CN209843846U - 燃料电池分段冷启动系统 - Google Patents

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洪伟
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李小平
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姜北平
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王廷伟
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Abstract

本实用新型公开了一种的燃料电池分段冷启动系统,旨在克服燃料电池汽车冷启动慢的问题。本实用新型由空气泵、电磁阀a、电磁阀b、空气管路、燃料电池a、燃料电池b、冷却液管路、冷却液控制装置a、冷却液控制装置b、水箱、温度传感器、冷却液总管路、水泵、电加热器组成;冷却液管路将燃料电池a、燃料电池b、冷却液控制装置a和冷却液控制装置b连接在一起,冷却液控制装置a和冷却液控制装置b中的热膨胀物质通过控制主、副阀门分别控制从燃料电池a和燃料电池b流出的冷却液的流向,从而进行路径不同的冷却液循环,达到提高燃料电池汽车冷启动的速度和节能的目的。

Description

燃料电池分段冷启动系统
技术领域
本实用新型涉及燃料电池领域,更确切地说,本实用新型涉及的是一种能够通过冷却液控制装置和电磁阀逐段启动电池板的新型启动方式。
背景技术
随着汽车技术的发展以及石油的日益减少,燃料电池作为汽车新动力已被逐渐提上日程。燃料电池具有无污染、高效率、高能量比的优点,同时还存在着可靠性、耐久性、成本等等的挑战。除了这些问题,燃料电池的冷启动也是其重要挑战之一。目前,燃料电池在低温下冷启动主要靠利用直流电池加热、热空气吹扫、使燃料在催化层表面燃烧放热等等来达到加热的目的,而且传统的燃料电池都是一开始就是整体进行加热工作,这样也会降低汽车的启动速度和经济性。
采用分段式启动方式能够:
1.避免单一升温方法延长系统的启动速度。
2.让燃料电池分块启动加快汽车启动速度。
3.提高能源利用率以及系统的经济性。
发明内容
本实用新型要解决的是燃料电池汽车冷启动慢的问题,通过采用冷却液控制装置和电磁阀的控制达到燃料电池分段启动的目的,从而提高汽车启动速度,提高热效率。
为解决上述技术问题,本实用新型采用如下技术方案实现:
本实用新型所述的燃料电池分段冷启动系统,由空气泵1、电磁阀a2、电磁阀b3、空气管路4、燃料电池a5、冷却液管路a6、冷却液管路b7、冷却液管路c8、冷却液控制装置a9、冷却液管路d10、水箱11、冷却液管路e12、温度传感器13、冷却液总管路14、冷却液控制装置b15、冷却液管路f16、水泵17、电加热器18、燃料电池b19组成。其中,空气管路4 一端与外界相通,一端分成两个支路,一条支路通过电磁阀a2与燃料电池b19相连,一条支路通过电磁阀b3与燃料电池a5相连,并且其上串接有空气泵1;冷却液控制装置b15位于冷却液管路a6、冷却液管路f16和冷却液管路b7的交界处,并且冷却液控制装置b15的上支架通孔22与冷却液管路f16相通,下支架通孔37与冷却液管路a6相通,副阀门33置于冷却液管路b7的入口处;冷却液管路a6一端和燃料电池b19相连,一端和冷却液控制装置 b15相连;冷却液管路b7一端和冷却液控制装置b15相连,一端和燃料电池a5相连,其上安装有温度传感器13;冷却液管路f16一端和冷却液控制装置b15相连,一端和冷却液总管路14相连;冷却液控制装置a9位于冷却液管路c8、冷却液管路d10和冷却液管路e12的交界处,同时冷却液控制装置a9的上支架通孔22与冷却液管路e12相通,下支架通孔37与冷却液管路c8相通,副阀门33置于冷却液管路d10的入口处;冷却液管路c8一端和燃料电池 a5相连,一端和冷却液控制装置a9相连;冷却液管路d10一端和冷却液控制装置a9相连,一端和水箱11相连;冷却液管路e12一端和冷却液控制装置a9相连,一端和冷却液总管路14相连;冷却液总管路14还和水箱11、燃料电池b19相连,并且其上串接水泵17和电加热器18。
所述的燃料电池分段冷启动系统中的冷却液控制装置a9,由圆柱销a20、上支架21、上支架通孔22、圆柱销b23、中心杆24、螺栓a25、密封垫a26、主阀门27、下支架28、弹簧29、密封垫b30、螺栓b31、阀门孔32、副阀门33、限位螺母34、热膨胀物质35、罐体36、下支架通孔37组成。其中中心杆24一端通过圆柱销b23与上支架21连接,另一端穿过主阀门27和罐体36开设的孔和限位螺母34连接;主阀门27与副阀门33通过螺纹连接;罐体 36安装在主阀门27与副阀门33开设的腔内,并且内部装有热膨胀物质35;上支架21和下支架28通过圆柱销a20连接在一起;弹簧29装在下支架28和副阀门33之间起回位作用;密封垫a26由螺栓a25固定在主阀门27上,密封垫b30由螺栓b32固定在副阀门33上;副阀门33上开有阀门孔32。
本实用新型装置的工作过程如下:
当汽车冷启动时,水泵17开始工作,冷却液开始循环,低温冷却液经过电加热器18加热,流至燃料电池b19,同时电磁阀a2开启,空气泵1开始工作向燃料电池b19充入空气(氢气为常通)燃料电池b19开始工作。从燃料电池b19流出的冷却液经过冷却液管路a6流到冷却液控制装置b15,从下支架28的下支架通孔37流到冷却液控制装置b15的内部,若冷却液的温度较低,从主阀门27流过经上支架21的上支架通孔22流到冷却液管路f16,再经过水泵17泵回到燃料电池b19中,进行小循环;当冷却液温度达到热膨胀物质35发生反应的温度,冷却液控制装置b15中的热膨胀物质35开始膨胀,推动主阀门27向上支架21移动,主阀门27关闭,同时带动副阀门33向相同的方向移动,副阀门33开启,冷却液经过管路 b7流向燃料电池a5。高温冷却液在冷却液管路b7流到燃料电池a5的过程中,温度传感器 13接受高温信号,控制电磁阀b3开启,燃料电池a5充入空气,燃料电池a5开始工作。
从燃料电池a5流出的冷却液经过冷却液管路c8流到冷却液控制装置a9,从下支架28 的下支架通孔37流到水温控制装置a9的内部,若冷却液的温度较低,从主阀门27流过经上支架21的上支架通孔22流到冷却液管路e12,再经过水泵17泵回到燃料电池b19中,进行小循环;若冷却液温度过高,达到热膨胀物质35发生反应的温度,冷却液控制装置a9中的热膨胀物质35受热膨胀,推动主阀门27向上支架21移动,主阀门27关闭,同时带动副阀门33向相同的方向移动,副阀门33开启,冷却液经过管路d10流向水箱11,进行大循环。
与现有技术相比本实用新型的有益效果是:
1.本实用新型所述的分段式启动方式通过水的预热达到电池工作所需的温度,实现能源节约的目的,经济性好。
2.本实用新型所述的分段式启动方式采用两块电池板逐段启动方式,启动速度更快,电池利用率更高。
附图说明
下面结合附图对本实用新型作进一步的说明:
图1是本实用新型所述的燃料电池汽车分段冷启动的系统分布图;
图2是本实用新型所述的燃料电池汽车分段冷启动的冷却液控制装置a9的放大图;
图中:1.空气泵、2.电磁阀a、3.电磁阀b、4.空气管路、5.燃料电池a、6.冷却液管路a、7.冷却液管路b、8.冷却液管路c、9.冷却液控制装置a、10.冷却液管路d、11.水箱、12. 冷却液管路e、13.温度传感器、14.冷却液总管路、15.冷却液控制装置b、16.冷却液管路f、17.水泵、18.电加热器、19.燃料电池b、20.圆柱销a、21.上支架、20.圆柱销a、21.上支架、22.上支架通孔、23.圆柱销b、24.中心杆、25.螺栓a、26.密封垫a、27.主阀门、28. 下支架、29.弹簧、30.密封垫b、31.螺栓b、32.阀门孔、33.副阀门、34.限位螺母、35.热膨胀物质、36.罐体、37.下支架通孔。
具体实施方式
下面结合附图1-2对本实用新型作详细的描述:
参照附图1:
本实用新型所述的燃料电池分段冷启动系统由空气泵1、电磁阀a2、电磁阀b3、空气管路4、燃料电池a5、冷却液管路a6、冷却液管路b7、冷却液管路c8、冷却液控制装置a9、冷却液管路d10、水箱11、冷却液管路e12、温度传感器13、冷却液总管路14、冷却液控制装置b15、冷却液管路f16、水泵17、电加热器18、燃料电池b19组成。
其中,空气管路4一端与外界相通,一端分成两个支路,一条支路通过电磁阀a2与燃料电池b19相连,一条支路通过电磁阀b3与燃料电池a5相连,并且其上串接有空气泵1。其中空气泵1为装置吸入空气提供动力作用;两个电磁阀的开启时刻分别为:汽车冷启动时电磁阀a2同时开启、水温过高时,温度传感器13向ECU传递信号,控制电磁阀b3开启;
冷却液控制装置b15位于冷却液管路a6、冷却液管路f16和冷却液管路b7的交界处,并且冷却液控制装置b15的上支架通孔22与冷却液管路f16相通,下支架通孔37与冷却液管路a6相通,副阀门33置于冷却液管路b7的入口处。冷却液控制装置b15主要控制冷却液管路a6、冷却液管路f16、冷却液管路b7中冷却液的走向,如果水温高,达到热膨胀物质 35的工作温度,则从冷却液管路a6流出的冷却液就经过冷却液控制装置b15流向冷却液管路b7;如果水温低,则从冷却液管路a6流出的冷却液就经过冷却液控制装置b15流向冷却液管路f16;
冷却液管路a6一端和燃料电池b19相连,一端和冷却液控制装置b15相连;
冷却液管路b7一端和冷却液控制装置b15相连,一端和燃料电池a5相连,并且温度传感器13安装在冷却液管路b7上;
冷却液管路f16一端和冷却液控制装置b15相连,一端和冷却液总管路14相连;
冷却液控制装置a9位于冷却液管路c8、冷却液管路d10和冷却液管路e12的交界处,同时冷却液控制装置a9的上支架通孔22与冷却液管路e12相通,下支架通孔37与冷却液管路c8相通,副阀门33置于冷却液管路d10的入口处。冷却液控制装置a9主要控制冷却液管路c8、冷却液管路d10、冷却液管路e12中冷却液的走向,如果水温高,达到热膨胀物质35 的工作温度,则从冷却液管路c8流出的冷却液就经过冷却液控制装置a9流向冷却液管路e12;如果水温低,则从冷却液管路c8流出的冷却液就经过水温控制装置a9流向冷却液管路d10;
冷却液管路c8一端和燃料电池a5相连,一端和水温控制装置a9相连;
冷却液管路d10一端和水温控制装置a9相连,一端和水箱11相连;
冷却液管路e12一端和水温控制装置a9相连,一端和冷却液总管路14相连;
冷却液总管路14还和水箱11、燃料电池b19相连,并且其上串接水泵17和电加热器18。水泵17为燃料电池分段冷启动系统的冷却液流动提供动力;电加热器18通过加热冷却液来提供汽车初步启动时所需的温度。
参照附图2:
本实用新型所述的燃料电池分段冷启动系统中的冷却液控制装置a9由圆柱销a20、上支架21、圆柱销a20、上支架21、上支架通孔22、圆柱销b23、中心杆24、螺栓a25、密封垫 a26、主阀门27、下支架28、弹簧29、密封垫b30、螺栓b31、阀门孔32、副阀门33、限位螺母34、热膨胀物质35、罐体36、下支架通孔37组成。
其中中心杆24一端通过圆柱销b23与上支架21连接,另一端穿过主阀门27和罐体36 开设的孔和限位螺母34连接;圆柱销b23和限位螺母34一起作用,防止中心杆24移动;
主阀门27套在中心杆24上,主阀门27与副阀门33通过螺纹连接;
罐体36安装在主阀门27与副阀门33开设的腔内,罐体36内装有热膨胀物质35;
上支架21和下支架28通过圆柱销a20连接在一起;
弹簧29装在下支架28和副阀门33之间起回位作用;
密封垫a26由螺栓a25固定在主阀门27上,密封垫b30由螺栓b32固定在副阀门33上,起密封作用;
副阀门33上开有阀门孔32,起到减压作用。
参照附图1,2:
结合本实用新型装置各组件及其安装位置关系,该燃料电池汽车分段式冷启动系统的具体工作过程如下:
当汽车冷启动时,水泵17开始工作,冷却液开始循环,低温冷却液经过电加热器18加热,流至燃料电池b19,同时电磁阀a2开启,空气泵1开始工作向燃料电池b19充入空气(氢气为常通)燃料电池b19开始工作。从燃料电池b19流出的冷却液经过冷却液管路a6流到冷却液控制装置b15,从下支架28的下支架通孔37流到冷却液控制装置b15的内部,若冷却液的温度较低,从主阀门27流过经上支架21的上支架通孔22流到冷却液管路f16,再经过水泵17泵回到燃料电池b19中,进行小循环;若冷却液温度过高,达到热膨胀物质35发生反应的温度,冷却液控制装置b15中的热膨胀物质35开始膨胀,推动主阀门27向上支架21 移动,主阀门27关闭,同时带动副阀门33向相同的方向移动,副阀门33开启,冷却液经过管路b7流向燃料电池a5。高温冷却液在冷却液管路b7流到燃料电池a5的过程中,温度传感器13接受高温信号,控制电磁阀b3开启,燃料电池a5充入空气,燃料电池a5开始工作。
从燃料电池a5流出的冷却液经过冷却液管路c8流到冷却液控制装置a9,从下支架28 的下支架通孔37流到水温控制装置a9的内部,若冷却液的温度较低,从主阀门27流过经上支架21的上支架通孔22流到冷却液管路e12,再经过水泵17泵回到燃料电池b19中,进行小循环;若冷却液温度过高,达到热膨胀物质35发生反应的温度,冷却液控制装置a9中的热膨胀物质35受热膨胀,推动主阀门27向上支架21移动,主阀门27关闭,同时带动副阀门33向相同的方向移动,副阀门33开启,冷却液经过管路d10流向水箱11,进行大循环。

Claims (3)

1.燃料电池分段冷启动系统,其特征在于,所述的启动系统由空气泵(1)、电磁阀a(2)、电磁阀b(3)、空气管路(4)、燃料电池a(5)、冷却液管路a(6)、冷却液管路b(7)、冷却液管路c(8)、冷却液控制装置a(9)、冷却液管路d(10)、水箱(11)、冷却液管路e(12)、温度传感器(13)、冷却液总管路(14)、冷却液控制装置b(15)、冷却液管路f(16)、水泵(17)、电加热器(18)、燃料电池b(19)组成;其中,空气管路(4)一端与外界相通,一端分成两个支路,一条支路通过电磁阀a(2)与燃料电池b(19)相连,一条支路通过电磁阀b(3)与燃料电池a(5)相连,并且其上串接有空气泵(1);冷却液控制装置b(15)位于冷却液管路a(6)、冷却液管路f(16)和冷却液管路b(7)的相交处,并且冷却液控制装置b(15)的上支架通孔(22)与冷却液管路f(16)相通,下支架通孔(37)与冷却液管路a(6)相通,副阀门(33)置于冷却液管路b(7)的入口处;冷却液管路a(6)一端和燃料电池b(19)相连,一端和冷却液控制装置b(15)相连;冷却液管路b(7)一端和冷却液控制装置b(15)相连,一端和燃料电池a(5)相连,其上安装有温度传感器(13);冷却液管路f(16)一端和冷却液控制装置b(15)相连,一端和冷却液总管路(14)相连;冷却液控制装置a(9)位于冷却液管路c(8)、冷却液管路d(10)和冷却液管路e(12)的相交处,同时冷却液控制装置a(9)的上支架通孔(22)与冷却液管路e(12)相通,下支架通孔(37)与冷却液管路c(8)相通,副阀门(33)置于冷却液管路d(10)的入口处;冷却液管路c(8)一端和燃料电池a(5)相连,一端和冷却液控制装置a(9)相连;冷却液管路d(10)一端和冷却液控制装置a(9)相连,一端和水箱(11)相连;冷却液管路e(12)一端和冷却液控制装置a(9)相连,一端和冷却液总管路(14)相连;冷却液总管路(14)还和水箱(11),燃料电池b(19)相连,并且其上串接水泵(17)和电加热器(18)。
2.按权利要求1所述的燃料电池分段冷启动系统,其特征在于所述的冷却液控制装置a(9),由圆柱销a(20)、上支架(21)、上支架通孔(22)、圆柱销b(23)、中心杆(24)、螺栓a(25)、密封垫a(26)、主阀门(27)、下支架(28)、弹簧(29)、密封垫b(30)、螺栓b(31)、阀门孔(32)、副阀门(33)、限位螺母(34)、热膨胀物质(35)、罐体(36)、下支架通孔(37)组成;其中中心杆(24)一端通过圆柱销b(23)与上支架(21)连接,另一端穿过主阀门(27)和罐体(36)开设的孔和限位螺母(34)连接;主阀门(27)与副阀门(33)通过螺纹连接;罐体(36)安装在主阀门(27)与副阀门(33)开设的腔内,并且内部装有热膨胀物质(35);上支架(21)和下支架(28)通过圆柱销a(20)连接在一起;弹簧(29)装在下支架(28)和副阀门(33)之间起回位作用;密封垫a(26)由螺栓a(25)固定在主阀门(27)上,密封垫b(30)由螺栓b(31)固定在副阀门(33)上;副阀门(33)上开有阀门孔(32)。
3.按权利要求1所述的燃料电池分段冷启动系统,其特征在于所述的冷却液控制装置b(15)与冷却液控制装置a(9)结构完全一样。
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