CN112993322B - 提高燃料电池散热能力的方法、装置及燃料电池冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种提高燃料电池散热能力的方法、装置及燃料电池冷却系统，该提高燃料电池散热能力的方法，包括：获取冷却管道内冷却液的当前折射率；根据当前折射率获得当前冰点值；根据当前冰点值控制仪表显示信息；根据当前冰点值控制散热器的开度增大或减小，直至当前冰点值落入预设冰点阈值内。本发明的提高燃料电池散热能力的方法中，根据当前冰点值显示信息，同时控制散热器的开度，根据信息可以对人员提供下一步的操作指导，无需一直加注冷却液能够一定程度降低运营成本，同时控制散热器开度能够提高燃料电池的散热能力。

Description

提高燃料电池散热能力的方法、装置及燃料电池冷却系统

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种提高燃料电池散热能力的方法、装置及燃料电池冷却系统。

背景技术

目前燃料电池公交车快速发展，各地区氢燃料电池公交车遍地开花。

燃料电池发动机中的双极板要求低的腐蚀速率才能够延长电堆的使用寿命，因此氢燃料电池冷却系统对冷却介质要求极高，需使用专门的低电导率的冷却液，由于普通冷却液电导率>2000μS/cm，无法满足燃料电池发动机的正常运行。与传统动力相比，氢燃料电池适宜工作温度为70-80℃，工作中由于欧姆电阻、产生的水蒸气冷凝放热、电化学反应的焓变（通过双极板进行热交换），热量中的80%-90%产生于阴极侧催化剂层，约有95%依赖于冷却液带走。冷却液在电池组内部双极板的孔道中循环，带走产生的热量，因此两者的兼容性十分重要。燃料电池冷却液使用不当，会对燃料电池发动机产生不可修复的损伤，最明显的现象是电导率急剧上升，导致燃料电池报绝缘故障，严重时直接导致燃料电池寿命受损，功率衰减，无法满足车辆的正常运营。

随机抽取潍坊30辆氢燃料电池车1年的运营数据进行统计分析。氢燃料电池冷却液消耗量约50升/月，而当前冷却液市场价约100元/升（被国外产品垄断），30辆车仅冷却液年消耗费用约6万元/年。据此推算200辆车辆冷却液年消耗量约40万元/年，运营成本昂贵。另外冷却液消耗后通过一直加注冷却液，长时间后，冷却液中的防冻剂浓度不断升高，粘度增大（前期已做过相关实验，确认冷却液损失掉的物质为水），产生的后果：1、冷却液系统中粘度增大，改变比热容值，导致原散热匹配最佳状态改变；2、长期加注冷却液，成本昂贵。

综上所述，现有的燃料电池散热使用大量冷却液、成本高，且长时间使用会导入散热效果不好。

发明内容

本发明的目的是至少解决现有的燃料电池散热使用大量冷却液、成本高，且长时间使用会导入散热效果不好的问题。该目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的提出了一种提高燃料电池散热能力的方法，应用于燃料电池，所述燃料电池与冷却管道连通，所述冷却管道上设置有散热器，其特征在于，具体包括以下步骤：

获取所述冷却管道内冷却液的当前折射率；

根据所述当前折射率获得当前冰点值；

根据所述当前冰点值控制仪表显示信息；根据所述当前冰点值控制所述散热器的开度增大或减小，直至所述当前冰点值落入预设冰点阈值内。

根据本发明的提高燃料电池散热能力的方法中，获取所述冷却管道内冷却液的当前折射率，根据所述当前折射率获得当前冰点值，再根据当前冰点值显示信息，同时控制散热器的开度，根据信息可以对人员提供下一步的操作指导，无需一直加注冷却液能够一定程度降低运营成本，同时控制散热器开度能够提高燃料电池的散热能力。

另外，根据本发明的提高燃料电池散热能力的方法，还可具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述根据所述当前折射率获得当前冰点值包括：

根据所述当前折射率获得当前浓度值，根据所述当前浓度值获得当前冰点值。

在本发明的一些实施例中，所述根据所述当前冰点值控制所述散热器的开度增大或减小，直至所述当前冰点值落入预设冰点阈值内包括：

根据所述当前冰点值控制所述散热器的开度增大或减小，直至所述当前冰点值落入第一预设冰点值与第二预设冰点值之间的阈值范围内，其中，所述第一预设冰点值小于所述第二预设冰点值。

在本发明的一些实施例中，所述根据所述当前冰点值控制所述散热器的开度增大或减小包括：

根据所述当前冰点值大于所述第二预设冰点值，控制所述散热器的开度减小；

根据所述当前冰点值小于所述第一预设冰点值，控制所述散热器的开度增大。

在本发明的一些实施例中，所述根据所述当前冰点值控制仪表显示信息后还包括：

根据所述当前冰点值大于所述第二预设冰点值，提示用户添加冷却液；

根据所述当前冰点值小于所述第一预设冰点值，提示用户添加去离子水。

在本发明的一些实施例中，所述根据所述当前冰点值小于所述第一预设冰点值，提示用户添加去离子水还包括所述去离子水的电导率小于预设电导率。

在本发明的一些实施例中，所述根据所述当前冰点值控制仪表显示信息包括：

所述根据所述当前冰点值控制仪表显示冰点数据。

本发明还提供了一种提高燃料电池散热能力的装置，所述提高燃料电池散热能力的装置用于执行如上所述的提高燃料电池散热能力的方法，其中，该提高燃料电池散热能力的装置包括：获取单元、计算单元、仪表和散热器控制单元，其中：所述获取单元用于获取所述冷却管道内冷却液的当前折射率；

所述计算单元用于根据所述当前折射率获得当前冰点值；

所述仪表用于根据所述当前冰点值控制仪表显示信息；

所述散热器控制单元用于根据所述当前冰点值控制所述散热器的开度增大或减小，直至所述当前冰点值落入预设冰点阈值内。

本发明还提供了一种燃料电池冷却系统，包括如上所述的提高燃料电池散热能力的装置，存储器内存储有如上所述的提高燃料电池散热能力的方法的指令方法，其中，所述燃料电池冷却系统还包括：

折射率仪，所述折射率仪设置于所述冷却管道上，且所述折射率仪的进口端与所述散热器的出口端连通。

在本发明的一些实施例中，所述燃料电池冷却系统还包括：水箱和去离子器，所述水箱与所述燃料电池的出口连通，所述去离子器设置于所述水箱与所述散热器之间。

附图说明

通过阅读下文优选实施例的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例提供的提高燃料电池散热能力的方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的乙二醇冷却液浓度与冰点对应的表；

图3为本发明实施例提供的燃料电池冷却系统的结构示意图。

附图中各标号表示如下：

1：燃料电池；2：散热器；3：折射率仪；4：去离子器；5：水箱；6：冷却管道。

具体实施例

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施例的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。

尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施例的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向（旋转90度或者在其它方向）并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。

如图3所示，本实施例中的提高燃料电池1散热能力的方法，应用于燃料电池1，燃料电池1与冷却管道6连通，冷却管道6上设置有散热器2，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1、获取冷却管道6内冷却液的当前折射率；

S2、根据当前折射率获得当前冰点值；

S3、根据当前冰点值控制仪表显示信息；根据当前冰点值控制散热器2的开度增大或减小，直至当前冰点值落入预设冰点阈值内。

具体地，获取冷却管道6内冷却液的当前折射率，根据当前折射率获得当前冰点值，再根据当前冰点值显示信息，同时控制散热器2的开度，根据信息可以对人员提供下一步的操作指导，根据信息可以加入去离子水或冷却液。无需像现有技术中一直加注冷却液能够一定程度降低运营成本，同时控制散热器2开度能够提高燃料电池1的散热能力。加注去离子水或者冷却液，使冷却液在夏季保持较好的散热性、冬季保持较好的防冻性。

需要说明的是，由于冷却液中添加防冻剂（乙二醇型、丙二醇型等）的不同浓度具有不同的折射率，可以在燃料电池1冷却管道6实时采集冷却液中防冻剂的折射率，从而得出冰点值并发往仪表和整车控制器。冰点是指在标准大气压下，水开始凝结成冰时的温度。通常是指水在0℃结冰，叫做冰点。

在本发明的一些实施例中，根据当前折射率获得当前冰点值包括：

根据当前折射率获得当前浓度值，根据当前浓度值获得当前冰点值。

根据冷却液中防冻剂的当前折射率获得防冻剂的当前浓度值，再根据防冻剂的当前浓度值获得冷却液的当前冰点值；防冻剂为乙二醇，如图2中的表所示，可以根据乙二醇的体积浓度查到对应的冰点值。

在本发明的一些实施例中，根据当前冰点值控制散热器2的开度增大或减小，直至当前冰点值落入预设冰点阈值内包括：

根据当前冰点值控制散热器2的开度增大或减小，直至当前冰点值落入第一预设冰点值与第二预设冰点值之间的阈值范围内，其中，第一预设冰点值小于第二预设冰点值。

第一预设冰点值为-50℃，第二预设冰点值为-20℃。

在本发明的一些实施例中，根据当前冰点值控制散热器2的开度增大或减小包括：

根据当前冰点值大于第二预设冰点值，控制散热器2的开度减小；

根据当前冰点值小于第一预设冰点值，控制散热器2的开度增大。

当冰点值小于-20℃时，仪表提醒信息为：请添加-35℃的冷却液；当冰点值大于-50℃时，仪表提醒信息为：请添加去离子水。设置去离子水可以去除防冻剂，减小防冻剂浓度。可以根据仪表酌情添加冷冻剂或去离子水。

在本发明的一些实施例中，根据当前冰点值控制仪表显示信息后还包括：

根据当前冰点值大于第二预设冰点值，提示用户添加冷却液；

根据当前冰点值小于第一预设冰点值，提示用户添加去离子水。

在本发明的一些实施例中，根据当前冰点值小于第一预设冰点值，提示用户添加去离子水还包括去离子水的电导率小于预设电导率。

具体地，预设电导率为1Us/cm，燃料电池1需要加电导率较小的去离子水。

在本发明的一些实施例中，根据当前冰点值控制仪表显示信息包括：

根据当前冰点值控制仪表显示冰点数据。

具体地，仪表显示冰点数据也可以显示提示的文字内容，如请添加电导率小于1uS/cm的去离子水、请添加-35℃的燃料电池1冷却液或燃料电池1冷却液冰点值为××℃。

本发明还提供了一种提高燃料电池1散热能力的装置，提高燃料电池1散热能力的装置用于执行如上的提高燃料电池1散热能力的方法，其中，该提高燃料电池1散热能力的装置包括：获取单元、计算单元、仪表和散热器2控制单元，其中：获取单元用于获取冷却管道6内冷却液的当前折射率；

计算单元用于根据当前折射率获得当前冰点值；

仪表用于根据当前冰点值控制仪表显示信息；

散热器2控制单元用于根据当前冰点值控制散热器2的开度增大或减小，直至当前冰点值落入预设冰点阈值内。

如图3所示，本发明还提供了一种燃料电池1冷却系统，包括如上的提高燃料电池1散热能力的装置，存储器内存储有如上的提高燃料电池1散热能力的方法的指令方法，其中，燃料电池1冷却系统还包括：

折射率仪3，折射率仪3设置于冷却管道6上，且折射率仪3的进口端与散热器2的出口端连通。

具体地，折射率仪3是利用光线测试液体浓度的仪器，其原理为某种介质的折射率等于光在真空中的速度C跟光在介质中的相速度V之比。

在本发明的一些实施例中，燃料电池1冷却系统还包括：水箱5和去离子器4，水箱5与燃料电池1的出口连通，去离子器4设置于水箱5与散热器2之间。

具体地，设置去离子器4是为了减小冷却液的电导率，使其符合燃料电池1的要求。

本发明提供的燃料电池1冷却系统中，当冰点值小于-20℃时，仪表提醒信息为：请添加-35℃的燃料电池1冷却液；显示信息为：燃料电池1冷却液冰点值为××℃。此时控制散热器2风扇减少开度，降低散热量。当冰点值大于-50℃时，仪表提醒信息为：请添加电导率小于1uS/cm的去离子水；显示信息为：燃料电池1冷却液冰点值为××℃。此时控制散热器2风扇增大开度，增加散热量。当冰点值介于-（50第一-20）℃时，仪表不提醒，但显示信息为：燃料电池1冷却液冰点值为××℃。此时按照正常状态控制散热风扇的开度。此信号值发往仪表，司机及售后人员可根据仪表信息进行添加冷却液或者去离子水。

需要说明的是，本发明的实施例中，提高燃料电池散热能力的方法中未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现，在此就不一一赘述。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种提高燃料电池散热能力的方法，应用于燃料电池，所述燃料电池与冷却管道连通，所述冷却管道上设置有散热器，其特征在于，具体包括以下步骤：

获取所述冷却管道内冷却液的当前折射率；

根据所述当前折射率获得当前冰点值；

根据所述当前冰点值控制仪表显示信息；根据所述当前冰点值控制所述散热器的开度增大或减小，直至所述当前冰点值落入预设冰点阈值内；

所述根据所述当前冰点值控制所述散热器的开度增大或减小，直至所述当前冰点值落入预设冰点阈值内包括：

根据所述当前冰点值控制所述散热器的开度增大或减小，直至所述当前冰点值落入第一预设冰点值与第二预设冰点值之间的阈值范围内，其中，所述第一预设冰点值小于所述第二预设冰点值；

所述根据所述当前冰点值控制所述散热器的开度增大或减小包括：

根据所述当前冰点值大于所述第二预设冰点值，控制所述散热器的开度减小；

根据所述当前冰点值小于所述第一预设冰点值，控制所述散热器的开度增大。

2.根据权利要求1所述的提高燃料电池散热能力的方法，其特征在于，所述根据所述当前折射率获得当前冰点值包括：

根据所述当前折射率获得当前浓度值，根据所述当前浓度值获得当前冰点值。

3.根据权利要求1所述的提高燃料电池散热能力的方法，其特征在于，所述根据所述当前冰点值控制仪表显示信息后还包括：

根据所述当前冰点值大于所述第二预设冰点值，提示用户添加冷却液；

根据所述当前冰点值小于所述第一预设冰点值，提示用户添加去离子水。

4.根据权利要求3所述的提高燃料电池散热能力的方法，其特征在于，所述根据所述当前冰点值小于所述第一预设冰点值，提示用户添加去离子水还包括：所述去离子水的电导率小于预设电导率。

5.根据权利要求1所述的提高燃料电池散热能力的方法，其特征在于，所述根据所述当前冰点值控制仪表显示信息包括：

所述根据所述当前冰点值控制仪表显示冰点数据。

6.一种提高燃料电池散热能力的装置，所述提高燃料电池散热能力的装置用于执行权利要求1-5任一项所述的提高燃料电池散热能力的方法，其特征在于，该提高燃料电池散热能力的装置包括：获取单元、计算单元、仪表和散热器控制单元，其中：所述获取单元用于获取所述冷却管道内冷却液的当前折射率；

所述计算单元用于根据所述当前折射率获得当前冰点值；

所述仪表用于根据所述当前冰点值控制仪表显示信息；

所述散热器控制单元用于根据所述当前冰点值控制所述散热器的开度增大或减小，直至所述当前冰点值落入预设冰点阈值内。

7.一种燃料电池冷却系统，包括如权利要求6所述的提高燃料电池散热能力的装置，存储器内存储有权利要求1至5中任一项所述的提高燃料电池散热能力的方法的指令方法，其特征在于，所述燃料电池冷却系统还包括：

折射率仪，所述折射率仪设置于所述冷却管道上，且所述折射率仪的进口端与所述散热器的出口端连通。

8.根据权利要求7所述的燃料电池冷却系统，其特征在于，所述燃料电池冷却系统还包括：水箱和去离子器，所述水箱与所述燃料电池的出口连通，所述去离子器设置于所述水箱与所述散热器之间。

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