CN116072918B - 一种船用质子交换膜氢燃料电池热电联产系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及质子交换膜氢燃料电池技术领域，具体公开了一种船用质子交换膜氢燃料电池热电联产系统，包括燃料电池热管理系统，所述燃料电池热管理系统依次循环连接有第一换热器的热侧、第一水泵以及电堆总成，所述燃料电池热管理系统中流动有第一液体，所述第一液体用于对所述电堆总成进行冷却；船舶热量利用系统，所述船舶热量利用系统依次循环连接有所述第一换热器的冷侧、船舶设备以及第二水泵，所述船舶热量利用系统中流动有第二液体，所述第二液体用于作为所述船舶设备的热量来源。通过本发明将质子交换膜燃料电池所产生的热量与船上生活相结合，使得热量利用得到最大化，实现提高系统的能源利用效率。

Description

一种船用质子交换膜氢燃料电池热电联产系统

技术领域

本发明涉及质子交换膜氢燃料电池技术领域，特别涉及一种船用质子交换膜氢燃料电池热电联产系统。

背景技术

能源与环境是目前人类社会面临的主要挑战，清洁能源高效利用技术是实现人类社会可持续发展的重要保障，其中，氢燃料电池特别是质子交换膜燃料电池(PEMFC)因其具有高效环保等特点备受青睐。质子交换膜燃料电池在发电过程中产生大量的热，产热与散热的平衡决定电池的温度，电池对温度的要求很苛刻，只允许稍微偏离设计点的温度，因此，通过热管理系统将电池的温度均匀地控制在设计点温度附近非常重要。

质子交换膜燃料电池的结构组成从其中心至两侧分别为质子交换膜、催化剂层(CL)、微孔层(MPL)、气体扩散层(GDL)、双极板(BPP)等，其发电原理是通过氢气在阳极失去电子被氧化，氧气在阴极与穿过质子交换膜而来的氢离子以及外电路传输而来的电子结合生成水，并放出大量的热量。如何处理好这部分热量，是质子交换膜燃料电池商业化的最重要问题之一。据统计，质子交换膜燃料电池的能量转换效率为50%左右，意味着有50%的能量以热能形式释放出来，释放的热量很大，若能把这部分热量利用起来，可以提高系统的能源利用效率。目前各个公司、研究院开始大力研发质子交换膜燃料电池在船舶上的应用，如何将这部分热量应用于船上生活，具有很高的研究价值。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种船用质子交换膜氢燃料电池热电联产系统，旨在将质子交换膜燃料电池所产生的热量与船上生活相结合，使得热量利用得到最大化，实现提高系统的能源利用效率。

为实现上述目的，本发明提出一种船用质子交换膜氢燃料电池热电联产系统，包括：

燃料电池热管理系统，所述燃料电池热管理系统依次循环连接有第一换热器的热侧、第一水泵以及电堆总成，所述燃料电池热管理系统中流动有第一液体，所述第一液体用于对所述电堆总成进行冷却；

船舶热量利用系统，所述船舶热量利用系统依次循环连接有所述第一换热器的冷侧、船舶设备以及第二水泵，所述船舶热量利用系统中流动有第二液体，所述第二液体用于作为所述船舶设备的热量来源；其中，所述第一换热器用于将所述第一液体与所述第二液体相互换热，以使所述第一液体的温度下降且所述第二液体的温度上升。

可选地，所述燃料电池热管理系统包括有第一冷却支路，所述第一冷却支路的输入端设置在所述电堆总成与所述第一水泵之间，所述第一冷却支路的输出端设置在所述电堆总成与所述第一换热器之间；所述第一冷却支路包括并联设置的中冷器以及去离子器，其中所述中冷器设置在所述电堆总成的空气进气支路中，所述第一冷却支路用于对所述中冷器进行降温；所述第一冷却支路还包括有第一水加热器，所述第一水加热器与所述中冷器串联设置。

可选地，所述燃料电池热管理系统包括有第二冷却支路，所述第二冷却支路的输入端设置在所述电堆总成与所述第一水泵之间，所述第二冷却支路的输出端设置在所述电堆总成与所述第一换热器之间；所述第二冷却支路依次串设有第二换热器的热侧、空压机以及空压机控制器，其中所述空压机设置在所述电堆总成的空气进气支路中，所述第二冷却支路用于对所述空压机以及所述空压机控制器进行降温；所述第二换热器的冷侧连接有第一供水支路。

可选地，所述燃料电池热管理系统包括有第一温度控制支路，所述第一温度控制支路的输入端设置在所述电堆总成与所述第一换热器之间，所述第一温度控制支路的输出端设置在所述第一换热器与第一水泵之间；所述第一温度控制支路中设置有第三换热器的热侧，所述第三换热器的冷侧连接有所述第一供水支路；所述第一温度控制支路的输入端设有第一三通阀。

可选地，所述第一供水支路依次串设有第三过滤器、第三水泵以及并联设置的所述第二换热器以及所述第三换热器，所述第一供水支路的输入端以及输出端均连接至大海。

可选地，所述燃料电池热管理系统包括有第二温度控制支路，所述第二温度控制支路的输入端设置在所述第一三通阀与所述第一换热器之间，所述第二温度控制支路的输出端设置在所述第一换热器与第一水泵之间；所述第二温度控制支路的输入端设有第二三通阀。

可选地，所述燃料电池热管理系统包括有第一稳压支路，所述第一稳压支路的输入端以及输出端分别设置在所述第一换热器的两端，所述第一稳压支路上设置有第一膨胀水箱。

可选地，所述船舶设备包括并联设置的暖气设备以及热水储水箱，其中所述暖气设备所在的支路上设有第一电磁阀；所述热水储水箱包括有第一进水接口、第一出水接口、第二进水接口以及第二出水接口，所述第一进水接口以及所述第一出水接口连接所述船舶热量利用系统，所述第二进水接口以及所述第二出水接口连接热水循环回路，所述热水循环回路依次串设有第四水泵以及船上热水设备，以便船上人员通过船上热水设备进行热水使用

可选地，所述热水储水箱的内部设有高液位传感器以及低液位传感器，所述热水储水箱包括有第三进水接口，所述第三进水接口连接第二供水支路，所述第二供水支路依次串设有船上淡水源以及第二电磁阀，所述第二电磁阀与所述高液位传感器以及所述低液位传感器电性连接。

可选地，所述热水储水箱包括有第四进水接口；所述电堆总成的氢气出气支路经过第一气液分离器进行分离后得到第一分离液体，所述第一分离液体与所述电堆总成的空气出气支路相交于混合室，所述混合室的输出端经过第二气液分离器进行分离后得到第二分离液体，所述第二分离液体注入至所述第四进水接口。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明将燃料电池热管理系统与船舶热量利用系统通过第一换热器相互交联，使得对电堆总成进行冷却后具有高热量的第一液体通过第一换热器与第二液体进行热量交换，一方面使得第一液体的温度下降以便于重新作为电堆总成的冷却液循环使用，另一方面使得第二液体的温度上升以供船舶设备作为热水使用，从而将质子交换膜燃料电池所产生的热量与船上生活相结合，使得热量利用得到最大化，实现提高系统的能源利用效率。

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，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明船用质子交换膜氢燃料电池热电联产系统一实施例的结构原理图；

图2为本发明的船用质子交换膜氢燃料电池热电联产系统另一实施例的结构原理图；

图3为本发明的船用质子交换膜氢燃料电池热电联产系统一实施例中具有多套燃料电池热管理系统的结构原理图其一；

图4为本发明的船用质子交换膜氢燃料电池热电联产系统一实施例中具有多套燃料电池热管理系统的结构原理图其二。

图中所标各部件的名称如下：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的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的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。

本实施例公开了一种船用质子交换膜氢燃料电池热电联产系统，参考附图1，包括燃料电池热管理系统10，燃料电池热管理系统10依次循环连接有第一换热器11的热侧、第一水泵12以及电堆总成13，燃料电池热管理系统10中流动有第一液体，第一液体用于对电堆总成13进行冷却；船舶热量利用系统50，船舶热量利用系统50依次循环连接有第一换热器11的冷侧、船舶设备51以及第二水泵52，船舶热量利用系统50中流动有第二液体，第二液体用于作为船舶设备51的热量来源；其中，第一换热器11用于将第一液体与第二液体相互换热，以使第一液体的温度下降且第二液体的温度上升。

本实施例将燃料电池热管理系统10与船舶热量利用系统50通过第一换热器11相互交联，使得对电堆总成13进行冷却后具有高热量的第一液体通过第一换热器11与第二液体进行热量交换，一方面使得第一液体的温度下降以便于重新作为电堆总成13的冷却液循环使用，另一方面使得第二液体的温度上升以供船舶设备51作为热水使用，从而将质子交换膜燃料电池所产生的热量与船上生活相结合，使得热量利用得到最大化，实现提高系统的能源利用效率。

其中，第一水泵12为第一液体在燃料电池热管理系统10中的流动提供动力来源，第二水泵52为第二液体在船舶热量利用系统50中的流动提供动力来源。进一步的，燃料电池热管理系统10还设置有第一过滤器14，通过第一过滤器14对其第一液体进行过滤。船舶热量利用系统50中还设置有第二过滤器53，通过第二过滤器53对其第二液体进行过滤。

作为上述实施例的优选方案，燃料电池热管理系统10包括有第一冷却支路15以及第二冷却支路16；

其中，第一冷却支路15的输入端设置在电堆总成13与第一水泵12之间，第一冷却支路15的输出端设置在电堆总成13与第一换热器11之间；第一冷却支路15包括并联设置的中冷器151以及去离子器152，其中去离子器152用于去除第一液体中的电离子，中冷器151设置在电堆总成13的空气进气支路中，第一冷却支路15用于对中冷器151进行降温；第一冷却支路15还包括有第一水加热器153，第一水加热器153与中冷器151串联设置。

其中，第二冷却支路16的输入端设置在电堆总成13与第一水泵12之间，第二冷却支路16的输出端设置在电堆总成13与第一换热器11之间；第二冷却支路16依次串设有第二换热器164的热侧、空压机161以及空压机控制器162，其中空压机161设置在电堆总成13的空气进气支路中，第二冷却支路16用于对空压机161以及空压机控制器162进行降温；第二换热器164的冷侧连接有第一供水支路17。第二冷却支路16还包括有升压转换器163，升压转换器163与空压机161以及空压机控制器162并联连接。

如此设置，由于现有的质子交换膜氢燃料电池热管理系统10中一般分为主热管理系统与辅助热管理系统，其中主热管理系统主要给电堆总成13以及中冷器151冷却，辅助热管理系统主要给空压机161、空压机控制器162以及升压转换器163等部件冷却。因主热管理系统水路一般要求控制在60到80℃的较高温度，而辅助热管理系统水路要求控制在60℃以下，所以行业上目前燃料电池热管理系统10中主热管理系统和辅助热管理系统的水路都是独立分开的循环散热回路；而本申请将主热管理系统和辅助热管理系统集成到同一回路，不仅提高了燃料电池热管理系统10的集成度，而且减少了部分零部件（如辅助热管理系统的膨胀水箱和水泵，因每套独立水路都需要用到膨胀水箱和水泵，若与主热管理系统集成，则共用主热管理系统的水泵和膨胀水箱即可）的使用。具体的，将原辅助热管理系统中的发热部件空压机161、空压机控制器162以及升压转换器163与电堆总成13并联，集成到主热管理系统，因空压机161和空压机控制器162流阻和需求流量都比升压转换器163小，所以将空压机161、空压机控制器162与升压转换器163并联，然后与第二换热器164串联后再与电堆总成13并联。因主热管理系统中电堆总成13以及中冷器151所需求的第一液体温度是60到80℃的较高温度，而辅助热管理系统中空压机161、空压机控制器162以及升压转换器163所需求的第一液体温度在60℃以下，所以第一换热器11热侧出口温度与第三换热器182热侧出口温度混合控制第一液体到60到80℃，这个温度经过第二换热器164再一次降温使得第一液体降到60℃以下，因此进入空压机161、空压机控制器162以及升压转换器163的温度在其工作范围。

作为上述实施例的优选方案，燃料电池热管理系统10包括有第一温度控制支路18以及第二温度控制支路19；

其中，第一温度控制支路18的输入端设置在电堆总成13与第一换热器11之间，第一温度控制支路18的输出端设置在第一换热器11与第一水泵12之间；第一温度控制支路18中设置有第三换热器182的热侧，第三换热器182的冷侧连接有第一供水支路17；第一温度控制支路18的输入端设有第一三通阀181。

其中，第二温度控制支路19的输入端设置在第一三通阀181与第一换热器11之间，第二温度控制支路19的输出端设置在第一换热器11与第一水泵12之间；第二温度控制支路19的输入端设有第二三通阀191。

其中，上述第一供水支路17依次串设有第三过滤器171、第三水泵172以及并联设置的第二换热器164以及第三换热器182，第一供水支路17的输入端以及输出端均连接至大海。

如此设置，通过上述第一温度控制支路18以及第二温度控制支路19相结合，以实现船用质子交换膜氢燃料电池热管理系统10的温度控制，其控制方式具体如下：燃料电池热管理系统10的热量主要通过三个换热器（第一换热器11、第二换热器164以及第三换热器182）的冷侧将热量带走。其中第二换热器164和第三换热器182的冷侧通过第一供水支路17的第三水泵172抽上来的海水将其热量带走，升温后的海水又流回大海，其中第三水泵172采用定转速水泵，保持恒定流量。因第二换热器164和第三换热器182冷侧的流量需求不一致，所以两并联支路流量可通过仿真控制支路管径来进行不同流量分配。第一换热器11冷侧连接船舶热量利用系统50，通过第一换热器11也带走了燃料电池热管理系统10中第一液体的热量。

若船舶热量利用系统50中的船舶设备51无使用需求（即无储存热水和取暖需求），则第二三通阀191为默认开度0（若第二三通阀191开度0，则第二温度控制支路19全开，第一换热器11路全关，此时第一液体只流向第二温度控制支路19；若第二三通阀191开度100，则第二温度控制支路19全关，第一换热器11路全开，此时第一液体只流向第一换热器11路），同时根据燃料电池热管理系统10不同功率工况，通过调节第一三通阀181的开度（若第一三通阀181开度0，则第二三通阀191路全开，第一温度控制支路18全关，此时第一液体只流向第二三通阀191路；若第一三通阀181开度100，则第二三通阀191路全关，第一温度控制支路18全开，此时第一液体只流向第一温度控制支路18）调节第一液体进入第一温度控制支路18与第二温度控制支路19的流量，从而控制第一换热器11以及第三换热器182的换热量，进而控制第一温度控制支路18与第二温度控制支路19混合后第一液体的温度，让混合后第一液体进入电堆总成13的温度恒定在目标温度，具体以电堆总成13入口目标温度与设置在电堆总成13冷却液入口端的第一温度传感器25所检测到的实际温度进行比较，通过PID控制算法去调节第一三通阀181以及第二三通阀191的开度，自动控制入堆温度到目标温度；

若船舶设备51有使用需求（即存在储存热水和取暖需求），则第一三通阀181打开一定开度，第二三通阀191保持较大开度，此时燃料电池热管理系统10的热量主要通过第一换热器11散掉给船舶热量利用系统50使用，而第三换热器182主要辅助散热，将少部分未通过第一换热器11散掉的热量通过第三换热器182带走，从而让电堆总成13入口温度维持在稳定温度，实现船用质子交换膜氢燃料电池热管理系统10的温度控制。

其中关于电堆总成13温差的控制：燃料电池热管理系统10不同运行功率下，主要通过调节第一水泵12转速大小，从而调节燃料电池热管理系统10的流量，进而控制电堆总成13进出口温差。通过电堆进出口目标温差与设置在电堆总成13进口和出口两个温度传感器（第一温度传感器25以及第二温度传感器26）所检测到的温度之差进行比较，通过PID控制算法调整第一水泵12转速大小，使实际温差迅速控制到目标温差；

使用时，当冬天外界环境温度低于0℃时，燃料电池热管理系统10冷启动需要第一水加热器153辅助启动，或者当水温温度较低时，为了加快水温快速达到目标温度，也需要第一水加热器153辅助加热。通过判断是否电堆总成13冷却液出口温度≤0℃或者启动后电堆总成13冷却液出口温度≤40℃，若是，则使第一三通阀181开度为0（即第一液体只流经第二三通阀191路），第二三通阀191开度控制为0（即第一液体只流经第二温度控制支路19），开启第一水加热器153给第一液体加热，此时第二换热器164和第三换热器182冷侧外循环的第一供水支路17中的第三水泵172关闭不运行；当第一液体加热至0℃时，燃料电池热管理系统10开启让电堆总成13进行反应产生电，为了加快水路温度快速达到目标温度，第一水加热器153继续开启；当第一液体温度加热到55℃，第一水加热器153关闭；当第一液体温度又低于40℃，第一水加热器153又重新启动；当第一温度传感器25检测到第一液体温度大于或等于60℃时，第三水泵172开启，海水开始给辅助热管理系统部件（空压机161、空压机控制器162以及升压转换器163）散热；当温度加热到接近目标温度（一般低于目标温度3℃），开始打开第二三通阀191开度，让第一换热器11开始给燃料电池热管理系统10散热。

在上述实施例的基础上，本申请还公开了另一实施例，参考附图2，其区别点在于另一实施例中省去了第二温度控制支路19，并在船舶热量利用系统50中增加旁通路62，旁通路62的输入端以及输出端分别位于所述第一换热器11的两端，且旁通路62的输入端设置有第三三通阀621。关于另一实施例中电堆总成13入堆恒温控制：燃料电池热管理系统10不同运行功率下，通过调节第一三通阀181（若第一三通球阀开度0，则第一换热器11路全开，第三换热器182路全关，此时第一液体只流经第一换热器11路；若第一三通球阀开度100，则第一换热器11路全关，第三换热器182路全开，此时第一液体只流向第三换热器182路）调节进入第一换热器11以及第三换热器182的热侧流量，从而控制第一换热器11以及第三换热器182的换热量，进而控制第一换热器11路以及第三换热器182路混合后的温度，让混合后进入电堆总成13的温度恒定在目标温度，具体以电堆总成13入口目标温度与第一温度传感器25所检测到的实际温度进行比较，通过PID控制算法去调节第一三通阀181的开度，自动控制入堆温度到目标温度；

使用时，当冬天外界环境温度低于0℃时，燃料电池热管理系统10冷启动需要第一水加热器153辅助启动，或者当水温温度较低时，为了加快水温快速达到目标温度，也需要第一水加热器153辅助加热。通过判断是否电堆总成13冷却液出口温度≤0℃或者启动后电堆总成13冷却液出口温度≤40℃，若是，则使第一三通阀181开度为0（即第一液体只流经第一换热器11路），开启第一水加热器153给第一液体加热，此时第二换热器164和第三换热器182冷侧外循环的第一供水支路17中的第三水泵172关闭不运行，船舶热量利用系统50中的第二水泵52关闭不运行；当第一液体加热至0℃时，燃料电池热管理系统10开启让电堆总成13进行反应产生电，为了加快水路温度快速达到目标温度，第一水加热器153继续开启；当第一液体温度加热到55℃，第一水加热器153关闭；当第一液体温度又低于40℃，第一水加热器153又重新启动；当第一温度传感器25检测到第一液体温度大于或等于60℃时，第三水泵172开启，海水开始给辅助热管理系统部件（空压机161、空压机控制器162以及升压转换器163）散热；当温度加热到接近目标温度（一般低于目标温度3℃），让第一换热器11开始给燃料电池热管理系统10散热，同时船舶热量利用系统50中的第二水泵52开始运行。

船舶热量利用系统50的恒温控制方式也有差异，通过第四温度传感器61实时检测进入热水储水箱54和暖气设备55的水温，通过设计的目标温度与该第四温度传感器61实际温度进行比较，通过PID算法控制第三三通阀的开度，从而控制第一换热器的换热量，进而控制两支路（第一换热器路与旁通路62）混合后第二液体的温度，让混合后第二液体的温度恒定在目标温度；

作为上述实施例的优选方案，燃料电池热管理系统10包括有第一稳压支路20，第一稳压支路20的输入端以及输出端分别设置在第一换热器11的两端，第一稳压支路20上设置有第一膨胀水箱201。其中，第一膨胀水箱201主要作用是提供燃料电池热管理系统10中第一液体膨胀空间、补水、稳压、排气等。通过设置第一稳压支路20排气提高燃料电池热管理系统10的可靠性和稳定性。

作为上述实施例的优选方案，船舶设备51包括并联设置的暖气设备55以及热水储水箱54，其中暖气设备55所在的支路上设有第一电磁阀551；热水储水箱54包括有第一进水接口、第一出水接口、第二进水接口以及第二出水接口，第一进水接口以及第一出水接口连接船舶热量利用系统50，第二进水接口以及第二出水接口连接热水循环回路56，热水循环回路56依次串设有第四水泵561以及船上热水设备562。如此设置，若船舶设备51有使用需求（即存在储存热水和取暖需求），则第二水泵52开启，第二水泵52采用定转速水泵。第一换热器11通过热侧的燃料电池热管理系统10的第一液体将冷侧的第二液体换热升温，升温后的第二液体经过热水储水箱54和暖气设备55，热水储水箱54和暖气设备55采用并联形式，其中暖气设备55所在的支路上设有第一电磁阀551，当船上的暖气设备55有取暖需求时，该第一电磁阀551打开，循环回路流经暖气设备55；当船上的暖气设备55无取暖需求时，该第一电磁阀551关闭，循环回路不流经暖气设备55。热水储水箱54通过第一进水接口以及第一出水接口与船舶热量利用系统50的循环回路相连接，并通过第二进水接口以及第二出水接口与热水循环回路56相连接，以供船上用户生活使用。

进一步的，热水储水箱54的内部设有高液位传感器（附图未示出）以及低液位传感器（附图未示出），热水储水箱54包括有第三进水接口，第三进水接口连接第二供水支路57，第二供水支路57依次串设有船上淡水源571以及第二电磁阀572，第二电磁阀572与高液位传感器以及低液位传感器电性连接。如此设置，通过第三进水接口接入船上淡水源571，并在第二供水支路57上设置第二电磁阀572，当低液位传感器检测到热水储水箱54的液位低时，第二电磁阀572打开，给热水储水箱54补充水源，当高液位传感器检测到水位上升到高液位时，第二电磁阀572关闭，停止给热水储水箱54供水，并通过将其淡水源流入至船舶热量利用系统50中，通过第一换热器11加热形成热水，从而确保热水储水箱54中有足够的热水储备。

进一步的，热水储水箱54包括有第四进水接口；电堆总成13的氢气出气支路21经过第一气液分离器211进行分离后得到第一分离液体，第一分离液体与电堆总成13的空气出气支路22相交于混合室23，混合室23的输出端经过第二气液分离器24进行分离后得到第二分离液体，第二分离液体注入至第四进水接口。如此设置，由于电堆总成13反应所生成的水通过混合室23的尾排口排出，通过第二气液分离器24将尾排气体与水分离开，并将此第二分离液体通过第四进水接口引入到给热水储水箱54使用，因此第二分离液体温度比较高，正好可以用于船上生活热水使用，同时相当于也把第二分离液体的热量利用起来了。

进一步的，船舶热量利用系统50包括有第二稳压支路58，第二稳压支路58的输入端以及输出端分别设置在第一换热器11的两端，第一稳压支路20上设置有第二膨胀水箱581。其中，第二膨胀水箱581主要作用是提供船舶热量利用系统50中第二液体膨胀空间、补水、稳压、排气等。通过设置第二稳压支路58排气提高船用质子交换膜氢燃料电池热管理系统10的可靠性和稳定性。

进一步的，船舶热量利用系统50还串设有第二水加热器59、第三温度传感器60以及第四温度传感器61。如此设置，在船舶热量利用系统50中设置第二水加热器59，主要是针对需要快速利用热水和快速取暖的客户而增加，因若单靠燃料电池热管理系统10产热将第二液体温度升到合适温度需要较长时间，若要快速达到所需温度则可以先启动第二水加热器59将温度升上去后，再关闭第二水加热器59，然后依靠燃料电池热管理系统10产热维持水温；若客户无需快速利用热水和快速取暖，则无需添加此第二水加热器59，只需依靠燃料电池热管理系统10产热来将第二液体温度慢慢升上来。第三温度传感器60实时检测进入热水储水箱54和暖气设备55前的水温，通过设计的目标温度与该第三温度传感器60实际温度进行比较，通过PID算法控制第二三通阀191的开度，从而控制流经第一换热器11热侧流量以满足不同工况下的换热需求，进而将第三温度传感器60的实际水温控制到目标温度。第四温度传感器61实时检测热水储水箱54出来的水温，并将此温度传输到船上的显示屏界面，船上用户可以通过此温度显示判断热水储水箱54的温度是否已加热到满足要求，是否可以进行使用了。

作为上述实施例的优选方案，对于具有多套燃料电池热管理系统10的船用质子交换膜氢燃料电池热电联产系统，其结合原理如附图3所示方案一，每套燃料电池热管理系统10均带一个第一换热器11，不同系统的第一换热器11冷侧并入船舶热量利用系统50。又或者如附图4所示方案二，所有燃料电池热管理系统10共用一个第一换热器11，每套系统的第二三通阀191出口板换支路相互并联，然后共同汇入第一换热器11热侧。

需要说明的是，本发明公开的一种船用质子交换膜氢燃料电池热管理系统的其它内容为现有技术，在此不再赘述。

另外，需要说明的是，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

此外，需要说明的是，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

以上仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种船用质子交换膜氢燃料电池热电联产系统，其特征在于，包括：

燃料电池热管理系统，所述燃料电池热管理系统依次循环连接有第一换热器的热侧、第一水泵以及电堆总成，所述燃料电池热管理系统中流动有第一液体，所述第一液体用于对所述电堆总成进行冷却；

船舶热量利用系统，所述船舶热量利用系统依次循环连接有所述第一换热器的冷侧、船舶设备以及第二水泵，所述船舶热量利用系统中流动有第二液体，所述第二液体用于作为所述船舶设备的热量来源；其中，所述第一换热器用于将所述第一液体与所述第二液体相互换热，以使所述第一液体的温度下降且所述第二液体的温度上升；

其中，所述燃料电池热管理系统包括有第一冷却支路以及第二冷却支路；

所述第一冷却支路的输入端设置在所述电堆总成与所述第一水泵之间，所述第一冷却支路的输出端设置在所述电堆总成与所述第一换热器之间；所述第一冷却支路包括并联设置的中冷器以及去离子器，其中所述中冷器设置在所述电堆总成的空气进气支路中，所述第一冷却支路用于对所述中冷器进行降温；所述第一冷却支路还包括有第一水加热器，所述第一水加热器与所述中冷器串联设置；

所述第二冷却支路的输入端设置在所述电堆总成与所述第一水泵之间，所述第二冷却支路的输出端设置在所述电堆总成与所述第一换热器之间；所述第二冷却支路依次串设有第二换热器的热侧、空压机以及空压机控制器，其中所述空压机设置在所述电堆总成的空气进气支路中，所述第二冷却支路用于对所述空压机以及所述空压机控制器进行降温；所述第二换热器的冷侧连接有第一供水支路；

所述燃料电池热管理系统包括有第一温度控制支路，所述第一温度控制支路的输入端设置在所述电堆总成与所述第一换热器之间，所述第一温度控制支路的输出端设置在所述第一换热器与第一水泵之间；所述第一温度控制支路中设置有第三换热器的热侧，所述第三换热器的冷侧连接有所述第一供水支路；所述第一温度控制支路的输入端设有第一三通阀；其中所述第一供水支路依次串设有第三过滤器、第三水泵以及并联设置的所述第二换热器以及所述第三换热器，所述第一供水支路的输入端以及输出端均连接至大海；

所述燃料电池热管理系统包括有第二温度控制支路，所述第二温度控制支路的输入端设置在所述第一三通阀与所述第一换热器之间，所述第二温度控制支路的输出端设置在所述第一换热器与第一水泵之间；所述第二温度控制支路的输入端设有第二三通阀。

2.根据权利要求1所述的船用质子交换膜氢燃料电池热电联产系统，其特征在于：所述燃料电池热管理系统包括有第一稳压支路，所述第一稳压支路的输入端以及输出端分别设置在所述第一换热器的两端，所述第一稳压支路上设置有第一膨胀水箱。

3.根据权利要求1所述的船用质子交换膜氢燃料电池热电联产系统，其特征在于：所述船舶设备包括并联设置的暖气设备以及热水储水箱，其中所述暖气设备所在的支路上设有第一电磁阀；所述热水储水箱包括有第一进水接口、第一出水接口、第二进水接口以及第二出水接口，所述第一进水接口以及所述第一出水接口连接所述船舶热量利用系统，所述第二进水接口以及所述第二出水接口连接热水循环回路，所述热水循环回路依次串设有第四水泵以及船上热水设备。

4.根据权利要求3所述的船用质子交换膜氢燃料电池热电联产系统，其特征在于：所述热水储水箱的内部设有高液位传感器以及低液位传感器，所述热水储水箱包括有第三进水接口，所述第三进水接口连接第二供水支路，所述第二供水支路依次串设有船上淡水源以及第二电磁阀，所述第二电磁阀与所述高液位传感器以及所述低液位传感器电性连接。

5.根据权利要求3所述的船用质子交换膜氢燃料电池热电联产系统，其特征在于：所述热水储水箱包括有第四进水接口；所述电堆总成的氢气出气支路经过第一气液分离器进行分离后得到第一分离液体，所述第一分离液体与所述电堆总成的空气出气支路相交于混合室，所述混合室的输出端经过第二气液分离器进行分离后得到第二分离液体，所述第二分离液体注入至所述第四进水接口。

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