CN112421073A - 快速提高燃料汽车氢能汽车电堆温度的控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种快速提高燃料汽车氢能汽车电堆温度的控制系统及方法，该控制系统包括：电堆、第一截止阀、第二截止阀、第一水泵、节温器、散热器、加热器和第二水泵；所述电推入水口连接节温器的输出端，所述节温器第一输入端和第二输入端分辨连接散热器输出端和加热器输出端，所述散热器输入端和加热器输入端均连接第一水泵的一端，所述第一水泵的另一端连接所述电推出水口，所述电推出水口还连接第一截止阀的一端，第一截止阀的另一端连接第二水泵的一端，所述第二水泵的另一端连接第二截止阀的一端，所述第二截止阀的另一端连接电堆入水口。本发明的有益效果是：提高了电堆温度升高的速率。

Description

快速提高燃料汽车氢能汽车电堆温度的控制系统及方法
技术领域
本发明涉及氢能汽车领域，尤其涉及一种快速提高燃料汽车氢能汽车电堆温度的控制系统及方法。
背景技术
随着化石能源的逐渐枯竭，为了找到替代的能源，新能源的研究日渐得到广泛关注。燃料电池作为新能源的一个分支，可通过电化学反应将氢气和氧气的化学能直接转化为电能，因其发电效率高被视为全球最具发展潜力的清洁能源之一，也越来越广泛的应用于各种场所。
质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为一类可在低温下运行的燃料电池，常被应用于车用发动机系统和备用电源系统。
质子交换膜燃料电池系统的工作原理是将空气和氢气输入燃料电池电堆进行电化学反应将化学能转换为电能，电堆直接输出电能。电堆在产生电能的同时，也会伴随大量的热损耗，为了防止电堆温度过高从而损害电堆，需要用冷却水将电堆产生的大量的热能通过热传递带出。因此质子交换膜燃料电池系统主要有三个流体子系统，分别为空气系统、氢气系统和冷却系统。
燃料电池催化剂在高温下才具有较高的电催化活性，电堆温度过低，催化剂活性不高，电化学反应不充分，会影响电堆输出性能；氢质子通过水作为桥梁在阳极和阴极间进行传输，电堆温度过高，膜电极湿度偏低，影响质子传导，也会影响电堆的输出性能。因此，电堆在合适的温度下才能输出最高的电性能。
目前燃料电池系统依靠热损耗对冷却液进行加热，从启动到达到额定功率的过程中，由于系统温度无法快速响应，电堆膜电极无法高效率的进行电化学反应，从而电堆的输出功率也无法快速到达额定功率。为了提高电堆升功率速率，需要快速提高燃料汽车氢能汽车电堆温度。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种快速提高燃料汽车氢能汽车电堆温度的控制系统及方法，一种快速提高燃料汽车氢能汽车电堆温度的控制系统，包括：电堆、第一截止阀、第二截止阀、第一水泵、节温器、散热器、加热器和第二水泵；所述电推入水口连接节温器的输出端，所述节温器第一输入端和第二输入端分辨连接散热器输出端和加热器输出端，所述散热器输入端和加热器输入端均连接第一水泵的一端，所述第一水泵的另一端连接所述电推出水口，所述电推出水口还连接第一截止阀的一端，第一截止阀的另一端连接第二水泵的一端，所述第二水泵的另一端连接第二截止阀的一端，所述第二截止阀的另一端连接电堆入水口。
进一步地，所述加热器用于对冷却液进行加热。
进一步地，所述节温器用于根据冷却水温度的高低自动调节进入散热器的冷却液流量。
进一步地，所述散热器用于电推散热。
一种快速提高燃料汽车氢能汽车电堆温度的控制方法，用于氢能汽车，基于上述的一种快速提高燃料汽车氢能汽车电堆温度的控制系统进行实现，所述电堆、第一截止阀、第二截止阀和第二水泵组成支回路，所述电堆、节温器、散热器、加热器和第一水泵组成主回路；主要包括以下步骤：
S1：所述控制系统开始工作时，先打开第一截止阀和第二截止阀，通过电堆产生的热量对支回路进行加热，第二水泵开启并开始工作，用于使支回路温度分布均匀；
S2：当支回路温度达到第一预设温度范围时，打开主回路中的第一水泵和调节节温器，加热器开始工作，使得电推温度保持在所述第一预设温度范围内，主回路中的冷却液温度升高；
S3：再次调节第一水泵和节温器，使得主回路上的冷却液温度能够使电堆温度均匀时，关闭第一截止阀、第二截止阀和第二水泵，使得冷却液只经过主回路；
S4：当冷却液温度达到第二预设温度范围时，再次调节第一水泵和节温器，使得冷却液带走的热量与散热器散掉的热量平衡，从而达到实现快速提高燃料汽车氢能汽车电堆温度的目的。
进一步地，所述调节节温器是指调节节温器的角度，用来控制冷却液的流量。
进一步地，所述第一预设温度范围为30°～60°。
进一步地，所述第二预设温度范围为67°～70°。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：操作简单，易实行，实现了快速提高燃料汽车氢能汽车电堆温度的目的。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例中一种快速提高燃料汽车氢能汽车电堆温度的控制系统的结构图；
图2是本发明实施例中一种快速提高燃料汽车氢能汽车电堆温度的控制方法的流程图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
一般燃电系统的冷却回路为水泵→散热器/加热器→节温器→电堆→水泵，在低温下，燃电系统只能通过电堆工作和加热器工作对整个冷却循环系统的冷却液进行加热，由于冷却循环的管路过长冷却液过多，导致电堆温度提升缓慢，无法快速响应系统升功率需求。本发明在燃电系统通用冷却结构的基础上进行局部优化，新增一条含有两个截止阀和一个水泵的冷却支路，提供了一种快速提高燃料汽车氢能汽车电堆温度的控制系统及方法。在该系统启动时，支路上的两个截止阀打开，水泵工作，使电堆温度分布均匀，通过电堆产生的大量热快速的均匀的提高电堆温度。随着系统功率的提高，电堆温度也达到最佳工作温度，所述最佳工作温度是根据专家经验得到的。慢慢打开大循环里的水泵和节温器，再关掉两个截止阀和支路上的水泵，从而既维持了电堆的温度，也在缓慢的将整个系统的温度提高到合适的温度，整个过程电堆一直处于合适的温度，系统就可以快速的进行升功率运行。
该控制系统：电堆1、第一截止阀2、第二截止阀3、第一水泵4、节温器5、散热器6、加热器7和第二水泵8；
所述电推1入水口连接节温器5的输出端，所述节温器5第一输入端和第二输入端分辨连接散热器6输出端和加热器7输出端，所述散热器6输入端和加热器7输入端均连接第一水泵4的一端，所述第一水泵4的另一端连接所述电推1出水口，所述电推1出水口还连接第一截止阀2的一端，第一截止阀2的另一端连接第二水泵8的一端，所述第二水泵8的另一端连接第二截止阀3的一端，所述第二截止阀3的另一端连接电堆1入水口；
所述加热器7用于对冷却液进行加热；
所述节温器5用于根据冷却水温度的高低自动调节进入散热器的冷却液流量；
所述散热器6用于电推散热；
所述电堆1、第一截止阀2、第二截止阀3和第二水泵8组成支回路，所述电堆1、节温器5、散热器6、加热器7和第一水泵4组成主回路；
S1：所述控制系统开始工作时，先打开第一截止阀2和第二截止阀3，通过电堆1产生的热量对支回路进行加热，第二水泵8开启并开始工作，用于使支回路温度分布均匀；第二水泵8的开启使电堆1支回路温度分布均匀，不会损害电堆1；
S2：当支回路温度达到合适的温度时，打开主回路中的第一水泵4和缓慢调节节温器5角度，加热器7开始工作，从而使得电推1温度保持在所述合适的温度，主回路中的冷却液温度也在升高；
S3：再次缓慢调节第一水泵4和节温器5，当主回路上的温度达到30°～60°范围时，使得主回路上的冷却液温度能够使电堆1温度均匀时，关闭第一截止阀2、第二截止阀3和第二水泵8，使得冷却液只经过主回路；因此电堆温度继续维持在合适的温度，整个系统的冷却液温度也不会产生较大温差；
S4：当冷却液温度达到67°～70°范围时，再次调节第一水泵4和节温器5，使得冷却液带走的热量与散热器6散掉的热量平衡，维持电堆1处于合适的温度，从而达到实现快速提高电堆1温度的目的。
本发明的有益效果是：操作简单，易实行，实现了快速提高燃料汽车氢能汽车电堆温度的目的。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种快速提高燃料汽车氢能汽车电堆温度的控制系统，其特征在于：该控制系统包括：电堆、第一截止阀、第二截止阀、第一水泵、节温器、散热器、加热器和第二水泵；
所述电推入水口连接节温器的输出端，所述节温器第一输入端和第二输入端分辨连接散热器输出端和加热器输出端，所述散热器输入端和加热器输入端均连接第一水泵的一端，所述第一水泵的另一端连接所述电推出水口，所述电推出水口还连接第一截止阀的一端，第一截止阀的另一端连接第二水泵的一端，所述第二水泵的另一端连接第二截止阀的一端，所述第二截止阀的另一端连接电堆入水口。
2.如权利要求1所述的一种快速提高燃料汽车氢能汽车电堆温度的控制系统，其特征在于：所述加热器用于对冷却液进行加热。
3.如权利要求1所述的一种快速提高燃料汽车氢能汽车电堆温度的控制系统，其特征在于：所述节温器用于根据冷却水温度的高低自动调节进入散热器的冷却液流量。
4.如权利要求1所述的一种快速提高燃料汽车氢能汽车电堆温度的控制系统，其特征在于：所述散热器用于电推散热。
5.一种快速提高燃料汽车氢能汽车电堆温度的控制方法，用于氢能汽车，基于上述权利要求1-4任一种快速提高燃料汽车氢能汽车电堆温度的控制系统进行实现，所述电堆、第一截止阀、第二截止阀和第二水泵组成支回路，所述电堆、节温器、散热器、加热器和第一水泵组成主回路；其特征在于：
S1：所述控制系统开始工作时，先打开第一截止阀和第二截止阀，通过电堆产生的热量对支回路进行加热，第二水泵开启并开始工作，用于使支回路温度分布均匀；
S2：当支回路温度达到第一预设温度范围时，打开主回路中的第一水泵和调节节温器，加热器开始工作，使得电推温度保持在所述第一预设温度范围内，主回路中的冷却液温度升高；
S3：再次调节第一水泵和节温器，使得主回路上的冷却液温度能够使电堆温度均匀时，关闭第一截止阀、第二截止阀和第二水泵，使得冷却液只经过主回路；
S4：当冷却液温度达到第二预设温度范围时，再次调节第一水泵和节温器，使得冷却液带走的热量与散热器散掉的热量平衡，从而达到实现快速提高燃料汽车氢能汽车电堆温度的目的。
6.如权利要求5所述的一种快速提高燃料汽车氢能汽车电堆温度的控制方法，其特征在于：步骤S2和S4中，所述调节节温器是指调节节温器的角度，用来控制冷却液的流量。
7.如权利要求5所述的一种快速提高燃料汽车氢能汽车电堆温度的控制方法，其特征在于：步骤S2中，所述第一预设温度范围为30°～60°。
8.如权利要求5所述的一种快速提高燃料汽车氢能汽车电堆温度的控制方法，其特征在于：步骤S4中，所述第二预设温度范围为67°～70°。
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