CN114927726A

CN114927726A - 一种防冷冻结冰损坏的燃料电池系统

Info

Publication number: CN114927726A
Application number: CN202210334581.7A
Authority: CN
Inventors: 李飞强; 王海平; 何建春; 王阳
Original assignee: Beijing Sinohytec Co Ltd
Current assignee: Beijing Sinohytec Co Ltd
Priority date: 2022-03-31
Filing date: 2022-03-31
Publication date: 2022-08-19

Abstract

本发明提供了一种防冷冻结冰损坏的燃料电池系统，包括整车，以及与所述整车的输出端相连接的动力电池和双向DC‑DC电路模块，所述双向DC‑DC电路模块的输出端连接有升压DC‑DC电路模块，所述升压DC‑DC电路模块的输出端连接有电堆和燃料电池附件系统。本发明能够在整车急停时，通过动力电池作为电源，给系统供电，保证系统正常吹扫，防止结冰，损坏电堆。

Description

一种防冷冻结冰损坏的燃料电池系统

技术领域

本发明主要涉及燃料电池的技术领域，具体涉及一种防冷冻结冰损坏的燃料电池系统。

背景技术

燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转化为电能的化学装置，又称电化学发电器。

根据申请号为CN200610167472.1的专利文献所提供的燃料电池系统的防冻装置和方法可知，该燃料电池系统包括水箱、出水管、回水管、水泵、电热器、温度探测器、控制器和供电装置；所述温度探测器被配置为探测燃料电池系统外界环境温度；所述控制器被配置为检测燃料电池的工作状态，并根据检测到的燃料电池的工作状态和温度探测器检测到的外界环境温度来启动或停止供电装置；所述供电装置被配置为在控制器的控制下对水泵和电热器供电。本发明通过将水箱中的水经过电热器加热后传送到燃料电池内部，从而在燃料电池停机并且外界环境温度过低的情况下仍能保持燃料电池内部的水温正常，不会结冻，保证了发动机的稳定性。

上述燃料电池防冻装置通过将水箱中的水经过电热器加热后传送到燃料电池内部，保持燃料电池内部不会结冻，但整车故障急停后，电堆无法完成吹扫，电堆内部有水生成，出现冻冰情况，容易损坏。

发明内容

本发明主要提供了一种防冷冻结冰损坏的燃料电池系统用以解决上述背景技术中提出的技术问题。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：

一种防冷冻结冰损坏的燃料电池系统，包括整车，以及与所述整车的输出端相连接的动力电池和双向DC-DC电路模块，所述双向DC-DC电路模块的输出端连接有升压DC-DC电路模块，所述升压DC-DC电路模块的输出端连接有电堆和燃料电池附件系统。

进一步的，所述升压DC-DC电路模块包括与所述双向DC-DC电路模块的输出端相连接的空压机控制器ACP、高压配电单元PCU和降压DCL电路模块，所述高压配电单元PCU和降压DCL电路模块的输出端与所述燃料电池附件系统相连接。

进一步的，所述电堆的一侧设有氧气管道和水蒸气管道，所述电堆的外部套设有换热套，所述换热套与换热机构相连接，所述换热机构的输入端与所述水蒸气管道的输出端相连接，在本发明中，通过换热套储存用于换热的冷气和热气，以通过该冷气和热气对电堆的外壳进行降温和升温。

进一步的，所述换热套的内部设有多个安装于所述电堆外表面的第一换热鳍片，以及设于相邻两个所述第一换热鳍片之间的第二换热鳍片，所述第二换热鳍片安装于所述电堆的外表面，在本发明中，通过第一换热鳍片和第二换热鳍片引导电堆与换热套内的冷气和热气有效接触。

进一步的，所述换热套的一端底部穿设有进气管、另一端顶部穿设有出气管。

进一步的，所述换热机构包括通过管道与所述水蒸气管道的出气端相连接的换热箱，以及通过管道与所述换热箱的出气端相连接的风机，所述风机的出气端通过管道与所述进气管延伸至外部的进气端相连接。

进一步的，还包括穿设于所述第一换热鳍片壳体上的第一毛细管，穿设于所述第二换热鳍片壳体上的第二毛细管，相邻两个所述第一毛细管之间通过第一输气管相连接，相邻两个所述第二毛细管之间通过第二输气管相连接，在本发明中，冷水和热水经过多个第二毛细管和第二输气管，以从换热套的出气方向，至换热套的进气方向对换热套的内部进行换热，以提高换热套内部温度变化的均匀性。

进一步的，所述换热机构还包括安装于换热箱内部底端的冷盘和第一热盘，以及设于所述冷盘与第一热盘之间的第二热盘，所述第一热盘的壳体上设有半导体制冷器，所述第一热盘和第二热盘的壳体上设有加热铜管，在本发明中，由于第一热盘和第二热盘交错设置，使得空气沿S形前进，以使空气与第一热盘和第二热盘充分接触。

进一步的，所述换热箱远离所述水蒸气管道的一侧通过管道连接有水泵，所述水泵的输出端连接有第一出水管，所述第一出水管的输出端连接有三通管，所述三通管的输出端连接有第二出水管，两个所述第二出水管分别与所述第一毛细管和第二毛细管相连接。

进一步的，所述冷盘一侧的底端设有集水槽，所述集水槽安装于所述换热箱的内壁表面。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

其一，本发明能够在整车急停时，通过动力电池作为电源，给系统供电，保证系统正常吹扫，防止结冰，损坏电堆。

其二，本发明中的双向DC-DC电路模块及动力电池可以作为燃料电池系统内部的电源，供系统启动，从而不依赖于整车。

其三，本发明可提供独立的高低压电源给燃料电池，启动和工作，提高系统的可靠性。

以下将结合附图与具体的实施例对本发明进行详细的解释说明。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明电堆的结构示意图一；

图3为本发明电堆的结构示意图二；

图4为本发明电堆的结构示意图三；

图5为本发明的俯视图；

图6为图5中沿A-A线的剖视图；

图7为本发明第一毛细管和第二毛细管的结构示意图；

图8为本发明的右视图。

图中：10、整车；20、动力电池；30、双向DC-DC电路模块；40、电堆；41、氧气管道；42、水蒸气管道；43、换热套；431、第一换热鳍片；432、第二换热鳍片；433、进气管；434、出气管；435、第一毛细管；436、第二毛细管；437、第一输气管；438、第二输气管；44、换热机构；441、换热箱；4411、第一出水管；4412、三通管；4413、第二出水管；442、水泵；443、风机；444、冷盘；445、第一热盘；446、第二热盘；447、半导体制冷器；448、加热铜管；449、集水槽；50、升压DC-DC电路模块；60、燃料电池附件系统。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更加全面的描述，附图中给出了本发明的若干实施例，但是本发明可以通过不同的形式来实现，并不限于文本所描述的实施例，相反的，提供这些实施例是为了使对本发明公开的内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上也可以存在居中的元件，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件，本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常连接的含义相同，本文中在本发明的说明书中所使用的术语知识为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明，本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例，请参照附图1-8，一种防冷冻结冰损坏的燃料电池系统，包括整车10，以及与所述整车10的输出端相连接的动力电池20和双向DC-DC电路模块30，所述双向DC-DC电路模块30的输出端连接有升压DC-DC电路模块50，所述升压DC-DC电路模块50的输出端连接有电堆40和燃料电池附件系统60；

需要说明的是，在本实施例中，所述升压DC-DC电路模块50包括与所述双向DC-DC电路模块30的输出端相连接的空压机控制器ACP51、高压配电单元PCU52和降压DCL电路模块53，所述高压配电单元PCU52和降压DCL电路模块53的输出端与所述燃料电池附件系统60相连接；

进一步的，燃料电池附件系统60为燃料电池BOP辅件。

具体的，请着重参照附图2、3和4，所述电堆40的一侧设有氧气管道41和水蒸气管道42，所述电堆40的外部套设有换热套43，所述换热套43与换热机构44相连接，所述换热机构44的输入端与所述水蒸气管道42的输出端相连接；

所述换热套43的内部设有多个安装于所述电堆40外表面的第一换热鳍片431，以及设于相邻两个所述第一换热鳍片431之间的第二换热鳍片432，所述第二换热鳍片432安装于所述电堆40的外表面；

需要说明的是，在本实施例中，水蒸气管道42所输出的水蒸气输入换热机构44，通过换热机构44制造冷气和热气，以通过换热套43储存用于换热的冷气和热气，以通过该冷气和热气对电堆40的外壳进行降温和升温；

进一步的，通过第一换热鳍片431和第二换热鳍片432引导电堆40与换热套43内的冷气和热气有效接触。

具体的，请着重参照附图3、4和6，所述换热套43的一端底部穿设有进气管433、另一端顶部穿设有出气管434；

所述换热机构44包括通过管道与所述水蒸气管道42的出气端相连接的换热箱441，以及通过管道与所述换热箱441的出气端相连接的风机443，所述风机443的出气端通过管道与所述进气管433延伸至外部的进气端相连接；

需要说明的是，在本实施例中，电堆40排出的水蒸气经过水蒸气管道42进入换热套43，换热套43内的冷气和热气在风机443的作用下进入进气管433，换热套43内经过消耗的气体通过出气管434流回至换热箱441内。

具体的，请着重参照附图3和7，还包括穿设于所述第一换热鳍片431壳体上的第一毛细管435，穿设于所述第二换热鳍片432壳体上的第二毛细管436，相邻两个所述第一毛细管435之间通过第一输气管437相连接，相邻两个所述第二毛细管436之间通过第二输气管438相连接；

所述换热机构44还包括安装于换热箱441内部底端的冷盘444和第一热盘445，以及设于所述冷盘444与第一热盘445之间的第二热盘446，所述第一热盘445的壳体上设有半导体制冷器447，所述第一热盘445和第二热盘446的壳体上设有加热铜管448；

所述换热箱441远离所述水蒸气管道42的一侧通过管道连接有水泵442，所述水泵442的输出端连接有第一出水管4411，所述第一出水管4411的输出端连接有三通管4412，所述三通管4412的输出端连接有第二出水管4413，两个所述第二出水管4413分别与所述第一毛细管435和第二毛细管436相连接；

所述冷盘444一侧的底端设有集水槽449，所述集水槽449安装于所述换热箱441的内壁表面；

需要说明的是，在本实施例中，换热箱441内储存的冷水或热水经过多个第一毛细管435和第一输气管437，以及多个第二毛细管436和第二输气管438，以从换热套43的出气方向，至换热套43的进气方向对换热套43的内部进行换热，以提高换热套43内部温度变化的均匀性；

进一步的，冷盘444通过其上半导体制冷器447所制造的冷气对进入换热箱441的水蒸气或空气进行降温，水蒸气经过冷盘444时，水蒸气中的水分预冷凝结成水珠，剩余空气经过第一热盘445和第二热盘446，第一热盘445和第二热盘446通过其上加热铜管448对该空气进行温度补偿，由于第一热盘445和第二热盘446交错设置，使得空气沿S形前进，以使空气与第一热盘445和第二热盘446充分接触；

进一步的，通过水泵442将经过第一热盘445加热的水输送至第一出水管4411，第一出水管4411内部热水通过三通管4412分流后，经过两个第二出水管4413进入第一毛细管435和第二毛细管436，从而为第一毛细管435和第二毛细管436供水，水泵442的出水端和进水端均可设置阀体，该两个阀体均通过管道分别与集水槽449和第一热盘445一侧所储存的水体相连，以切换水泵442所输出的水体是第一热盘445一侧所加热的热水，或是经过冷盘444制冷后的冷水；

进一步的，通过集水槽449储存冷盘444制冷后所留下的冷水。

本发明的具体操作方式如下：

在整车10故障急停的时候，整车10将Estop硬线信号传输给双向DC-DC电路模块30和动力电池20，接收到急停信号后，动力电池20作为电源，双向DC-DC电路模块30工作，输出恒定电压，给降压DCL电路模块53及空压机控制器ACP51及高压配电单元PCU52供高压电，降压DCL电路模块53及高压配电单元PCU52给燃料电池系统的燃料电池附件系统60提供高低压电，燃料电池启动开始吹扫，待吹扫到设定的阈值后，双向DC-DC电路模块30及动力电池20进入休眠模式，燃料电池系统停止工作。

上述结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的这种非实质改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种防冷冻结冰损坏的燃料电池系统，其特征在于，包括整车（10），以及与所述整车（10）的输出端相连接的动力电池（20）和双向DC-DC电路模块（30），所述双向DC-DC电路模块（30）的输出端连接有升压DC-DC电路模块（50），所述升压DC-DC电路模块（50）的输出端连接有电堆（40）和燃料电池附件系统（60）。

2.根据权利要求1所述的一种防冷冻结冰损坏的燃料电池系统，其特征在于，所述升压DC-DC电路模块（50）包括与所述双向DC-DC电路模块（30）的输出端相连接的空压机控制器ACP（51）、高压配电单元PCU（52）和降压DCL电路模块（53），所述高压配电单元PCU（52）和降压DCL电路模块（53）的输出端与所述燃料电池附件系统（60）相连接。

3.根据权利要求1所述的一种防冷冻结冰损坏的燃料电池系统，其特征在于，所述电堆（40）的一侧设有氧气管道（41）和水蒸气管道（42），所述电堆（40）的外部套设有换热套（43），所述换热套（43）与换热机构（44）相连接，所述换热机构（44）的输入端与所述水蒸气管道（42）的输出端相连接。

4.根据权利要求3所述的一种防冷冻结冰损坏的燃料电池系统，其特征在于，所述换热套（43）的内部设有多个安装于所述升压DC-DC电路模块（50外表面的第一换热鳍片（431），以及设于相邻两个所述第一换热鳍片（431）之间的第二换热鳍片（432），所述第二换热鳍片（432）安装于所述升压DC-DC电路模块（50的外表面。

5.根据权利要求4所述的一种防冷冻结冰损坏的燃料电池系统，其特征在于，所述换热套（43）的一端底部穿设有进气管（433）、另一端顶部穿设有出气管（434）。

6.根据权利要求5所述的一种防冷冻结冰损坏的燃料电池系统，其特征在于，所述换热机构（44）包括通过管道与所述水蒸气管道（42）的出气端相连接的换热箱（441），以及通过管道与所述换热箱（441）的出气端相连接的风机（443），所述风机（443）的出气端通过管道与所述进气管（433）延伸至外部的进气端相连接。

7.根据权利要求6所述的一种防冷冻结冰损坏的燃料电池系统，其特征在于，还包括穿设于所述第一换热鳍片（431）壳体上的第一毛细管（435），穿设于所述第二换热鳍片（432）壳体上的第二毛细管（436），相邻两个所述第一毛细管（435）之间通过第一输气管（437）相连接，相邻两个所述第二毛细管（436）之间通过第二输气管（438）相连接。

8.根据权利要求7所述的一种防冷冻结冰损坏的燃料电池系统，其特征在于，所述换热机构（44）还包括安装于换热箱（441）内部底端的冷盘（444）和第一热盘（445），以及设于所述冷盘（444）与第一热盘（445）之间的第二热盘（446），所述第一热盘（445）的壳体上设有半导体制冷器（447），所述第一热盘（445）和第二热盘（446）的壳体上设有加热铜管（448）。

9.根据权利要求8所述的一种防冷冻结冰损坏的燃料电池系统，其特征在于，所述换热箱（441）远离所述水蒸气管道（42）的一侧通过管道连接有水泵（442），所述水泵（442）的输出端连接有第一出水管（4411），所述第一出水管（4411）的输出端连接有三通管（4412），所述三通管（4412）的输出端连接有第二出水管（4413），两个所述第二出水管（4413）分别与所述第一毛细管（435）和第二毛细管（436）相连接。

10.根据权利要求9所述的一种防冷冻结冰损坏的燃料电池系统，其特征在于，所述冷盘（444）一侧的底端设有集水槽（449），所述集水槽（449）安装于所述换热箱（441）的内壁表面。