个较低的水准，保证燃料电池的工作效率。为控制各部件，本发明中还设置控制器17，所述选择阀、加热器3和散热器11均与控制器17相连。

为提高温度控制的精度，本实施例中，所述共用水路进入电池堆1的一端设置有第一传感器9，所述共用水路出电池堆1的一端设置有第二传感器2，第一水泵5设置于所述第一传感器9和第二传感器2之间的共用水路上。所述第一传感器9和第二传感器2用于检测水路的温度和压力。为方便表述，第一传感器9的显示温度记为T1，即电池堆1的冷却水入口温度，第二传感器2的显示温度记为T2，即电池堆1的冷却水出口温度。为实现冷却循环水路的自动化控制，上述传感器和水泵均与所述控制器17相连。本发明中设有两个温度阈值，分别为M1和M2，M1为电池堆1低温报警温度点；M2为电池堆1高温报警温度点，M1与M2的具体数值可以根据实际过程中燃料电池实际情况进行选择。当控制器17接收到第二传感器2检测的温度T2<M1时，控制器17控制第一电磁阀4导通、第二电磁阀10闭合，小循环水路导通，加热器3在控制器17的控制下开始对冷却水进行加热；当控制器17接收到第二传感器2检测的温度M1<T2<M2时，控制器17控制第一电磁阀4闭合、第二电磁阀10导通，大循环水路导通，散热器11不启动，并根据电池堆1的冷却水入口温度T1对第一水泵5进行调速，保证温度T1在电池堆1的允许范围内；当控制器17接收到第二传感器2检测的温度T2>M2时，控制器17控制第一电磁阀4闭合、第二电磁阀10导通，大循环水路导通，散热器11在控制器17的控制下开始对冷却水进行强制散热，并根据电池堆1的冷却水入口温度T1对第一水泵5进行调速，以调节冷却循环水路的压力，保证温度T1在电池堆1的允许范围内。

在本发明的另一优选实施例中，所述共用水路上还连接有过滤器6，所述过滤器6设置于所述共用水路进电池堆1的一端，用于过滤电池堆1冷却循环水路析出的离子，保证电池堆1冷却循环水路的冷却水更长时间的符合电池堆1的使用要求，减少电池堆1冷却水的更换频率，减少后期维护的人力、物力成本。

在本发明的另一优选实施例中，所述共用水路上还连接有比例阀7和流量计8，所述比例阀7和流量计8依次连接于所述共用水路进入所述电池堆1的一端，所述比例阀7和流量计8均与所述控制器17相连。流量计8监测冷却循环水路的的冷却水流量，控制器17接收到冷却水流量后，根据电池堆1的冷却情况，控制比例阀7的开度来控制进入电池堆1的冷却水流量，保证对电池堆1冷却温度的平稳调整。

由于风机13的工作是通过风机控制器12控制转速，从而调节出风口的压力和流量，同时风机13对空气增压后，气体温度较高，为降低增压后的高温空气温度、以降低热负荷，提高进气量，风机13还连接有中冷器14，风机控制器12和中冷器14在工作中也会产生热量，因此所述风机13循环水路还接入风机控制器12和中冷器14，对风机13系统整体进行冷却。为尽可能精确调节风机13的出风温度，所述风机控制器12分别与所述风机13和控制器17电连接。风机控制器12向控制器17发送采集来的风机13状态等信息，控制器17结合电池堆1冷却水的温度等信息反馈风机控制器12调节转速，以控制风机13出风口压力和流量等。更进一步的，所述风机13循环水路上连接有第二水泵15和第三传感器16，所述第二水泵15和第三传感器16均与所述控制器17相连。第三传感器16采集风机13冷却水路循环的冷却水出中冷器14的温度和压力反馈给控制器17，控制器17根据其他信息，控制第二水泵15的转速从而调节风机13冷水路的压力，保证冷却水的温度在允许范围内。

本发明在工作时，当第二温度传感器采集到的温度T2<M1时，控制器17控制第一电磁阀4打开，第二电磁阀10闭合，燃料电池堆1冷却水进入小循环冷却水路。此时，控制器17控制第一水泵5的转速来控制小循环水路的进堆压力并接收第一传感器9实际采集的冷却水进堆压力，实时调整水泵的转速，从而精确控制小循环水路的进堆压力；控制器17调节比例阀7的开度来控制小循环水路的流量并接收流量计8实际采集的冷却水流量，实时调整比例阀7的开度，从而精确控制小循环冷却水的流量；同时控制器17会控制加热器3进行工作，对小循环水路进行加热。当第二传感器2采集到的温度M1<T2<M2时，控制器17控制第一电磁阀4闭合、第二电磁阀10导通，燃料电池堆1冷却水进入大循环冷却水路。此时散热器11不启动，控制器17控制水泵的转速来控制大循环水路的进堆压力并接收第一传感器9实际采集的冷却水进堆压力，实时调整第一水泵5的转速，从而精确控制大循环水路的进堆压力；控制器17调节比例阀7的开度来控制大循环水路的流量并接收流量计8实际采集的冷却水流量，实时调整比例阀7的开度，从而精确控制大循环冷却水的流量。保证冷却水的温度波动较小，避免从小循环水路切换到大循环水路的时候冷却水温度波动过大导致燃料电池堆1温度波动大的问题。当第二传感器2采集到的温度T2>M2时，控制器17控制第一电磁阀4闭合、第二电磁阀10导通，冷却水直接进入大循环。控制器17控制水泵的转速来控制大循环水路的进堆压力并接收第一传感器9实际采集的冷却水进堆压力，实时调整第一水泵5的转速，从而精确控制大循环冷却水的进堆压力；控制器17调节比例阀7的开度来控制大循环水路的流量并接收流量计8实际采集的冷却水流量，实时调整比例阀7的开度，从而精确控制大循环冷却水的流量，保证冷却水进堆温度在允许范围内。风机13冷却水路始终工作，控制器17控制第二水泵15的转速来控制风机13冷却水路的冷却水的压力并接收第三传感器16实际采集的冷却水出中冷器14的温度和压力，实时调整第二水泵15的转速，从而精确控制风机13冷却水路的冷却水的压力；控制器17调节散热器11的转速来控制风机13冷却水路的冷却水温度并接收第三传感器16实际采集的冷却水温度，实时调整散热器11的转速，从而精确控制风机13冷却水路的冷却水的温度。散热器11的内部管道是隔离式的，即冷却循环水路与风机13冷却水路在散热器11内部是隔离的，二者不会汇聚到一起，这样可以保证冷却循环水路的冷却水的电导率较长时间保持在一个较低的水准，提高燃料电池的使用寿命。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (9)

1.一种燃料电池温控集成系统，其特征在于，包括对燃料电池堆进行冷却的冷却循环水路和对风机进行冷却的风机冷却水路，所述冷却循环水路包括小循环水路和大循环水路，所述小循环水路与大循环水路部分共用，且共用水路的部分设置于所述电池堆中，所述小循环水路另一部分接入加热器，所述大循环水路另一部分接入散热器，所述小循环水路与所述大循环水路之间连接有选择阀，所述选择阀控制所述小循环水路或大循环水路导通，所述风机冷却水路的部分设置于所述风机中，所述风机循环水路的另一部分接入所述散热器，所述风机循环水路和大循环水路在散热器中分离设置，所述选择阀、加热器和散热器均与控制器相连。

2.如权利要求1所述的一种燃料电池温控集成系统，其特征在于，所述共用水路进电池堆的一端设置有第一传感器，所述共用水路出电池堆的一端设置有第二传感器，第一水泵设置于所述第一传感器和第二传感器之间的共用水路上，所述第一传感器和第二传感器用于检测水路的温度和压力，所述第一传感器、第二传感器和第一水泵均与所述控制器相连。

3.如权利要求1所述的一种燃料电池温控集成系统，其特征在于，所述共用水路上还连接有过滤器，所述过滤器设置于所述共用水路进电池堆的一端。

4.如权利要求1所述的一种燃料电池温控集成系统，其特征在于，所述共用水路上连接有比例阀和流量计，所述比例阀和流量计依次连接于所述共用水路进入所述电池堆的一端，所述比例阀和流量计均与所述控制器相连。

5.如权利要求1所述的一种燃料电池温控集成系统，其特征在于，所述风机冷却水路还接入风机控制器和中冷器，所述风机冷却水路由第二水泵驱动循环，所述第二水泵与所述控制器相连。

6.如权利要求5所述的一种燃料电池温控集成系统，其特征在于，所述风机控制器分别与所述风机和控制器电连接。

7.如权利要求1所述的一种燃料电池温控集成系统，其特征在于，所述风机循环水路上连接有第三传感器，所述第三传感器与所述控制器相连。

8.如权利要求1所述的一种燃料电池温控集成系统，其特征在于，所述选择阀包括与所述加热器串联的第一电磁阀和与所述散热器串联的第二电磁阀，所述第一电磁阀和第二电磁阀均与所述控制器连接。

9.如权利要求1所述的一种燃料电池温控集成系统，其特征在于，所述散热器为散热风扇。

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