CN210296511U - 一种用于低温冷启动的燃料电池加热系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于低温冷启动的燃料电池加热系统，包括电池堆、空气路模块、氢气路模块及冷却路模块，所述空气路模块、氢气路模块及冷却路模块分别与电池堆连接。该加热系统能够有效对冷却液进行加热，进而通过加热之后的冷却液和由冷却液加热的空气和氢气对电池堆进行加热，加热高效，提高了燃料电池的环境温度适应性与应用范围。
Description
技术领域
本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其是一种用于低温冷启动的燃料电池加热系统。
背景技术
目前，随着新能源汽车，尤其是燃料电池汽车的崛起，大多数配套零部件均区别于传统燃油车，需要重新开发，为此各种新能源汽车用的零部件也陆陆续续出现在人类的视线中。燃料电池汽车作为零排放的新能源汽车之一，备受业界关注。燃料电池如质子交换膜(PEM)燃料电池在寒冷的环境中，尤其在低于零下的温度下工作是非常困难的。人们普遍认为，PEM燃料电池在低温运行期间，由氧还原反应(ORR)产生的水在阴极催化剂层(CL)中形成冰，这阻碍了氧输送到反应位点，从而导致PEM燃料电池最终关闭。几种技术已解决寒冷环境下燃料电池的运行。
由于结冰会对电堆造成不可逆的损伤，在冷启动中需尽量避免电堆经历“结冰/解冻”过程。除了对电堆材料提出针对冷启动的改进措施外，相比于自启动策略，辅助启动策略主要通过停机吹扫和辅助电堆加热来实现，会大大增加冷启动可靠性并获得更好的启动性能。
实用新型内容
本实用新型提供了一种用于低温冷启动的燃料电池加热系统，能够稳定可靠且高效地对冷却液进行加热，迅速提升冷却液温度。
一种用于低温冷启动的燃料电池加热系统，包括电池堆、空气路模块、氢气路模块及冷却路模块；
所述空气路模块包括空气过滤器、风机、增湿器及氢气消耗模块，所述空气过滤器、风机及增湿器依次通过管路连接，所述增湿器又通过管路与电池堆连接，电池堆通过管路与氢气消耗装置连接；
所述氢气路模块包括储氢罐、板式换热器，所述储氢罐、板式换热器及电池堆依次通过管路连接，所述储氢罐与板式换热器之间还依次连接有减压阀和电池阀，电池堆又通过电池阀与氢气消耗装置连接；
所述冷却路模块包括散热水泵、节温器、内循环加热装置及外循环散热器，所述散热水泵的进水口通过管路与电池堆连接，出水口通过一号三通分别与板式换热器和节温器的进水口连接，所述节温器包括两个出水口，分别通过管路与内循环加热装置和外循环散热器的进水口连接，所述外循环散热器的出水口通过管路与增湿器连接，所述内循环加热装置的出水口通过二号三通分别与板式换热器和三号三通连接，所述三号三通又分别与增湿器和电池堆连接，所述一号三通与板式换热器之间还设置有电池阀。
作为上述方案的优选，所述内循环加热装置包括进水口、出水口及多个并联的加热组件；所述进水口和出水口分别与加热组件连通。
作为上述方案的优选，所述加热组件包括壳体、盖板、多根并联的加热丝及与加热丝连接的导线；所述壳体一端封闭，一端开口，其开口端通过盖板封闭，所述加热丝固定在盖板的一侧并伸入壳体内部，连接加热丝的导线穿过盖板与外部电源连接。
本实用新型的有益效果在于：
1、提出了一种新型的加热组件，能够稳定可靠且高效地对冷却液进行加热，迅速提升冷却液温度。
2、加热组件的连接方式结构简单、稳定且便于反复拆装，利于检测与维修；同时整体的连接及支撑刚度大大提高，使内循环加热装置满足车载要求的振动与冲击需求。
3、应用本加热系统的燃料电池可以在更低温度下进行冷启动，并缩短冷启动时间，增强了质子交换膜燃料电池的环境温度适应性与应用范围，提升新能源汽车的竞争力，具有较好的推广应用价值。
附图说明
图1为本实用新型的工作原理示意图；
图2为本实用新型中内循环加热装置的结构示意图。
附图标记如下：1-电池堆、2-空气路模块、3-氢气路模块、4-冷却路模块、5-空气过滤器、6-风机、7-增湿器、8-氢气消耗模块、9-储氢罐、10-板式换热器、11-减压阀、12-散热水泵、13-节温器、14-内循环加热装置、1401-进水口、1402-出水口、1403-加热组件、1404-壳体、1405-盖板、1406-加热丝、1407-导线、15-外循环散热器、16-一号三通、17-二号三通、18-三号三通、19-电池阀。
具体实施方式
下面结合附图详细描述本实施例：
如图1、图2所示，一种用于低温冷启动的燃料电池加热系统，包括电池堆1、空气路模块2、氢气路模块3及冷却路模块4；
所述空气路模块2包括空气过滤器5、风机6、增湿器7及氢气消耗模块8，所述空气过滤器5、风机6及增湿器7依次通过管路连接，所述增湿器7又通过管路与电池堆1连接，电池堆1通过管路与氢气消耗装置8连接；
所述氢气路模块3包括储氢罐9、板式换热器10，所述储氢罐9、板式换热器10及电池堆1依次通过管路连接，所述储氢罐9与板式换热器10之间还依次连接有减压阀11和电池阀19，电池堆1又通过电池阀19与氢气消耗装置8连接；
所述冷却路模块4包括散热水泵12、节温器13、内循环加热装置14及外循环散热器15，所述散热水泵12的进水口通过管路与电池堆1连接，出水口通过一号三通16分别与板式换热器10和节温器13的进水口连接，所述节温器13包括两个出水口，分别通过管路与内循环加热装置14和外循环散热器15的进水口连接，所述外循环散热器15的出水口通过管路与增湿器7连接，所述内循环加热装置14的出水口通过二号三通17分别与板式换热器10和三号三通18连接，所述三号三通18又分别与增湿器7和电池堆1连接，所述一号三通16与板式换热器10之间还设置有电池阀19。
作为上述方案的优选，所述内循环加热装置14包括进水口1401、出水口1402及多个并联的加热组件1403；所述进水口1401和出水口1402分别与加热组件1403连通。
作为上述方案的优选，所述加热组件1403包括壳体1404、盖板1405、多根并联的加热丝1406及与加热丝连接的导线1407；所述壳体1404一端封闭，一端开口，其开口端通过盖板1405封闭，所述加热丝1406固定在盖板的一侧并伸入壳体1404内部，连接加热丝1406的导线1407穿过盖板与外部电源连接。当导线1407处于通电状态时，加热丝1406开始进行加热，从进水口1401流入的冷却液进入壳体1404内部，经过加热丝1406的加热后从出水口1402流出。所述导线1407与盖板1405之间进行过密封处理，壳体1404内部的冷却液不会顺着导线1407流出壳体1404外部。
本实用新型的工作原理如下：
燃料电池汽车进行低温冷启动时，当燃料电池加热系统内冷却液的温度低于55℃，节温器13与外循环散热器15连接的出水口处于关闭状态，与内循环加热装置14连接的出水口处于开启状态，加热丝1406开始加热。从散热水泵12传输过来的冷却液经过一号三通16之后一部分流向板式换热器10，另一部分通过节温器13流向内循环加热装置14，流经板式换热器10的冷却液与流经内循环加热装置14的冷却液均流向二号三通17，其中流经内循环加热装置14的冷却液经过加热组件1403之后会被加热，通过二号三通17的冷却液经过三号三通18之后直接流向电池堆1。在冷却路模块4运转的同时，空气路模块2和氢气路模块3也同时开始运转。穿过空气过滤器5，被风机6抽到增湿器7的空气直接被传递到电池堆1，空气的流动会对增湿器7和电池堆1进行吹扫，溶解内部冰块，空气经过电池堆1后被传递到氢气消耗装置8；储氢罐9提供氢气，流经减压阀11、电磁阀19到达板式换热器10，然后被流经板式换热器10的冷却液加热之后传递到电池堆1，经过电池堆1后被传递到氢气消耗装置8；传输到氢气消耗装置8的空气和氢气一起被排放到空气中。经过电池堆1的热氢气会对电池堆1进行吹扫，溶解内部冰，经过加热之后的冷却液对电池堆1及其流过的系统管路起到加热升温的作用。
冷却液在循环流动的过程中，在经过加热组件1403的不断加热之后，温度会不断升高，当节温器13检测到冷却液的温度高于55℃时，节温器13会立即关闭与内循环加热装置14连接的出水口，打开与外循环散热器15连接的出水口，加热丝1406断电，冷却液将不再进行加热，节温器13、内循环加热装置14及二号三通17之间的冷却液停止流动，流经板式换热器10的冷却液及氢气路模块3均正常流动、运转。此时冷却液经过节温器13之后流向外循环散热器15，流经外循环散热器15的冷却液经过增湿器7之后流向三号三通18，经过三号三通18之后流向电池堆1。在此过程中，流经增湿器7的冷却液会对经过增湿器7的空气进行加热，热空气对增湿器7和电池堆1进行吹扫、加热，溶解内部冰，经过电池堆1的热氢气会对电池堆1进行吹扫、加热，溶解内部冰，流向电池堆1的冷却液对电池堆1进行进一步的加热升温，经过电池堆1的空气和氢气分别传输到氢气消耗装置8之后被排放到空气中，所有经过电池堆1的冷却液在被抽回到散热水泵12后继续循环流动，节温器13根据检测到的冷却液的温度调整冷却液的流动路径。
本实施例中，空气过滤器实用的型号为KLQ675—1，风机的型号为FCN200，增湿器的型号为H20，板式换热器型号为B5TH，散热水泵的型号为WP32，节温器的型号为3571，外循环散热器的型号为Q0711A。
以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种用于低温冷启动的燃料电池加热系统，其特征在于：包括电池堆、空气路模块、氢气路模块及冷却路模块；
所述空气路模块包括空气过滤器、风机、增湿器及氢气消耗模块，所述空气过滤器、风机及增湿器依次通过管路连接，所述增湿器又通过管路与电池堆连接，电池堆通过管路与氢气消耗装置连接；
所述氢气路模块包括储氢罐、板式换热器，所述储氢罐、板式换热器及电池堆依次通过管路连接，所述储氢罐与板式换热器之间还依次连接有减压阀和电池阀，电池堆又通过电池阀与氢气消耗装置连接；
所述冷却路模块包括散热水泵、节温器、内循环加热装置及外循环散热器，所述散热水泵的进水口通过管路与电池堆连接，出水口通过一号三通分别与板式换热器和节温器的进水口连接，所述节温器包括两个出水口，分别通过管路与内循环加热装置和外循环散热器的进水口连接，所述外循环散热器的出水口通过管路与增湿器连接，所述内循环加热装置的出水口通过二号三通分别与板式换热器和三号三通连接，所述三号三通又分别与增湿器和电池堆连接，所述一号三通与板式换热器之间还设置有电池阀。
2.根据权利要求1所述的一种用于低温冷启动的燃料电池加热系统，其特征在于：所述内循环加热装置包括进水口、出水口及多个并联的加热组件；所述进水口和出水口分别与加热组件连通。
3.根据权利要求2所述的一种用于低温冷启动的燃料电池加热系统，其特征在于：所述加热组件包括壳体、盖板、多根并联的加热丝及与加热丝连接的导线；所述壳体一端封闭，一端开口，其开口端通过盖板封闭，所述加热丝固定在盖板的一侧并伸入壳体内部，连接加热丝的导线穿过盖板与外部电源连接。
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