CN204720509U - 一种燃料电池散热系统及使用该系统的车辆 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种燃料电池散热系统及使用该系统的车辆，包括用于连接在燃料电池堆冷却水出口端和进口端之间的水箱、水泵和热交换器和连接管路，水箱用于连接在燃料电池堆冷却水出口端，水泵连接在水箱的出口端，连接管路上串设有一个过滤器和一个三通阀，所述三通阀的两个出口端分别与热交换器的进、出口端连通，且热交换器的出口端还用于与燃料电池堆冷却水入口端连通。本实用新型的燃料电池散热系统增加了过滤器，保证了冷却水的纯净、电导率长期控制在较低的工作范围；另外，采用一个三通阀对热交换器的使用进行选择性使用，当水温较低时，采用隔离热交换器的循环水路，当水温较高时，将热交换器接入循环水路，提高了使用效率。
Description
技术领域
本实用新型属于燃料电池散热系统领域，具体涉及一种燃料电池散热系统及使用该系统的车辆。
背景技术
现有汽车工业中，燃油车仍然占绝对多数。然而燃油汽车的大量应用，引发了严重的环境污染、全球气候变暖和人类生存的危机；由于燃油汽车的大量应用，导致了地球石油资源的迅速递减,以致最终枯竭。因此，新能源汽车的发展势在必行。燃料电池汽车是新能源汽车的终极目标，该类车以氢为燃料，通过燃料电池装置将氢气/氧气反应的化学能直接转换为电能。燃料电池汽车具有能量转化率高、燃料经济性好、低噪声、零污染物排放、氢来源广泛等突出优点。燃料电池技术目前已经在客车上得到应用，是理想的新一代城市公共交通工具，代表了城市公交发展的未来方向，也因此成为当前电动汽车领域的研究热点。
燃料电池作为动力源是燃料电池汽车上的核心零部件，电池系统的安全性、一致性、可靠性等问题直接影响着整车的安全性和整个生命周期的成本。若燃料电池在系统缺水、高温或者冷却水电导率过大条件下使用，将会严重影响整个燃料电池系统的一致性，并造成燃料电池寿命的衰减，使整个寿命周期内的燃料电池的成本相应增加。目前市场上的燃料电池散热模块，只是简单的检测燃料电池散热系统的温度和温度，而没有设置报警等级，很难保证系统的安全性和可靠性。
中国专利申请号CN 201310199865.0公开了一种燃料电池快速升温系统及控制方法，该系统包括小循环加热系统和大循环冷却系统，所述小循环加热系统包括燃料电池堆、设置在燃料电池堆冷却水出口的温度传感器、水箱、水泵、节温器、三通和电加热器，所述大循环冷却系统包括燃料电池堆、设置在燃料电池堆冷却水出口的温度传感器、水箱、水泵、节温器、流量计、具有风扇的散热器、三通和电加热器，还包括分别连接水泵、温度传感器、流量计、热交换器和电加热器的控制器。该系统虽然解决了燃料电池堆的散热问题，同时又能快速升温燃料电池堆，但是由于散热系统的散热器、水泵、水管路零部件材质无法达到完全不析出离子化合物，导致燃料电池水装置内水电导率上升，冷却水内离子干扰燃料电池装置内电子生成，导致燃料电池装置电子损耗，单体输出功率下降，影响燃料电池输出整体效率，另外，现有散热系统也没有对水质的检测，因此无法对燃料电池散热系统中的水进行有效的管理。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种燃料电池散热系统，以解决现有燃料电池散热系统内冷却水的水电导率过大影响燃料电池输出整体效率的问题，同时提供一种使用该散热系统的车辆。
为了实现以上目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种燃料电池散热系统，包括用于连接在燃料电池堆冷却水出口端和进口端之间的水箱、水泵和热交换器和连接管路，所述水箱用于连接在燃料电池堆冷却水出口端，水泵连接在水箱的出口端，所述连接管路上串设有一个过滤器和一个三通阀，所述三通阀的两个出口端分别与热交换器的进、出口端连通，且热交换器的出口端还用于与燃料电池堆冷却水入口端连通。
该散热系统还包括用于检测冷却水水电导率的水质传感器。
该散热系统还包括用于检测冷却水温度的温度传感器。
所述水箱内设有用于检测冷却水液位高度的液位传感器。
所述水质传感器、温度传感器和液位传感器的信号输出端与一控制器连接，控制器的信号输出端用于与车辆仪表和燃料电池管理系统FCS连接。
一种车辆，包括燃料电池堆及其散热系统，燃料电池散热系统包括用于连接在燃料电池堆冷却水出口端和进口端之间的水箱、水泵和热交换器和连接管路，所述水箱用于连接在燃料电池堆冷却水出口端，水泵连接在水箱的出口端，所述连接管路上串设有一个过滤器和一个三通阀，所述三通阀的两个出口端分别与热交换器的进、出口端连通，且热交换器的出口端还用于与燃料电池堆冷却水入口端连通。
该散热系统还包括用于检测冷却水水电导率的水质传感器。
该散热系统还包括用于检测冷却水温度的温度传感器。
所述水箱内设有用于检测冷却水液位高度的液位传感器。
所述水质传感器、温度传感器和液位传感器的信号输出端与一控制器连接，控制器的信号输出端用于与车辆仪表和燃料电池管理系统FCS连接。
本实用新型的燃料电池散热系统增加了过滤器，保证了冷却水的纯净、电导率长期控制在较低的工作范围；另外，采用一个三通阀对热交换器的使用进行选择性使用，当水温较低时，采用隔离热交换器的循环水路，当水温较高时，将热交换器接入循环水路，提高了使用效率。
另外，在系统中设置水质传感器、温度传感器和液位传感器，用来采集系统中的水位、水质、水温情况，并根据实际情况设定报警状态，当超出某一设定值时，仪表显示报警信息，提示司机加水、换水、停车。该系统实现了对燃料电池散热系统的有效管理，防止燃料电池在缺水、温度过低、温度过高和电导率过大时使用，使燃料电池能够在车上可靠和安全的工作。
附图说明
图1为本实用新型燃料电池散热系统的结构原理图；
图2为的燃料电池散热系统的控制框图。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对本实用新型进行进一步介绍。
如图1所示为本实用新型燃料电池散热系统实施例的结构原理图，由图可知，该散热系统为一个循环冷却系统，包括用于连接在燃料电池堆1冷却水出口端和进口端之间的水箱2、水泵3和热交换器7和各器件之间的连接管路4，水箱2用于连接在燃料电池堆冷却水出口端，水泵3连接在水箱2的出口端，循环冷却系统的连接管路上串设有一个过滤器5和一个三通阀6，三通阀6的两个出口端分别与热交换器7的进、出口端连通，且热交换器7的出口端还用于与燃料电池堆1冷却水入口端连通，使燃料电池电堆1、水箱2、水泵3、过滤器5、三通阀6和热交换器7通过连接管路串联构成一个循环。
本实施例中过滤器的位置不局限于设置在水泵3和三通阀6之间的连接管路中，其可以设置在循环冷却系统的任意位置，如设置在燃料电池堆1冷却水出口端或进口端的连接管路中、水箱与水泵之间的连接管路中，也可以设置在水箱中，只要能够使用要求即可。
本实施例的三通阀选用电控三通阀，可以调整出口的开度，便于控制使用；热交换器选取带有散热风扇的散热器，散热风扇安装在散热片外面，可以在温度高于设定值时进一步提供散热效率。
进一步地，如图2所示，该散热系统还包括用于检测冷却水水电导率的水质传感器、用于检测冷却水温度的温度传感器和设置于水箱内用于检测冷却水液位高度的液位传感器，水质传感器、温度传感器和液位传感器的信号输出端与控制器(本实施例采用单片机)连接，控制器的信号输出端通过CAN收发器及CAN总线与车辆仪表和燃料电池管理系统FCS连接。
为便于安装，本实施例的水质传感器、温度传感器和液位传感器均设置于水箱中，当然，其中的水质传感器和温度传感器不局限于设在水箱中，其可以设置在该循环冷却系统的任意位置；而液位传感器可以采用实时检测液位位置的类型，也可以选取能够检测特定液位位置的类型，只要满足使用要求即可。
另外，为了在冷却水温度小于设定值时能够对冷却水进行升温，该系统还包括加热装置，该加热装置选取加热棒，可以将加热棒安装于水箱的底部。
本实用新型还提供了一种使用燃料电池和上述散热系统的车辆。
本实用新型的工作原理和过程如下：通过传感器实时采集散热系统中的水位、水质、水温情况，将所采集的数据发送至单片机，单片机一方面将所采集的水位、水质、水温经CAN收发器发送到CAN总线上，仪表接受CAN总线上的这些数据，分别将水位、水质、水温以合适的方式显示在仪表上，并根据实际情况设定报警状态。当超出某一设定值时，仪表显示报警信息，提示司机加水、换水、停车，例如当液位传感器检测液位低于系统高度的30％时，仪表主屏会提示“请添加冷却水”，以提示司机加水；当温度传感器检测到温度高于60℃时，仪表上会显示“温度度过高”，以提示司机可以靠边停车，检查冷却风扇是否正常工作；当水质传感器检测系统中的水的电导率大于25μs/cm2时，仪表主屏会提示“请更换过滤器滤芯”，以提示司机更换过滤器滤芯。
另一方面，单片机将所采集的水温经CAN收发器发送到燃料电池管理系统FCS，当水温低于0℃时，控制加热棒给冷却水加热，当水温高于5℃时，停止加热；若水温由低温到高温上升的过程中，当水温低于45℃时，电控三通阀的A口开通，进行小循环(不经过散热器)散热；水温继续升高，当水温高于45℃而低于50℃时，仍然采用小循环散热，直至水温高于50℃时，三通阀的A口关闭，B口开通，进行大循环散热，但是散热风扇不工作；到水温高于55℃时，仍然采用大循环散热，但此时还控制散热风扇工作，进一步提供散热效率。而在水温由高温到低温的变化过程中，当水温高于55℃、高于50℃而低于55℃及低于45℃时的散热方式与之前都相同，不同之处在于当水温低于50℃但高于45℃时，该过程仍然采用大循环散热而散热风扇不工作的散热方式。也就是说，在45℃到50℃之间，由高温到低温的变化过程和由低温到高温的变化过程其散热方式不同。
以上实施例仅用于帮助理解本实用新型的核心思想，不能以此限制本实用新型，对于本领域的技术人员，凡是依据本实用新型的思想，对本实用新型进行修改或者等同替换，在具体实施方式及应用范围上所做的任何改动，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种燃料电池散热系统，包括用于连接在燃料电池堆冷却水出口端和进口端之间的水箱、水泵和热交换器和连接管路，所述水箱用于连接在燃料电池堆冷却水出口端，水泵连接在水箱的出口端，其特征在于：所述连接管路上串设有一个过滤器和一个三通阀，所述三通阀的两个出口端分别与热交换器的进、出口端连通，且热交换器的出口端还用于与燃料电池堆冷却水入口端连通。
2.根据权利要求1所述的燃料电池散热系统，其特征在于：该散热系统还包括用于检测冷却水水电导率的水质传感器。
3.根据权利要求2所述的燃料电池散热系统，其特征在于：该散热系统还包括用于检测冷却水温度的温度传感器。
4.根据权利要求3所述的燃料电池散热系统，其特征在于：所述水箱内设有用于检测冷却水液位高度的液位传感器。
5.根据权利要求4所述的燃料电池散热系统，其特征在于：所述水质传感器、温度传感器和液位传感器的信号输出端与一控制器连接，控制器的信号输出端用于与车辆仪表和燃料电池管理系统FCS连接。
6.一种车辆，包括燃料电池堆及其散热系统，燃料电池散热系统包括用于连接在燃料电池堆冷却水出口端和进口端之间的水箱、水泵和热交换器和连接管路，所述水箱用于连接在燃料电池堆冷却水出口端，水泵连接在水箱的出口端，其特征在于：所述连接管路上串设有一个过滤器和一个三通阀，所述三通阀的两个出口端分别与热交换器的进、出口端连通，且热交换器的出口端还用于与燃料电池堆冷却水入口端连通。
7.根据权利要求6所述的车辆，其特征在于：该散热系统还包括用于检测冷却水水电导率的水质传感器。
8.根据权利要求7所述的车辆，其特征在于：该散热系统还包括用于检测冷却水温度的温度传感器。
9.根据权利要求8所述的车辆，其特征在于：所述水箱内设有用于检测冷却水液位高度的液位传感器。
10.根据权利要求9所述的车辆，其特征在于：所述水质传感器、温度传感器和液位传感器的信号输出端与一控制器连接，控制器的信号输出端用于与车辆仪表和燃料电池管理系统FCS连接。
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