CN210554237U - 一种燃料电池系统和汽车 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种燃料电池系统，与现有技术区别在于，将换热器直接接在燃料电池的排出口。在满足燃料电池散热的前提下，有效节省了现有技术中先通过散热器浪费的热量，提高了第二热循环回路中的水温。本实用新型提出的系统有效地利用了燃料电池的余热，提高了系统的效率。另外，还可在燃料电池与换热器间设置一流量调节器件用于调节流入所述换热器中流体的流量。利用流量调节器件可有效控制第一热循环回路与第二热循环回路的热量交互。还可在第二热循环回路中增加第二加热器，用以弥补水温不足问题，从而提高第二热循环回路的暖风效果。本实用新型还提供一种汽车，利用上述系统。

Description

一种燃料电池系统和汽车

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其是涉及一种燃料电池系统和汽车。

背景技术

燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此效率高；另外，燃料电池用燃料和氧气作为原料；同时没有机械传动部件，故没有噪声污染，排放出的有害气体极少。应用燃料电池技术的燃料电池发动机作为一种新型的绿色动力能源，由于其污染小、高效率、续航路程长等优点被广泛应用于汽车领域。燃料电池发动机在运行过程中需要实现与外界水路的快速连接与断开。

专利CN102859771A公布了一种燃料电池系统，通过中间换热器进行余热加热暖风回路。但是该方案存在一定的局限性，由于燃料电池工作水温较低，导致中间换热器热侧水温较低，无法满足暖风需求，而且需要时刻调整燃料电池的工况点，以满足暖风需求，这对控制系统及电池寿命提出了较高的要求。

专利CN102666156A公布了一种车辆控制设备和车辆控制方法，通过直接将燃料电池的水引入暖风回路加热，并在回路串联一个加热器，并有旁通回路与暖风回路并联。但是由于燃料电池对冷却液有特殊要求，将暖风回路直接串入燃料电池冷却回路，会对暖风回路零部件提出更高要求。另外，与暖风并联的旁通回路会降低暖风的流量，造成暖风效果不佳。

专利CN108461777A公布了一种用于燃料电池堆的热处理系统，通过中间换热器进行余热加热暖风回路，并在暖风回路增加加热器。但是其热交换器热侧的进水是在散热器后，温度较低；散热器同样会分流部分中间换热器的流量，造成暖风效果不佳。

因此，需要提出一种可以减少热量浪费的燃料电池系统。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种燃料电池系统，用于解决现有技术中由于热交换器热侧的进水是在散热器后，温度较低；散热器同样会分流部分中间换热器的流量，造成暖风效果不佳等问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型的第一方面提出一种燃料电池系统，包括燃料电池、换热器、第一热循环回路以及第二热循环回路；

所述换热器的一端分别与所述燃料电池的排出口以及所述第一热循环回路连通，所述换热器的另一端与所述第二热循环回路连通；

所述第一热循环回路用于给所述燃料电池散热或加热；

所述第二热循环回路用于供暖；

所述换热器用于所述第一热循环回路以及所述第二热循环回路之间的换热。

可选的，所述第一热循环回路包括流量调节器件，所述换热器与所述燃料电池的排出口通过所述流量调节器件连接，所述流量调节器件用于调节流入所述换热器中流体的流量。

可选的，还包括信号处理器件、第一温度采集器件、第二温度采集器件；

所述第一温度采集器件设置在所述第一热循环回路中，并用于检测所述第一热循环回路的温度；

所述第二温度采集器件设置在所述第二热循环回路中，并用于检测所述第二热循环回路的温度；

所述第一温度采集器件与所述第二温度采集器件均连接至所述信号处理器件，所述信号处理器件还连接所述流量调节器件，所述信号处理器件用于根据所述第一温度采集器件以及所述第二温度采集器件检测到的温度信息来调整所述流量调节器件的开度。

可选的，所述流量调节器件包括球阀或蝶阀或单座流量调节器件或电动执行器。

可选的，所述第一热循环回路包括第一水泵、散热器、节温器以及第一管路；

所述第一水泵的两端分别与所述换热器的一端以及所述散热器的一端通过所述第一管路连通，所述散热器的另一端通过所述第一管路连接所述节温器的一端，所述节温器的另一端通过所述第一管路连接所述燃料电池。

可选的，所述第一热循环回路还包括第一加热器，所述第一加热器通过所述第一管路连接在所述第一水泵与所述节温器间，所述第一加热器与所述散热器并联连接。

可选的，所述第二热循环回路包括暖风芯体、第二水泵以及第二管路；

所述换热器、所述暖风芯体以及所述第二水泵间通过所述第二管路顺次连接。

可选的，所述第二热循环回路还包括第二加热器，所述第二加热器通过所述第二管路连通在所述换热器与所述暖风芯体间。

可选的，所述换热器为板式换热器。

本实用新型的第二方面提出一种汽车，利用上述特征描述中任一种所述的燃料电池系统。

本实用新型提出一种燃料电池系统，与现有技术区别在于，将换热器直接接在燃料电池的排出口。在满足燃料电池散热的前提下，有效节省了现有技术中先通过散热器浪费的热量，提高了第二热循环回路中的水温。本实用新型提出的系统有效地利用了燃料电池的余热，提高了系统的效率。

另外，还可在燃料电池与换热器间设置一流量调节器件用于调节流入所述换热器中流体的流量。利用流量调节器件可有效控制第一热循环回路与第二热循环回路的热量交互。

还可在第二热循环回路中增加第二加热器，用以弥补水温不足问题，从而提高第二热循环回路的暖风效果。

本实用新型还提供一种汽车，利用上述系统。

附图说明

图1为本实用新型一实施例提供的一种燃料电池系统的结构示意图；

图2为本实用新型另一实施例提供的一种燃料电池系统的结构示意图；

图3为本实用新型又一实施例提供的一种燃料电池系统的结构示意图；

10-燃料电池，20-换热器，30-第一热循环回路，301-流量调节器件，302- 第一水泵，303-散热器，304-节温器，305-第一管路，306-第一加热器，40-第二热循环回路，401-暖风芯体，402-第二水泵，403-第二管路，404-第二加热器， 50-第一温度采集器件，60-第二温度采集器件，70-信号处理器件。

具体实施方式

下面将结合示意图对本实用新型的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

如图1所示，本实用新型实施例提出一种燃料电池系统，包括燃料电池10、换热器20、第一热循环回路30以及第二热循环回路40。所述换热器20的一端分别与所述燃料电池10的排出口以及所述第一热循环回路30连通，所述换热器20的另一端与所述第二热循环回路40连通。所述第一热循环回路30用于给所述燃料电池10散热或加热，所述第二热循环回路40用于供暖，所述换热器 20用于所述第一热循环回路30以及所述第二热循环回路40之前的换热。

如图1所示，本实用新型一实施例中所提出的系统将所述换热器20直接接在燃料电池10的排出口，而现有技术中换热器则是设置在散热器之后。在满足燃料电池10散热的前提下，有效节省了现有技术中先通过散热器303浪费的热量，提高了第二热循环回路40中的水温。本实用新型提出的系统有效地利用了燃料电池10的余热，提高了系统的效率，所述换热器20可选用板式换热器20。

进一步地，如图2所示，所述第一热循环回路30可包括一流量调节器件301，所述换热器20与所述燃料电池10的排出口间可通过所述流量调节器件301连接，所述流量调节器件301用于调节流入所述换热器20中流体的流量。需要注意的是，所述流量调节器件301可为球阀或蝶阀或单座流量调节器件或电动执行器，在本实用新型实施例中以球阀为例，这里提到的球阀可通过直流电机来驱动控制。利用流量调节器件301可有效控制所述第一热循环回路30与所述第二热循环回路40的热量交互，例如，在本实用新型实施例中，通过控制球阀的开度可以调节流入所述换热器20中的流量，以进一步控制所述第一热循环回路 30与所述第二热循环回路40的热量交互。

进一步地，如图3所示，本实用新型实施例提出的燃料电池系统还可包括信号处理器件70、第一温度采集器件50、第二温度采集器件60。所述第一温度采集器件50设置在所述第一热循环回路30中，并用于检测所述第一热循环回路30的温度。所述第二温度采集器件60设置在所述第二热循环回路40中，并用于检测所述第二热循环回路40的温度。所述第一温度采集器件50与所述第二温度采集器件60均连接至所述信号处理器件70，所述信号处理器件70还连接所述流量调节器件301，所述信号处理器件70用于根据所述第一温度采集器件50以及所述第二温度采集器件60检测到的温度信息来调整所述流量调节器件301的开度。

在本实用新型实施例中，所述第一温度采集器件50与所述第二温度采集器件60分别用于检测所述第一热循环回路30以及所述第二热循环回路40的温度。一般所述第一热循环回路30与所述第二热循环回路40中的部件都是通过管路连通，因此，所述第一温度采集器件50与所述第二温度采集器件60可以设置在所述第一热循环回路30与所述第二热循环回路40各自的管路中用于采集水温，所述第一温度采集器件50与所述第二温度采集器件60除了可以设置在管路中，还可以直接设置在所述换热器20靠近所述第一热循环回路30与所述第二热循环回路40的两侧，从而直接检测周围环境的温度。本领域技术人员应当理解，所述第一温度采集器件50与所述第二温度采集器件60除了上述两种设置方式，还有其它方式可以选用，在此不做赘述。

所述第一温度采集器件50以及所述第二温度采集器件60可为温度传感器，可以是水温传感器或是其它类型的温度传感器，在此不做限制，具体需根据实际需要来选择。所述信号处理器件70一般可为带有数据处理分析能力的智能器件，例如，可为MCU、MPU、DSP或FPGA等，在此不做赘述。

可选地，所述第一热循环回路30可包括第一水泵302、散热器303、节温器304以及第一管路305。所述第一水泵302的两端分别与所述换热器20以及所述散热器303的一端通过所述第一管路305连通，所述散热器303的另一端通过所述第一管路305连接所述节温器304的一端，所述节温器304的另一端通过所述第一管路305连接所述燃料电池10。所述节温器304是控制冷却液流动路径的阀门，是一种自动调温装置，通常含有感温组件，借着热胀或冷缩来开启、关掉空气、气体或液体的流动。

需要注意的是，所述水泵与所述流量调节器件301间通过两条管道连接。其中一条管道直接连接所述水泵与所述流量调节器件301，另一条管道上连接有所述换热器20。所述流量调节器件301可调节流入两条管路的流量。例如，如果所述流量调节器件301选用球阀，可通过调节球阀的开度来调整流入两条管路的流量，还可通过球阀关断其中一条或两条管道。

所述第一温度采集器件50与所述第二温度采集器件60分别采集所述第一热循环回路30的温度T1和所述第二热循环回路40的温度T2，并将采集到的温度信息发送给所述信号处理器件70，所述信号处理器件70实时计算所述第一热循环回路30的温度T1和所述第二热循环回路40的温度T2的温差△T，其中△T＝T1-T2，所述信号处理器件70通过△T判断加热的场景：△T大于某一预设温差时属于正向加热a场景，△T小于某一预设温差时属于反向加热b场景，例如，温差可预设为1℃。所述信号处理器件70通过判断△T绝对值的大小来控制所述流量调节器件301的开度。

可将本实用新型实施例提出的系统应用于汽车中，当汽车处于冷启动阶段时，可通过所述流量调节器件301关闭流经所述换热器20的管道，使燃料电池 10冷却回路出水不经过换热器20，避免正向加热a，导制冷启动时间延长，可以汽车的启动时间。还可以适当利用反向加热场景b，使暖风回路加热燃料电池10回路，也可以达到缩短冷启动时间的目的。在其他工况下，则需要避免反向加热b发生。在正向加热a的场景下，所述信号处理器件70通过判断△T绝对值的大小来控制所述流量调节器件301的开度，避免系统流量和水温发生剧烈波动。

可选地，所述第一热循环回路30还包括第一加热器306，所述第一加热器 306通过所述第一管路305连接在所述第一水泵302与所述节温器304间，所述第一加热器306与所述散热器303并联连接。所述第一加热器306是用于在冷启动阶段用于加热水温以进一步缩短冷启动时间的加热装置，一般所述第一加热器306可选用PTC加热器。

可选地，所述第二热循环回路40包括暖风芯体401、第二水泵402以及第二管路403，所述换热器20、所述暖风芯体401以及所述第二水泵402间通过所述第二管路403顺次连接。当所述系统应用在汽车上时，所述第二热循环回路40可用作汽车的暖风系统，通过暖风芯体401可向车内吹出暖风。

可选地，所述第二热循环回路40还包括第二加热器404，所述第二加热器 404通过所述第二管路403连通在所述换热器20与所述暖风芯体401间。通过在所述第二热循环回路40中增加第二加热器404可以在任何工况下满足需要的制热需求。所述第二加热器404可选用PTC加热器。

本实用新型实施例还提出一种汽车，利用上述特征描述中任一种所述的燃料电池系统。

综上所述，本实用新型提出一种燃料电池系统，与现有技术区别在于，将换热器直接接在燃料电池的排出口。在满足燃料电池散热的前提下，有效节省了现有技术中先通过散热器浪费的热量，提高了第二热循环回路中的水温。本实用新型提出的系统有效地利用了燃料电池的余热，提高了系统的效率。

另外，还可在燃料电池与换热器间设置一流量调节器件用于调节流入所述换热器中流体的流量。利用流量调节器件可有效控制第一热循环回路与第二热循环回路的热量交互。

还可在第二热循环回路中增加第二加热器，用以弥补水温不足问题，从而提高第二热循环回路的暖风效果。

本实用新型还提供一种汽车，利用上述系统。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”或“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

上述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不对本实用新型起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型的技术方案的范围内，对本实用新型揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本实用新型的技术方案的内容，仍属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种燃料电池系统，其特征在于，包括燃料电池、换热器、第一热循环回路以及第二热循环回路；

所述换热器的一端分别与所述燃料电池的排出口以及所述第一热循环回路连通，所述换热器的另一端与所述第二热循环回路连通；

所述第一热循环回路用于给所述燃料电池散热或加热；

所述第二热循环回路用于供暖；

所述换热器用于所述第一热循环回路以及所述第二热循环回路之间的换热。

2.如权利要求1所述的一种燃料电池系统，其特征在于，所述第一热循环回路包括流量调节器件，所述换热器与所述燃料电池的排出口通过所述流量调节器件连接，所述流量调节器件用于调节流入所述换热器中流体的流量。

3.如权利要求2所述的一种燃料电池系统，其特征在于，还包括信号处理器件、第一温度采集器件、第二温度采集器件；

所述第一温度采集器件设置在所述第一热循环回路中，并用于检测所述第一热循环回路的温度；

所述第二温度采集器件设置在所述第二热循环回路中，并用于检测所述第二热循环回路的温度；

所述第一温度采集器件与所述第二温度采集器件均连接至所述信号处理器件，所述信号处理器件还连接所述流量调节器件，所述信号处理器件用于根据所述第一温度采集器件以及所述第二温度采集器件检测到的温度信息来调整所述流量调节器件的开度。

4.如权利要求2所述的一种燃料电池系统，其特征在于，所述流量调节器件包括球阀或蝶阀或单座流量调节器件或电动执行器。

5.如权利要求1所述的一种燃料电池系统，其特征在于，所述第一热循环回路包括第一水泵、散热器、节温器以及第一管路；

所述第一水泵的两端分别与所述换热器的一端以及所述散热器的一端通过所述第一管路连通，所述散热器的另一端通过所述第一管路连接所述节温器的一端，所述节温器的另一端通过所述第一管路连接所述燃料电池。

6.如权利要求5所述的一种燃料电池系统，其特征在于，所述第一热循环回路还包括第一加热器，所述第一加热器通过所述第一管路连接在所述第一水泵与所述节温器间，所述第一加热器与所述散热器并联连接。

7.如权利要求1所述的一种燃料电池系统，其特征在于，所述第二热循环回路包括暖风芯体、第二水泵以及第二管路；

所述换热器、所述暖风芯体以及所述第二水泵间通过所述第二管路顺次连接。

8.如权利要求7所述的一种燃料电池系统，其特征在于，所述第二热循环回路还包括第二加热器，所述第二加热器通过所述第二管路连通在所述换热器与所述暖风芯体间。

9.如权利要求1所述的一种燃料电池系统，其特征在于，所述换热器为板式换热器。

10.一种汽车，其特征在于，包括如权利要求1至9中任一种所述的燃料电池系统。

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