CN113119689A - 一种燃料电池热管理能量回收利用系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种燃料电池热管理能量回收利用系统，包括电堆散热管路和暖风装置；电堆散热管路包括与电堆连接的第一水泵、分别与第一水泵连接的升温支路和降温支路、以及分别连接升温支路、降温支路和电堆第一电子三通阀，降温支路上设有散热器和板式换热器；暖风装置包括暖风管路和鼓风机，暖风管路包括通过管路依次串接的第二水泵、第二电子三通阀、第二PTC加热器及暖风芯体，暖风管路还包括换热支路，换热支路中部连接板式换热器、两端分别连接第二电子三通阀和暖风芯体。本发明的有益效果：将燃料电池的散热系统与车辆的供暖系统相关联，利用燃料电池中冷却液散热需要舍弃的热量对车辆乘员仓进行供暖，提高燃料电池热量的利用效率。
Description
技术领域
本发明涉及新能源汽车供暖系统领域，尤其涉及一种燃料电池热管理能量回收利用系统。
背景技术
燃料电池汽车是一种用车载燃料电池装置产生的电力作为动力的汽车。车载燃料电池装置所使用的燃料为高纯度氢气或含氢燃料经重整所得到的高含氢重整气。燃料电池是一种不燃烧燃料而直接以电化学反应方式将燃料的化学能转变为电能的高效发电装置。在燃料电池系统运行工作中会产生大量热量，需要冷却系统及时把热量带走，同时又需要控制温度，保证燃料电池的高效。目前市场普遍的做法是通过调节电子三通阀、水泵和散热器三者对燃料电池系统进行散热控温，使燃料电池产生的部分热量直接向外界排放，导致燃料电池产生的热量的利用效率低。
发明内容
有鉴于此，为了解决燃料电池系统进行散热控温导致热量利用效率低的问题，本发明的实施例提供了一种燃料电池热管理能量回收利用系统。
本发明的实施例提供一种燃料电池热管理能量回收利用系统，包括电堆散热管路和暖风装置；
所述电堆散热管路包括与电堆的冷却液出口连接的第一水泵、分别与所述第一水泵连接的升温支路和降温支路、以及分别连接所述升温支路、所述降温支路和所述电堆的冷却液进口的第一电子三通阀，所述降温支路上设有散热器和板式换热器；
所述暖风装置包括暖风管路和鼓风机，所述暖风管路包括通过管路依次串接的第二水泵、第二电子三通阀、第二PTC加热器及暖风芯体，所述暖风管路还包括换热支路，所述换热支路中部连接所述板式换热器、两端分别连接所述第二电子三通阀和所述暖风芯体，所述鼓风机与所述暖风芯体相对设置，用于向所述暖风芯体吹风形成供暖气流。
进一步地，所述电堆散热管路还包括颗粒过滤器，所述颗粒过滤器靠近所述电堆的冷却液进口。
进一步地，所述电堆散热管路还包括回流支路，所述回流支路一端连接所述第一电子三通阀流向所述电堆的冷却液进口一端、另一端连接所述第一水泵的泵入端，所述回流支路上设有中冷器和去离子器。
进一步地，所述升温支路上设有第一PTC加热器。
进一步地，所述第一水泵的泵入端还连接第一膨胀水箱。
进一步地，所述电堆散热管路上靠近所述电堆的冷却液进口一端和冷却液进口出端分别设有两温度传感器。
进一步地，所述暖风管路还包括与所述第二水泵泵入端连接的第二膨胀水箱。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明的一种燃料电池热管理能量回收利用系统，将燃料电池的散热系统与车辆的供暖系统相关联，利用燃料电池中冷却液散热需要舍弃的热量对车辆乘员仓进行供暖，提高燃料电池热量的利用效率；同时由于热量经由板式换热器进入供暖管路，可降低对散热器的散热能力的要求；与传统新能源车暖风使用PTC供暖相比，利用燃料电池热量可降低整车功耗，增加续驶里程；另外还可以通过调节第二电子三通阀的开合程度，可以有效、快速调节暖风温度，增加乘员舒适性。
附图说明
图1是本发明一种燃料电池热管理能量回收利用系统的示意图。
图中：1-电堆、2-第一水泵、3-升温支路、4-降温支路、5-散热器、6-板式换热器、7-第一PTC加热器、8-第一电子三通阀、9-颗粒过滤器、10-第一膨胀水箱、11-回流支路、12-中冷器、13-去离子器、14-温度传感器、15-第二水泵、16-第二电子三通阀、17-第二PTC加热器、18-暖风芯体、19-鼓风机、20-换热支路、21-第二膨胀水箱、22-乘员舱。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1，本发明的实施例提供了一种燃料电池热管理能量回收利用系统，主要应用于燃料电池汽车，具体由电堆散热管路和暖风装置两部分组成。
在本实施例中燃料电池电堆1工作要求进堆冷却液温度为70℃，出堆冷却液温度为80℃，进出堆温差≤10℃，所述电堆散热管路通过冷却液带出燃料电池热量，并将热量引入所述暖风装置中进行利用。
具体的，所述电堆散热管路与电堆1串联，用于向所述电堆1内循环输入冷却液。所述电堆散热管路包括与电堆1的冷却液出口连接的第一水泵2、分别与所述第一水泵2连接的升温支路3和降温支路4、以及分别连接所述升温支路3、所述降温支路4和所述电堆1的冷却液进口的第一电子三通阀8。
所述电堆1、所述第一水泵2、所述升温支路3和所述降温支路4通过所述第一电子三通阀8构成循环回路。所述第一水泵2的泵入端与所述电堆1的冷却液出口，所述第一水泵2泵吸冷却液，并使冷却液经由所述升温支路3和降温支路4进行分流，所述第一电子三通阀8可控制所述升温支路3连通，所述升温支路3用于对冷却液进行加热升温；所述第一电子三通阀8也可以控制所述降温支路4连通，所述降温支路4用于对冷却液进行降温，所述升温支路3或所述降温支路4对冷却液的温度进行调节，使其温度保持在70℃，满足进入电堆1的要求。
在本实施例中，所述降温支路4上设有散热器5和板式换热器6，冷却液先后流经所述板式换热器6和所述散热器5。所述升温支路3上设有第一PTC加热器7，所述第一PTC加热器7用以对冷却液进行加热。
由所述升温支路3或所述降温支路4流出的冷却液回流所述电堆1，对所述电镀1进行冷却。这里所述电堆散热管路还包括颗粒过滤器9，所述颗粒过滤器9靠近所述电堆1的冷却液进口，所述颗粒过滤器9设置于所述第一电子三通阀8与所述电堆1的冷却液进口之间，用于对所述电堆散热管路中循环流动的冷却液进行过滤。
另外，所述第一水泵2的泵入端还连接第一膨胀水箱10，所述第一膨胀水箱10内存储有冷却液。进一步的，所述电堆散热管路还包括回流支路11，所述回流支路11一端连接所述第一电子三通阀8流向所述电堆1的冷却液进口一端、另一端连接所述第一水泵2的泵入端，所述回流支路11上设有中冷器12和去离子器13。所述回流支路11使颗粒过滤器14滤下的冷却液进行去离子处理，然后重新流回所述电堆散热管路使用。
优选的，所述电堆散热管路上靠近所述电堆1的冷却液进口一端和冷却液进口出端分别设有两温度传感器14，通过两所述温度传感器14可以直观的监测流入和流出所述电堆1的冷却液的温度。
所述暖风装置包括暖风管路和鼓风机19，所述暖风管路包括通过管路依次串接的第二水泵15、第二电子三通阀16、第二PTC加热器17及暖风芯体18，所述暖风管路还包括换热支路20，所述换热支路20中部连接所述板式换热器、6两端分别连接所述第二电子三通阀16和所述暖风芯体18。所述鼓风机19与所述暖风芯体18相对设置，用于向所述暖风芯体18吹风形成供暖气流，供暖气流进入乘员舱22为车辆供暖。
所述第二电子三通阀16可以调节所述换热支路20连通或关闭，在所述换热支路20连通时，所述换热支,20通过与板式换热器6连接，进而与所述电堆散热管路上流过的冷却液进行热交换，所述供暖装置可以直接使用所述电堆散热管路上冷却液携带热量。
所述暖风管路还包括与所述第二水泵15泵入端连接的第二膨胀水箱21，所述第二膨胀水箱21内存储有供暖水，通过所述第二水泵15将所述第二膨胀水箱21内的供暖水泵入所述暖风管路内供使用。
上述燃料电池热管理能量回收利用系统的工作过程为：初始时刻，所述第一水泵抽2吸所述第一膨胀水箱10内的冷却液至所述电堆散热管路，所述第一电子三通阀8使所述升温支路3连通，冷却液经过所述第一PTC加热器7加热至70℃后流入所述电堆1对所述电堆1进行降温，之后所述第一电子三通阀8使所述降温支路4连通，冷却液流经所述板式换热器6和所述散热器5进行降温，冷却液在所述电堆散热管路内循环流动。
待所述电堆1的冷却液出口流出的冷却液稳定在80℃左右时，所述第二电子三通阀16使所述换热支路20连通，供暖水流入所述换热支路20并与所述板式换热器6进行换热升温，然后供暖水流入所述供暖芯体18，所述鼓风机19对所述供暖芯体18吹风形成供暖气流，对乘员舱22内进行供暖。可以通过调节所述第二电子三通阀16的开合程度，调节所述换热支路20内供暖水的流量，进而调节乘员舱22温度。
在所述换热支路20引入的热量满足乘员舱内暖风需求时，只需要持续保证所述换热支路20导通即可。在所述换热支路20引入的热量无法满足乘员舱22内暖风需求时，在所述换热支路20连通的同时，调节所述第二电子三通阀16使供暖水流过所述第二PTC加热器17，所述第二PTC加热器17提供部分热量，来满足乘员舱22暖风温度需求。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
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 (7)
1.一种燃料电池热管理能量回收利用系统，其特征在于：包括电堆散热管路和暖风装置；
所述电堆散热管路包括与电堆的冷却液出口连接的第一水泵、分别与所述第一水泵连接的升温支路和降温支路、以及分别连接所述升温支路、所述降温支路和所述电堆的冷却液进口的第一电子三通阀，所述降温支路上设有散热器和板式换热器；
所述暖风装置包括暖风管路和鼓风机，所述暖风管路包括通过管路依次串接的第二水泵、第二电子三通阀、第二PTC加热器及暖风芯体，所述暖风管路还包括换热支路，所述换热支路中部连接所述板式换热器、两端分别连接所述第二电子三通阀和所述暖风芯体，所述鼓风机与所述暖风芯体相对设置，用于向所述暖风芯体吹风形成供暖气流。
2.如权利要求1所述的一种燃料电池热管理能量回收利用系统，其特征在于：所述电堆散热管路还包括颗粒过滤器，所述颗粒过滤器靠近所述电堆的冷却液进口。
3.如权利要求2所述的一种燃料电池热管理能量回收利用系统，其特征在于：所述电堆散热管路还包括回流支路，所述回流支路一端连接所述第一电子三通阀流向所述电堆的冷却液进口一端、另一端连接所述第一水泵的泵入端，所述回流支路上设有中冷器和去离子器。
4.如权利要求1所述的一种燃料电池热管理能量回收利用系统，其特征在于：所述升温支路上设有第一PTC加热器。
5.如权利要求1所述的一种燃料电池热管理能量回收利用系统，其特征在于：所述第一水泵的泵入端还连接第一膨胀水箱。
6.如权利要求1所述的一种燃料电池热管理能量回收利用系统，其特征在于：所述电堆散热管路上靠近所述电堆的冷却液进口一端和冷却液进口出端分别设有两温度传感器。
7.如权利要求1所述的一种燃料电池热管理能量回收利用系统，其特征在于：所述暖风管路还包括与所述第二水泵泵入端连接的第二膨胀水箱。
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