CN112290049A - 燃料电池热管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种燃料电池热管理系统，包含：膨胀水壶、电导率测试仪、去离子装置，其中，所述膨胀水壶包含第一空间和第二空间、电导率测试仪插入口和去离子装置维修盖；所述电导率测试仪的检测端位于所述第一空间内，用于对所述膨胀水壶腔室内的冷却液进行电导率检测；所述去离子装置位于所述第二空间内，用于降低通过其中的冷却液的电导率；所述去离子装置维修盖位于所述去离子装置的一端，用于直接更换所述去离子装置。本发明既能够更有效地实时检测和控制热管理系统冷却液的电导率，保证燃料电池安全持续工作，又能够减小燃料电池系统的体积，提高集成性，扩大燃料电池系统的应用场景。

Description

燃料电池热管理系统
技术领域
本发明涉及燃料汽车技术领域，具体涉及燃料电池技术领域。
背景技术
燃料电池汽车的燃料电池通过消耗空气和氢气实现对外输出高压电，同时生成水。
燃料电池因水电混合的特殊工作方式而导致对燃料电池系统冷却液的电导率有很高的要求，一般要求电导率低于某个阈值。然而，现有的燃料电池热管理系统中，诸如散热器、中冷器、PTC(Positive Temperature Coefficient，正的温度系数)加热器等很多功能部件的材料都会析出离子，导致了冷却液电导率的升高。
所以，如何有效地实时监测和控制热管理系统冷却液的电导率，是保证燃料电池安全持续工作的关键问题。
进一步的，如何减小燃料电池系统的体积，提高集成性，以扩大燃料电池系统的应用场景，以及如何有效提高燃料电池系统的可靠性，减少生产和维修时的装配工序，简化质量管控的难度，也是当前的研究热点。
发明内容
本发明的目的就是提供一种燃料电池管理系统，既能够更有效地实时检测和控制热管理系统冷却液的电导率，保证燃料电池安全持续工作，又能够减小燃料电池系统的体积，提高集成性，扩大燃料电池系统的应用场景，还能够有效提高燃料电池系统的可靠性，减少生产和维修时的装配工序，简化质量管控的难度。
本申请公开了一种燃料电池热管理系统，包含：膨胀水壶、电导率测试仪、去离子装置，其中，
所述膨胀水壶包含第一空间和第二空间、电导率测试仪插入口和去离子装置维修盖；
所述电导率测试仪的检测端位于所述第一空间内，用于对所述膨胀水壶腔室内的冷却液进行电导率检测；
所述去离子装置位于所述第二空间内，用于降低通过其中的冷却液的电导率；
所述去离子装置维修盖位于所述去离子装置的一端，用于在所述电导率测试仪测得的所述膨胀水壶腔室内的冷却液的电导率高于预先设置的电导率阈值时，直接更换所述去离子装置。
在一个优选例中，所述膨胀水壶还包含过滤网结构，用于在所述膨胀水壶腔室内分隔出用于容置所述电导率测试仪检测端的第一空间。
在一个优选例中，所述膨胀水壶还包含另一个过滤网结构、隔板和密封件，用于在所述膨胀水壶腔室内分隔出用于容置所述去离子装置的第二空间。
在一个优选例中，还包含：液位传感器，所述液位传感器用于实时检测所述膨胀水壶腔室内的冷却液的液位。
在一个优选例中，所述去离子装置维修盖上设置有弹簧结构，用于向所述去离子装置提供推压力。
在一个优选例中，所述电导率测试仪部分地固定在膨胀水壶外部。
在一个优选例中，所述膨胀水壶上设置有辅助固定部件，用于固定所述电导率测试仪的一端。
在一个优选例中，所述液位传感器位于所述膨胀水壶底部。
在一个优选例中，所述电导率阈值为5μs/cm。
在一个优选例中，所述膨胀水壶还包含位于膨胀水壶顶部的进水口。
本发明实施方式与现有技术相比，至少具有以下区别和效果：
1)重量更轻、装配更方便、可靠性更高
通过将去离子装置、电导率测试仪集成在膨胀水壶中，不仅能减少很多固定结构以及连接结构，从而降低成本，而且还能减轻整个系统的重量，同时能减少装配工序，降低风险，提高整个系统的可靠性。
2)防止拆装时引入杂物
通过在电导率测试仪探头与水壶本体腔室之间设置过滤网结构，既能保证测试数值的准确性，又能防止拆装时杂物进入系统。
3)更换部件更方便
因燃料电池长期工作中，需要通过膨胀水壶往系统中补充冷却液，所以膨胀水壶一般安装在燃料电池系统外便于操作的地方。当需要维修更换电导率测试仪或者去离子装置时，不再需要对燃料电池系统本身进行操作，只需要在膨胀水壶上直接进行操作即可，提高了维修方便性。
4)集成化布置更高效、应用场景更广泛
集成之后的方案在布置时只需要考虑水壶的布置即可，不再需要单独考虑电导率测试仪以及去离子装置的布置，简化了布置工作，提高了工作效率，同时集成后可以有效降低整个系统的体积，扩大燃料电池的应用场景。
综上所述，上述实施方式提供的燃料电池热管理系统既能够更有效地实时检测和控制热管理系统冷却液的电导率，保证燃料电池安全持续工作，又能够减小燃料电池系统的体积，提高集成性，扩大燃料电池系统的应用场景，还能够有效提高燃料电池系统的可靠性，减少生产和维修时的装配工序，简化质量管控的难度。
应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。
附图说明
图1示出了本发明的一个实施例的燃料电池热管理系统的结构示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
10：膨胀水壶
101：第一空间
102：第二空间
103：进水口
104：补水口
105：过滤网结构
106：电导率测试仪插入口
107：去离子装置维修盖
108：弹簧结构
109：隔板
20：电导率测试仪
201：检测端
30：去离子装置
50：液位传感器
具体实施方式
本申请的发明人经过研究发现，在现有的技术中，将去离子装置、电导率测试仪以及膨胀水壶单独放在热管理系统水循环中，通过硅胶管连接，这导致燃料电池系统体积大，限制了其应用场景。进一步的，由于每个零件需要一套固定结构以及连接用的硅胶管，增加了生产成本，同时，固定以及连接结构的增多，不仅会降低整个系统的可靠性，也会使生产和维修时的装配工序增多，加大过程质量管控难度。
举例来说，如要维修更换燃料电池系统中的某个零件，需要放掉整个系统的冷却液，这会增加维修时间，同时因为电导率测试仪可能安装在系统内部，维修拆装时可能受限于整车空间，不便于操作。
由此，本申请提出了一种新的燃料电池热管理系统，将膨胀水壶、电导率测试仪、去离子装置、液位传感器通过特定方式集成，其中，通过过滤网隔成容置电导率检测仪的检测端的空间，通过隔板和密封件隔成用于容置去离子装置的空间，将电导率测试仪的检测端、去离子装置和液位传感器集成在膨胀水壶腔室内部，并设置了带有弹簧结构的去离子装置维修盖，使去离子装置与膨胀水壶腔室之间的密封更加可靠。
本发明的主要优点包括：
1)重量更轻、装配更方便、可靠性更高
通过将去离子装置、电导率测试仪集成在膨胀水壶中，不仅能减少很多固定结构以及连接结构，从而降低成本，而且还能减轻整个系统的重量，同时能减少装配工序，降低风险，提高整个系统的可靠性。
2)防止拆装时引入杂物
通过在电导率测试仪探头与水壶本体腔室之间设置过滤网结构，既能保证测试数值的准确性，又能防止拆装时杂物进入系统。
3)更换部件更方便
因燃料电池长期工作中，需要通过膨胀水壶往系统中补充冷却液，所以膨胀水壶一般安装在燃料电池系统外便于操作的地方。当需要维修更换电导率测试仪或者去离子装置时，不再需要对燃料电池系统本身进行操作，只需要在膨胀水壶上直接进行操作即可，提高了维修方便性。
4)集成化布置更高效、应用场景更广泛
集成之后的方案在布置时只需要考虑水壶的布置即可，不再需要单独考虑电导率测试仪以及去离子装置的布置，简化了布置工作，提高了工作效率，同时集成后可以有效降低整个系统的体积，扩大燃料电池的应用场景。
综上所述，本发明提供的燃料电池热管理系统既能够更有效地实时检测和控制热管理系统冷却液的电导率，保证燃料电池安全持续工作，又能够减小燃料电池系统的体积，提高集成性，扩大燃料电池系统的应用场景，还能够有效提高燃料电池系统的可靠性，减少生产和维修时的装配工序，简化质量管控的难度。
在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
术语
电导率，也可以称为导电率，用于描述物质中电荷流动难易程度的参数。
去离子装置，是指通过其内部的树脂吸附液体中各种阴阳离子的装置，能有效降低液体的电导率。
膨胀水壶，用于为冷却系统补给冷却液和提供膨胀空间的元件。
液位传感器，是一种将被测点的液体位置参量实时转变为相应电信号的仪器。
参见图1，本实施例的燃料电池热管理系统包含：膨胀水壶、电导率测试仪、去离子装置、液位传感器。下面对各部件进行详细解释说明。
膨胀水壶10
所述膨胀水壶10包含第一空间101和第二空间102、电导率测试仪插入口106和去离子装置维修盖107。
优选的，所述膨胀水壶10还包含过滤网结构105，用于在所述膨胀水壶10的腔室内分隔出用于容置所述电导率测试仪20的检测端201的第一空间101，进一步的，所述第一空间101可设置于所述膨胀水壶10的下部。
优选的，所述膨胀水壶10还包含另一个过滤网结构105、隔板109和密封件，用于在所述膨胀水壶10的腔室内分隔出用于容置所述去离子装置30的第二空间102，进一步的，所述第二空间102可设置于所述膨胀水壶10的下部。
优选的，所述去离子装置维修盖107位于所述去离子装置30的一端，用于在所述电导率测试仪20测得的所述膨胀水壶10的腔室内的冷却液的电导率高于预先设置的电导率阈值时，直接更换所述去离子装置30。优选的，所述电导率阈值为5μs/cm。
这样做的好处在于，当需要更换去离子装置30时，只需要放掉膨胀水壶10的腔室内的冷却液，然后拧开去离子装置维修盖107，就可以直接更换去离子装置30，因此，使更换去离子装置30更加方便快捷。
进一步的，去离子装置维修盖107上设置有弹簧结构108，用于向去离子装置30提供推压力，以增强去离子装置30与膨胀水壶10的腔室之间的密封性。
优选的，所述膨胀水壶10还包含位于膨胀水壶10顶部的进水口103，用于在膨胀水壶10的腔室内的冷却液的液位低于预先设定的液位阈值时，向膨胀水壶10的腔室补充液体。优选的，所述液位阈值需符合以下条件：首先，需高于系统中其他部件中冷却液的高度，并且，要保证整车在任何工况下空气不会通过补水口104进入系统，进一步的，要保证整车在任何工况下电导率测试仪的探头被冷却液淹没。
优选的，所述膨胀水壶10还包含位于膨胀水壶10底部的补水口104，用于向系统提供冷却液。
优选的，所述膨胀水壶10还包含位于所述电导率测试仪20的与其检测端201相对的另一端附近的冷却液注入口，用于向所述膨胀水壶10注入冷却液。
电导率测试仪20
所述电导率测试仪20部分地固定在膨胀水壶10外部，且电导率测试仪20的检测端201插入膨胀水壶10的腔室内由所述过滤网结构105分隔成的第一空间101内，用于对腔室内的冷却液进行电导率检测。
这样做的好处在于，不但能够使膨胀水壶10的腔室内的冷却液流经电导率测试仪20的检测端201，即，探头，进而保证其测试到的冷却液电导率的准确性，又能够过滤网结构105防止在维修更换电导率测试仪20时，杂物进入水循环系统。
进一步的，如上所述，第一空间101可设置在所述膨胀水壶10的下部，在这种情况向，更有利于所述电导率测试仪20在液位较低的情况下也能够有效测量冷却液的电导率。
优选的，膨胀水壶10上可设置辅助固定部件，用于固定电导率测试仪20的一端。
去离子装置30
所述去离子装置30位于由所述隔板109和密封件在膨胀水壶10的腔室内分隔出的第二空间102内，用于利用内部的树脂吸附通过其中的冷却液中的阴阳离子，以降低通过其中的冷却液的电导率。
具体的，所述去离子装置30与所述膨胀水壶10的腔室之间通过隔板109隔开，并用密封件密封，强制使冷却液通过所述去离子装置30。
举例来说，可通过补水口104会接到水泵入水口，系统运行起来之后，膨胀水壶10内和水泵入水口之间会有压差，这个压差会驱动冷却液由膨胀水壶10通过补水口104进入系统，如果用隔板109和密封结构将去离子装置30和膨胀水壶10隔开，这个时候冷却液只能通过膨胀水壶10—去离子装置30—补水口104的途径进入系统，使冷却液被强制通过所述去离子装置30。
液位传感器50
所述液位传感器50用于实时检测膨胀水壶10的腔室内冷却液的液位，即高度，以防止因冷却液不足造成燃料电池系统不能正常工作，甚至损害燃料电池系统。
优选的，所述液位传感器50位于所述膨胀水壶10底部。
工作过程和原理
使用上述实施方式的燃料电池热管理系统时，通过其检测端201位于膨胀水壶10的腔室的第一空间101内的电导率测试仪20，实时检测膨胀水壶10的腔室内的冷却液的电导率，当电导率测试仪20测得冷却液的电导率高于预先设置的电导率阈值时，表明去离子装置30需要更换，因此，可通过打开去离子装置维修盖107，直接替换维护膨胀水壶10的腔室的第二空间102内的去离子装置30。
进一步的，通过电导率测试仪20的与其检测端201相对的另一端附近的冷却液注入口，将冷却液注入膨胀水壶10的腔室内，并经过位于膨胀水壶10的腔室的底部的第二空间102的去离子装置30处理后，由维护膨胀水壶10的腔室的底部的补水口104输入到系统。
进一步的，位于膨胀水壶10底部的液位传感器50实时检测膨胀水壶10的腔室内的冷却液的液位，当冷却液的液位低于预先设置的液位阈值时，通过位于膨胀水壶10顶部的进水口103添加水，以确保膨胀水壶10的腔室内的液位保持在安全数值。
上述实施方式的优点如下：
1)重量更轻、装配更方便、可靠性更高
通过将去离子装置30、电导率测试仪20集成在膨胀水壶10中，不仅能减少很多固定结构以及连接结构，从而降低成本，而且还能减轻整个系统的重量，同时能减少装配工序，降低风险，提高整个系统的可靠性。
2)防止拆装时引入杂物
通过在电导率测试仪20的检测端201与膨胀水壶10的腔室之间设置过滤网结构105，既能保证测试数值的准确性，又能防止拆装时杂物进入系统。
3)更换部件更方便
因燃料电池长期工作中，需要通过膨胀水壶10往系统中补充冷却液，所以膨胀水壶10一般安装在燃料电池系统外便于操作的地方。当需要维修更换电导率测试仪20或者去离子装置30时，不再需要对燃料电池系统本身进行操作，只需要在膨胀水壶10上直接进行操作即可，提高了维修方便性。
4)集成化布置更高效、应用场景更广泛
集成之后的方案在布置时只需要考虑水壶的布置即可，不再需要单独考虑电导率测试仪20以及去离子装置30的布置，简化了布置工作，提高了工作效率，同时集成后可以有效降低整个系统的体积，扩大燃料电池的应用场景。
综上所述，上述实施方式提供的燃料电池热管理系统既能够更有效地实时检测和控制热管理系统冷却液的电导率，保证燃料电池安全持续工作，又能够减小燃料电池系统的体积，提高集成性，扩大燃料电池系统的应用场景，还能够有效提高燃料电池系统的可靠性，减少生产和维修时的装配工序，简化质量管控的难度。
需要说明的是，在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
并且，在本专利的权利要求书和说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。本专利的权利要求书和说明书中，如果提到根据某要素执行某行为，则是指至少根据该要素执行该行为的意思，其中包括了两种情况：仅根据该要素执行该行为、和根据该要素和其它要素执行该行为。
虽然通过参照本发明的某些优选实施例，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种燃料电池热管理系统，包含：膨胀水壶、电导率测试仪、去离子装置，其中，
所述膨胀水壶包含第一空间和第二空间、电导率测试仪插入口和去离子装置维修盖；
所述电导率测试仪的检测端位于所述第一空间内，用于对所述膨胀水壶腔室内的冷却液进行电导率检测；
所述去离子装置位于所述第二空间内，用于降低通过其中的冷却液的电导率；
所述去离子装置维修盖位于所述去离子装置的一端，用于在所述电导率测试仪测得的所述膨胀水壶腔室内的冷却液的电导率高于预先设置的电导率阈值时，直接更换所述去离子装置。
2.如权利要求1所述的燃料电池热管理系统，其特征在于，所述膨胀水壶还包含过滤网结构，用于在所述膨胀水壶腔室内分隔出用于容置所述电导率测试仪检测端的第一空间。
3.如权利要求1所述的燃料电池热管理系统，其特征在于，所述膨胀水壶还包含另一个过滤网结构、隔板和密封件，用于在所述膨胀水壶腔室内分隔出用于容置所述去离子装置的第二空间。
4.如权利要求1所述的燃料电池热管理系统，其特征在于，还包含：液位传感器，所述液位传感器用于实时检测所述膨胀水壶腔室内的冷却液的液位。
5.如权利要求1所述的燃料电池热管理系统，其特征在于，所述去离子装置维修盖上设置有弹簧结构，用于向所述去离子装置提供推压力。
6.如权利要求1所述的燃料电池热管理系统，其特征在于，所述电导率测试仪部分地固定在膨胀水壶外部。
7.如权利要求1所述的燃料电池热管理系统，其特征在于，所述膨胀水壶上设置有辅助固定部件，用于固定所述电导率测试仪的一端。
8.如权利要求1所述的燃料电池热管理系统，其特征在于，所述液位传感器位于所述膨胀水壶底部。
9.如权利要求1所述的燃料电池热管理系统，其特征在于，所述电导率阈值为5μs/cm。
10.如权利要求1所述的燃料电池热管理系统，其特征在于，所述膨胀水壶还包含位于膨胀水壶顶部的进水口。
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