CN114274843A - 一种基于液氢汽化冷能利用的车载电池与电控冷却系统 - Google Patents

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杨树东
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Abstract

本发明公开了一种基于液氢汽化冷能利用的车载电池与电控冷却系统，属于氢能汽车散热系统。本发明通过在车载汽化器前布置一换热器，使得液氢燃料在汽化前先在该换热器中与冷却系统中的循环水进行充分换热，冷却后的循环水可用于冷却车载电池与电控等发热部件。因此，上述基于液氢汽化冷能利用的冷却系统可有效降低车载冷却系统的冷却功率，提高氢能汽车的行驶里程，达到节能降耗的目的。

Description

一种基于液氢汽化冷能利用的车载电池与电控冷却系统
技术领域
本发明属于氢能汽车散热系统，具体是一种基于液氢汽化冷能利用的车载电池与电控冷却系统。
背景技术
氢能汽车以氢为能源的最大好处是氢跟空气中的氧反应，仅产生无污染的水蒸气排出，可有效减少了传统汽油车造成的空气污染问题。
氢能汽车一般可分为两种，一种是氢内燃机汽车，一种是氢燃料电池汽车。而以液氢为燃料的氢燃料电池汽车在液氢进入燃料电池中与空气中的氧气进行化学反应前需先经过汽化器，在汽化器中液氢将被汽化成氢气。液氢在汽化器中一般是与外侧空气进行热交换，在此过程中液氢中蕴含的冷能会被外侧空气带走，造成液氢冷能的浪费。另一方面车载电池跟电控等发热部件需进行相应的冷却以保证在一定的温度范围内可靠运行。因此可考虑将液氢汽化冷能用于车载电池与电控等发热部件的冷却，以降低能耗。
发明内容
本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对液氢燃料电池汽车汽化器中浪费的液氢冷能进行回收利用，提出一种基于液氢汽化冷能利用的车载电池与电控冷却系统，该系统可有效降低车载冷却系统的冷却功率，提高氢能汽车的行驶里程，达到节能降耗的目的。
为达到上述目的，本发明的一种基于液氢汽化冷能利用的车载电池与电控冷却系统，包括车载液氢储罐、截止阀、电子膨胀阀、换热器、汽化器、燃料电池、蓄电池、电机、电控系统、变频水泵、膨胀水箱等，所述车载液氢储罐具有液氢出口，所述的换热器具有换热用进水口、换热用出水口、液氢进口、液氢出口，所述的汽化器具有液氢进口、气氢出口，所述的燃料电池具有气氢进口、空气进口、尾气出口，所述的蓄电池具有换热用进水口、换热用出水口，所述电控系统具有换热用进水口、换热用出水口，所述变频水泵具有进水口、出水口，所述膨胀水箱具有进水口、出水口，其特征是：所述车载液氢储罐的液氢出口依次通过电磁阀、电子膨胀阀连通所述换热器的液氢进口，所述换热器的液氢出口通过管路连接所述汽化器的液氢进口，所述汽化器的气氢出口连通所述燃料电池的气氢进口，所述蓄电池的出水口连通所述膨胀水箱的进水口，所述蓄电池的进水口连通所述变频水泵的出水口，所述电控系统的出水口连通所述膨胀水箱的进水口，所述电控系统的进水口连通所述变频水泵的出水口，所述换热器的出水口连通变频水泵的进水口，所述膨胀水箱的出水口连通换热器的进水口。
作为优选技术手段：所述车载液氢储罐的液氢出口依次通过电磁阀、电子膨胀阀连通所述换热器的液氢进口。
作为优选技术手段：所述换热器的液氢出口通过管路连接所述汽化器的液氢进口。
作为优选技术手段：所述汽化器的气氢出口连通所述燃料电池的气氢进口；汽化器自带的变频风机，可根据车辆控制信号调节风机转速，以保证燃料电池气氢进气工况达到进气要求。
作为优选技术手段：所述蓄电池的出水口连通所述膨胀水箱的进水口，所述蓄电池的进水口通过电子膨胀阀连通所述变频水泵的出水口，电子膨胀阀的开度可根据蓄电池上的热负荷进行自动调节。
作为优选技术手段：所述电控系统的出水口连通所述膨胀水箱的进水口，所述电控系统的进水口通过电子膨胀阀连通所述变频水泵的出水口，电子膨胀阀的开度可根据电控系统上的热负荷进行自动调节。
作为优选技术手段：所述换热器的出水口连通变频水泵的进水口。
作为优选技术手段：所述膨胀水箱的出水口连通换热器的进水口。
作为优选技术手段：所述变频水泵运行频率可根据车辆控制信号进行自动调节以满足散热需求。
作为优选技术手段：所述第四电子膨胀阀(15)用于旁通或部分旁通流经换热器的液氢流量，其开度可根据车辆控制信号进行自动调节以满足散热需求。
作为优选技术手段：所述第五电子膨胀阀(16)用于调节进入燃料电池腔中的空气流量，其开度可根据车辆控制信号进行自动调节以满足功率需求。
本发明通过在车载汽化器前布置一换热器，使得液氢燃料在汽化前先在该换热器中与冷却系统中的循环水进行充分换热，冷却后的循环水可用于冷却车载电池与电控等发热部件。因此，上述基于液氢汽化冷能利用的冷却系统可有效降低车载冷却系统的冷却功率，提高氢能汽车的行驶里程，达到节能降耗的目的。
附图说明
图1为本发明一种基于液氢汽化冷能利用的车载电池与电控冷却系统；
图中标号说明：1-车载液氢储罐；2-电磁阀；3-电子膨胀阀；4-换热器；5-汽化器；6-燃料电池；7-蓄电池；8-电机；9-电控系统；10-电子膨胀阀；11-电子膨胀阀；12-变频水泵；13-膨胀水箱；14-变频风机；15-第五电子膨胀阀16-电子膨胀阀。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明做进一步说明。
如图1所示，本发明的一种基于液氢汽化冷能利用的车载电池与电控冷却系统，包括车载液氢储罐1、截止阀2、第一电子膨胀阀3、换热器4、汽化器5、燃料电池6、蓄电池7、电机8、电控系统9、第二电子膨胀阀10、第三电子膨胀阀11、变频水泵12、膨胀水箱13，车载液氢储罐1具有液氢出口，换热器4具有换热用进水口、换热用出水口、液氢进口、液氢出口，汽化器5具有液氢进口、气氢出口，燃料电池6具有气氢进口、空气进口、尾气出口，蓄电池7具有换热用进水口、换热用出水口，电控系统9具有换热用进水口、换热用出水口，变频水泵12具有进水口、出水口，膨胀水箱13具有进水口、出水口，车载液氢储罐1的液氢出口依次通过截止阀2、第一电子膨胀阀3连通所述换热器4的液氢进口，换热器4的液氢出口通过管路连接所述汽化器5的液氢进口，汽化器5的气氢出口连通所述燃料电池6的气氢进口，蓄电池7的出水口连通所述膨胀水箱13的进水口，蓄电池7的进水口通过第二电子膨胀阀10连通所述变频水泵12的出水口，电控系统9的出水口连通所述膨胀水箱13的进水口，电控系统9的进水口通过第三电子膨胀阀11连通所述变频水泵12的出水口，换热器4的出水口连通变频水泵12的进水口，膨胀水箱13的出水口连通换热器4的进水口。
截止阀2在车辆不工作时可用于切断车辆液氢管路供液。第一电子膨胀阀3可根据车辆控制信号调节液氢管路的供液量以匹配车辆所需动力。
换热器4用于将液氢中冷能用于冷却系统循环水，经该换热器4冷却后的循环水可用于冷却车载蓄电池7与电控系统9等发热部件，降低车载冷却系统的冷却功率。
汽化器5用于对换热器4出口的气液两相液氢进行换热汽化，其自带的变频风机14，可根据车辆控制信号调节风机转速，以保证燃料电池6气氢进气工况达到进气要求。
燃料电池6中氢气与空气中的氧气在催化器的作用下进行化学反应，化学能转化成电能给蓄电池7充电用于驱动电机8以及车载电控系统9等耗电部件。
第二电子膨胀阀10的开度可根据蓄电池7上的热负荷进行自动调节。
第三电子膨胀阀11的开度可根据电控系统9上的热负荷进行自动调节。
变频水泵12运行频率可根据车辆控制信号进行自动调节以满足散热需求。
膨胀水箱13用于缓冲循环水路里的压力波动。
第四电子膨胀阀15用于旁通或部分旁通流经换热器的液氢流量，其开度可根据车辆控制信号进行自动调节以满足散热需求。
第五电子膨胀阀16用于调节进入燃料电池6中的空气流量，其开度可根据车辆控制信号进行自动调节以满足功率需求。
车辆启动时，截止阀2、第一电子膨胀阀3、10、11、15、16均开启。工作时，车载液氢储罐1中的液氢经过截止阀2、第一电子膨胀阀3后在换热器4中与循环水进行换热，将冷能传递给循环水；冷却后的循环水，在变频水泵12的驱动下，一部分用于冷却蓄电池7，一部分用于冷却电控系统9。从蓄电池7和电控系统9吸热升温的上述两股循环水汇合后再进入换热器4中，开始新的循环。在换热器4中吸热后的气液两相液氢接着流入汽化器5中，在汽化器中吸热后转变成气态氢，之后进入燃料电池6中与空气中的氧气在催化剂的作用下进行化学反应产生电能给蓄电池7充电。
以上实施例只为说明本发明的技术构思及特点，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种基于液氢汽化冷能利用的车载电池与电控冷却系统，包括车载液氢储罐(1)、截止阀(2)、第一电子膨胀阀(3)、换热器(4)、汽化器(5)、燃料电池(6)、蓄电池(7)、电机(8)、电控系统(9)、第二电子膨胀阀(10)、第三电子膨胀阀(11)、变频水泵(12)、膨胀水箱(13)、第四电子膨胀阀(15)，第五电子膨胀阀(16)，所述车载液氢储罐(1)具有液氢出口，所述的换热器(4)具有换热用进水口、换热用出水口、液氢进口、液氢出口，所述的汽化器(5)具有液氢进口、气氢出口，所述的燃料电池(6)具有气氢进口、空气进口、尾气出口，所述的蓄电池(7)具有换热用进水口、换热用出水口，所述电控系统(9)具有换热用进水口、换热用出水口，所述变频水泵(12)具有进水口、出水口，所述膨胀水箱(13)具有进水口、出水口，其特征是：所述车载液氢储罐(1)的液氢出口依次通过截止阀(2)、第一电子膨胀阀(3)连通所述换热器(4)的液氢进口，所述换热器(4)的液氢出口通过管路连接所述汽化器(5)的液氢进口，所述汽化器(5)的气氢出口连通所述燃料电池(6)的气氢进口，所述蓄电池(7)的出水口连通所述膨胀水箱(13)的进水口，所述蓄电池(7)的进水口通过第二电子膨胀阀(10)连通所述变频水泵(12)的出水口，所述电控系统(9)的出水口连通所述膨胀水箱(13)的进水口，所述电控系统(9)的进水口通过第三电子膨胀阀(11)连通所述变频水泵(12)的出水口，所述换热器(4)的进水口连通膨胀水箱(13)的出水口，所述换热器(4)的出水口连通变频水泵(12)的进水口。
2.根据权利要求1所述的基于液氢汽化冷能利用的车载电池与电控冷却系统，其特征是：所述车载液氢储罐(1)的液氢出口依次通过截止阀(2)、第一电子膨胀阀(3)连通所述换热器(4)的液氢进口；车辆不工作时，截止阀(2)用于切断车辆液氢管路供气；第一电子膨胀阀(3)可根据车辆控制信号调节液氢管路的供液量。
3.根据权利要求1所述的基于液氢汽化冷能利用的车载电池与电控冷却系统，其特征是：所述换热器(4)的液氢出口通过管路连接所述汽化器(5)的液氢进口。
4.根据权利要求1所述的基于液氢汽化冷能利用的车载电池与电控冷却系统，其特征是：所述汽化器(5)的气氢出口连通所述燃料电池(6)的气氢进口；汽化器(5)自带的变频风机(14)，可根据车辆控制信号调节风机转速，以保证燃料电池(6)气氢进气工况达到进气要求。
5.根据权利要求1所述的基于液氢汽化冷能利用的车载电池与电控冷却系统，其特征是：所述蓄电池(7)的出水口连通所述膨胀水箱(13)的进水口，所述蓄电池(7)的进水口通过第二电子膨胀阀(10)连通所述变频水泵(12)的出水口，第二电子膨胀阀(10)的开度可根据蓄电池(7)上的热负荷进行自动调节。
6.根据权利要求1所述的基于液氢汽化冷能利用的车载电池与电控冷却系统，其特征是：所述电控系统(9)的出水口连通所述膨胀水箱(13)的进水口，所述电控系统(9)的进水口通过第三电子膨胀阀(11)连通所述变频水泵(12)的出水口，第三电子膨胀阀(11)的开度可根据电控系统(9)上的热负荷进行自动调节。
7.根据权利要求1所述的基于液氢汽化冷能利用的车载电池与电控冷却系统，其特征是：所述换热器(4)的出水口连通变频水泵(12)的进水口，所述膨胀水箱(13)的出水口连通换热器(4)的进水口。
8.根据权利要求1所述的基于液氢汽化冷能利用的车载电池与电控冷却系统，其特征是：所述变频水泵(12)运行频率根据车辆控制信号进行自动调节。
9.根据权利要求1所述的基于液氢汽化冷能利用的车载电池与电控冷却系统，其特征是：所述第四电子膨胀阀(15)用于旁通或部分旁通流经换热器(4)的液氢流量，其开度根据车辆控制信号进行自动调节。
10.根据权利要求1所述一种基于液氢汽化冷能利用的车载电池与电控冷却系统，其特征是：所述第五电子膨胀阀(16)用于调节进入燃料电池腔中的空气流量，其开度根据车辆控制信号进行自动调节。
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