CN114759218B - 一种散热结构、燃料电池系统及散热控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种散热结构、燃料电池系统及散热控制方法，散热控制方法包括：步骤S1：收集并存储燃料电池系统运行生成的水；步骤S2：根据所存储的水的液位及所述燃料电池系统的运行功率，启动不同挡位对散热器进行喷淋散热。本发明提供的散热控制方法，通过收集并存储燃料电池系统运行生成的水，并根据所存储的水的液位及所述燃料电池系统的运行功率，启动不同挡位对散热器进行喷淋散热，使得散热器的散热通过水介质带到环境中。由于水的比热值4.2×10J/(kg·℃)大于空气的比热1.005×10J/(kg·℃)，可以提升散热器的换热能力，进而减小了散热器的体积，降低了燃料电池系统的功耗。

Description

一种散热结构、燃料电池系统及散热控制方法

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其是涉及一种散热结构、燃料电池系统及散热控制方法。

背景技术

随着燃料电池本身以及辅件的技术发展和成熟，氢燃料电池发电作为清洁能源，在汽车领域被较多关注。

目前，车用燃料电池系统的发电功率突破100kW，随着燃料电池功率的提升，燃料电池系统的发热量逐步升高，进而导致整个散热器的体积增大，散热风扇能耗提升。而车辆布置空间局限了散热器的体积，同时燃料电池发电用于自身消耗也减少了动力的输出也降低了系统的效率。

因此，如何提高燃料电池系统的散热能力及效率是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的第一个目的是提供一种散热结构，能够提高燃料电池系统的散热能力及效率。

本发明的第二个目的是提供一种燃料电池系统。

本发明的第三个目的是提供一种散热控制方法。

为了实现上述第一个目的，本发明提供了如下方案：

一种散热控制方法，包括：

步骤S1：收集并存储燃料电池系统运行生成的水；

步骤S2：根据所存储的水的液位及所述燃料电池系统的运行功率，启动不同挡位对散热器进行喷淋散热。

在一个具体的实施方案中，所述步骤S2包括：

步骤S21：判断所存储的水的液位是否高于第一预设液位，若是，则转步骤S22；

步骤S22：判断所述燃料电池系统的运行功率是否大于预设功率值，若是，则转步骤S23，若否，则转步骤S24；

步骤S23：启动第一挡位对散热器进行喷淋散热；

步骤S24：判断存储的液位是否大于第二预设液位，所述第二预设液位高于所述第一预设液位，若是，则转步骤S25，若否，则转步骤S26；

步骤S25：启动第二挡位对所述散热器进行喷淋散热，所述第二挡位的喷淋功率小于所述第一挡位的喷淋功率；

步骤S26：不启动喷淋。

在另一个具体的实施方案中，所述步骤S25中，当启动所述第二挡位喷淋时，根据所述燃料电池系统的运行功率调节风扇转速。

根据本发明的各个实施方案可以根据需要任意组合，这些组合之后所得的实施方案也在本发明范围内，是本发明具体实施方式的一部分。

本发明提供的散热控制方法，通过收集并存储燃料电池系统运行生成的水，并根据所存储的水的液位及所述燃料电池系统的运行功率，启动不同挡位对散热器进行喷淋散热，使得散热器的散热通过水介质带到环境中。

由于水的比热值4.2×10J/(kg·℃)大于空气的比热1.005×10J/(kg·℃) ，可以提升散热器的换热能力，进而减小了散热器的体积，降低了燃料电池系统的功耗。

为了实现上述第二个目的，本发明提供了如下方案：

一种散热结构，包括水回收装置、储存装置、供水装置和喷淋装置；

所述水回收装置的入口与燃料电池系统的排水出口连通，用于回收所述燃料电池系统中生成的水；

所述储存装置的入口与所述水回收装置的出口连通，用于储存水；

所述供水装置的入口与所述储存装置的出口连通，所述供水装置的出口与所述喷淋装置的入口连通，所述供水装置用于将所述储存装置内的水输送至所述喷淋装置内，喷淋散热器；

所述喷淋装置设置有预设个挡位，以根据所述储存装置内存储的水的液位及所述燃料电池系统的运行功率，启动不同挡位对所述散热器进行喷淋散热。

在一个具体的实施方案中，所述散热结构还包括液位检测传感器；

所述液位检测传感器设置在所述储存装置内，用于检测所述储存装置内的液位；

当所述储存装置所存储的水的液位高于第一预设液位，且所述燃料电池系统的运行功率大于预设功率值时，所述喷淋装置启动第一挡位对所述散热器进行喷淋散热；

当所述储存装置所存储的水的液位高于第二预设液位，且所述燃料电池系统的运行功率小于或者等于预设功率值时，所述喷淋装置启动第二挡位对所述散热器进行喷淋散热，所述第二挡位的喷淋功率小于所述第一挡位的喷淋功率。

在另一个具体的实施方案中，所述喷淋装置包括多个喷淋头；

所述喷淋头均布在所述散热器的上方。

在另一个具体的实施方案中，所述供水装置包括水泵；

所述水泵的入口与所述储存装置的入口连通，所述水泵的出口与所述喷淋装置的入口连通。

根据本发明的各个实施方案可以根据需要任意组合，这些组合之后所得的实施方案也在本发明范围内，是本发明具体实施方式的一部分。

本发明提供的散热结构，使用时，将水回收装置的入口与燃料电池系统的排水出口连通，燃料电池系统工作，水回收装置收集燃料电池系统生成的水，并输送至储存装置内进行储存，供水装置将储存装置内的水输送给喷淋装置喷淋散热器，使得散热器的散热通过水介质带到环境中。

由于水的比热值4.2×10J/(kg·℃)大于空气的比热1.005×10J/(kg·℃) ，可以提升散热器的换热能力，进而减小了散热器的体积，降低了燃料电池系统的功耗。

此外，喷淋装置设置有预设个挡位，以根据储存装置内存储的水的液位及燃料电池系统的运行功率，启动不同挡位对散热器进行喷淋散热，以适应散热器的不同需求。

为了实现上述第三个目的，本发明提供了如下方案：

一种燃料电池系统，包括如上述中任意一项所述的散热结构。

在一个具体的实施方案中，所述燃料电池系统还包括燃料电池、冷却泵、节温器和散热器；

所述冷却泵的出口与所述燃料电池的冷却液入口连通，所述燃料电池的冷却液出口与所述节温器的入口连通，所述节温器的第一出口与所述散热器的冷却液入口连通，所述节温器的第二出口与所述冷却泵的入口连通，所述散热器的冷却液出口与所述节温器的第二出口及所述冷却泵的入口均连通；

所述散热结构的喷淋装置用于喷淋所述散热器，所述散热结构的水回收装置的入口与所述燃料电池的排水出口连通。

在另一个具体的实施方案中，所述散热器上设置有与控制器信号连接的散热风扇；

当所述喷淋装置启动第二挡位喷淋时，所述控制器根据所述燃料电池的运行功率调节所述散热风扇的转速。

根据本发明的各个实施方案可以根据需要任意组合，这些组合之后所得的实施方案也在本发明范围内，是本发明具体实施方式的一部分。

由于本发明提供的燃料电池系统包括上述任意一项中的散热结构，因此，散热结构所具有的有益效果均是本发明提供的燃料电池系统所包含的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出新颖性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种实施例提供的散热控制方法的流程图；

图2为本发明另一种实施例提供的散热控制方法的流程图；

图3为本发明提供的散热结构的示意图。

其中，图1-图3中：

散热结构100、水回收装置101、储存装置102、供水装置103、喷淋装置104、燃料电池系统1000、燃料电池200、冷却泵300、节温器400、散热器500。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图1-图3，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶面”、“底面”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的位置或元件必须具有特定方位、以特定的方位构成和操作，因此不能理解为本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1所示，本发明第一方面提供了散热控制方法，包括以下步骤：

步骤S1：收集并存储燃料电池系统1000运行生成的水。

燃料电池系统1000工作过程中会产生水汽等，本发明将这些水汽收集并储存以便实现回收使用。

实现水汽收集可以通过气液分离器来实现，将气液分离器中分离出来的液态水输送至储存装置102内进行储存。

步骤S2：根据所存储的水的液位及燃料电池系统1000的运行功率，启动不同挡位对散热器500进行喷淋散热。

当散热器500需要散出去的热量较多时，可以使用较高功率的挡位对散热器500进行喷淋散热。当散热器500需要散出去的热量较少时，可以使用较低功率的挡位对散热器500进行喷淋散热，节省能量。

本发明提供的散热控制方法，通过收集并存储燃料电池系统1000运行生成的水，并根据所存储的水的液位及燃料电池系统1000的运行功率，启动不同挡位对散热器500进行喷淋散热，使得散热器500的散热通过水介质带到环境中。由于水的比热值4.2×10J/(kg·℃)大于空气的比热1.005×10J/(kg·℃) ，可以提升散热器500的换热能力，进而减小了散热器500的体积，降低了燃料电池系统1000的功耗。

在一些实施例中，如图2所示，步骤S2包括：

步骤S21：判断所存储的水的液位是否高于第一预设液位，若是，则转步骤S22。

需要说明的是，第一预设液位可以根据需要进行设定，并不限于某一特定值。

步骤S22：判断燃料电池系统1000的运行功率是否大于预设功率值，若是，则转步骤S23，若否，则转步骤S24。

可以理解地，燃料电池系统1000运行的功率越高，则对应的散热器500所需散热的功率也越高。

预设功率值是指燃料电池系统1000采用自身散热策略即可满足所对应的功率值。

步骤S23：启动第一挡位对散热器500进行喷淋散热。

需要说明的是，第一挡位对散热器500进行高效喷淋散热。第一挡位对应的是预设功率值到峰值功率范围的系统散热。

步骤S24：判断存储的液位是否大于第二预设液位，第二预设液位高于第一预设液位，若是，则转步骤S25，若否，则转步骤S26。

第二预设液位可以根据需要进行设定。

步骤S25：启动第二挡位对散热器500进行喷淋散热，第二挡位的喷淋功率小于第一挡位的喷淋功率。

当启动第二挡位喷淋时，根据燃料电池系统1000的运行功率调节风扇转速。第二挡位对应的是燃料电池系统1000输出功率大于预设功率值，且存储的液位在最低保护值以上，FCU控制进行散热器500喷淋辅助散热。

步骤S26：不启动喷淋。

即使用燃料电池系统1000的常规散热策略，无需喷淋辅助散热。

需要说明的是，本实施例将挡位分为了第一挡位和第二挡位仅是本发明的一个优选实施方式，在实际应用中，也可以设定挡位包括3挡或者3挡以上等。

如图3所示，本发明第二方面提供了一种散热结构100，散热结构100包括水回收装置101、储存装置102、供水装置103和喷淋装置104。

水回收装置101的入口与燃料电池系统1000的排水出口连通，用于回收燃料电池系统1000中生成的水。

储存装置102的入口与水回收装置101的出口连通，用于储存水。

供水装置103的入口与储存装置102的出口连通，供水装置103的出口与喷淋装置104的入口连通，供水装置103用于将储存装置102内的水输送至喷淋装置104内，喷淋散热器500。

喷淋装置104设置有预设个挡位，以根据储存装置102内存储的水的液位及燃料电池系统1000的运行功率，启动不同挡位对散热器500进行喷淋散热。

本发明提供的散热结构100，使用时，将水回收装置101的入口与燃料电池系统1000的排水出口连通，燃料电池系统1000工作，水回收装置101收集燃料电池系统1000生成的水，并输送至储存装置102内进行储存，供水装置103将储存装置102内的水输送给喷淋装置104喷淋散热器500，使得散热器500的散热通过水介质带到环境中。

由于水的比热值4.2×10J/(kg·℃)大于空气的比热1.005×10J/(kg·℃) ，可以提升散热器500的换热能力，进而减小了散热器500的体积，降低了燃料电池系统1000的功耗。

此外，喷淋装置104设置有预设个挡位，以根据储存装置102内存储的水的液位及燃料电池系统1000的运行功率，启动不同挡位对散热器500进行喷淋散热，以适应散热器500的不同需求。

在一些实施例中，散热结构100还包括液位检测传感器，液位检测传感器设置在储存装置102内，用于检测储存装置102内的液位。具体地，储存装置102为能够盛放水的任意装置。

当储存装置102所存储的水的液位高于第一预设液位，且燃料电池系统1000的运行功率大于预设功率值时，喷淋装置104启动第一挡位对散热器500进行喷淋散热。

当储存装置102所存储的水的液位高于第二预设液位，且燃料电池系统1000的运行功率小于或者等于预设功率值时，喷淋装置104启动第二挡位对散热器500进行喷淋散热，第二挡位的喷淋功率小于第一挡位的喷淋功率。

在一些实施例中，喷淋装置104包括多个喷淋头，喷淋头均布在散热器500的上方。

需要说明的是，可以在散热器500的下方设置水收集装置，将水收集装置与水回收装置101连通。

水收集装置与水回收装置101之间通过管路连通，为了避免杂质等进入水回收装置101，可以在水回收装置101的入口或者水收集装置的出口之间设置过滤器等。

在一些实施例中，供水装置103包括水泵，水泵的入口与储存装置102的入口连通，水泵的出口与喷淋装置104的入口连通。通过水泵便于将储存装置102内的水进入喷淋装置104。

本发明的第三方面提供了一种燃料电池系统1000，包括如上述中任意一项实施例中的散热结构100。

由于本发明提供的燃料电池系统1000包括上述任意一项中的散热结构100，因此，散热结构100所具有的有益效果均是本发明提供的燃料电池系统1000所包含的。

在一些实施例中，燃料电池系统1000还包括燃料电池200、冷却泵300、节温器400和散热器500。

冷却泵300的出口与燃料电池200的冷却液入口连通，燃料电池200的冷却液出口与节温器400的入口连通，节温器400的第一出口与散热器500的冷却液入口连通，节温器400的第二出口与冷却泵300的入口连通，散热器500的冷却液出口与节温器400的第二出口及冷却泵300的入口均连通。具体地，冷却泵300的入口及出口处均设置有开关阀，以实现循环回路的通断。

散热结构100的喷淋装置104用于喷淋散热器500，散热结构100的水回收装置101的入口与燃料电池200的排水出口连通。

本发明通过冷却泵300循环冷却介质将燃料电池200内部的热量带到散热器500处，由散热器500来进行散热，节温器400的作用主要是调节进入散热器500的冷却介质流量，以达到散热的温度控制，避免散热过大温度过低。

在一些实施例中，散热器500上设置有与控制器信号连接的散热风扇。

当喷淋装置104启动第二挡位喷淋时，控制器根据燃料电池200的运行功率调节散热风扇的转速。

需要说明的是，本文中表示方位的词，例如，上下等均是以散热结构100使用时的方向进行的设定，仅为了描述的方便，不具有其它特定含义。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.一种散热控制方法，其特征在于，包括：

步骤S1：收集并存储燃料电池系统运行生成的水；

步骤S2：根据所存储的水的液位及所述燃料电池系统的运行功率，启动不同挡位对散热器进行喷淋散热；

所述步骤S2包括：步骤S21：判断所存储的水的液位是否高于第一预设液位，若是，则转步骤S22，若否，则转步骤S26；步骤S22：判断所述燃料电池系统的运行功率是否大于预设功率值，若是，则转步骤S23，若否，则转步骤S24；步骤S23：启动第一挡位对散热器进行喷淋散热；步骤S24：判断存储的液位是否大于第二预设液位，所述第二预设液位高于所述第一预设液位，若是，则转步骤S25，若否，则转步骤S26；步骤S25：启动第二挡位对所述散热器进行喷淋散热，所述第二挡位的喷淋功率小于所述第一挡位的喷淋功率；步骤S26：不启动喷淋。

2.根据权利要求1所述的散热控制方法，其特征在于，所述步骤S25中，当启动所述第二挡位喷淋时，根据所述燃料电池系统的运行功率调节风扇转速。

3.一种散热结构，其特征在于，包括水回收装置、储存装置、供水装置和喷淋装置；

所述水回收装置的入口与燃料电池系统的排水出口连通，用于回收所述燃料电池系统中生成的水；

所述储存装置的入口与所述水回收装置的出口连通，用于储存水；

所述供水装置的入口与所述储存装置的出口连通，所述供水装置的出口与所述喷淋装置的入口连通，所述供水装置用于将所述储存装置内的水输送至所述喷淋装置内，喷淋散热器；

所述喷淋装置设置有预设个挡位，以根据所述储存装置内存储的水的液位及所述燃料电池系统的运行功率，启动不同挡位对所述散热器进行喷淋散热；

所述散热结构还包括液位检测传感器；所述液位检测传感器设置在所述储存装置内，用于检测所述储存装置内的液位；当所述储存装置所存储的水的液位高于第一预设液位，且所述燃料电池系统的运行功率大于预设功率值时，所述喷淋装置启动第一挡位对所述散热器进行喷淋散热；当所述储存装置所存储的水的液位高于第二预设液位，且所述燃料电池系统的运行功率小于或者等于预设功率值时，所述喷淋装置启动第二挡位对所述散热器进行喷淋散热，所述第二挡位的喷淋功率小于所述第一挡位的喷淋功率。

4.根据权利要求3所述的散热结构，其特征在于，所述喷淋装置包括多个喷淋头；

所述喷淋头均布在所述散热器的上方。

5.根据权利要求3或4所述的散热结构，其特征在于，所述供水装置包括水泵；

所述水泵的入口与所述储存装置的入口连通，所述水泵的出口与所述喷淋装置的入口连通。

6.一种燃料电池系统，其特征在于，包括如权利要求3-5中任意一项所述的散热结构。

7.根据权利要求6所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括燃料电池、冷却泵、节温器和散热器；

所述冷却泵的出口与所述燃料电池的冷却液入口连通，所述燃料电池的冷却液出口与所述节温器的入口连通，所述节温器的第一出口与所述散热器的冷却液入口连通，所述节温器的第二出口与所述冷却泵的入口连通，所述散热器的冷却液出口与所述节温器的第二出口及所述冷却泵的入口均连通；

所述散热结构的喷淋装置用于喷淋所述散热器，所述散热结构的水回收装置的入口与所述燃料电池的排水出口连通。

8.根据权利要求7所述的燃料电池系统，其特征在于，所述散热器上设置有与控制器信号连接的散热风扇；

当所述喷淋装置启动第二挡位喷淋时，所述控制器根据所述燃料电池的运行功率调节所述散热风扇的转速。