CN211017254U - 一种汽车燃料电池低温快速启动系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种汽车燃料电池低温快速启动系统，包括：电池堆；散热器，通过循环冷却液管与电池堆连接；太阳能加热装置，与循环冷却液管连接；太阳能加热装置包括太阳能发电组、电加热器和加热筒，加热筒的两端分别连接有冷水进管和热水出管，冷水进管与循环冷却液管的进水端连接，热水出管与循环冷却液管的出水端连接，电加热器安装在加热筒内，并与太阳能发电组电连接，用于对加热筒内的冷却液进行加热。该系统能够利用太阳能转换的电能加热冷却液，使电池堆温度在低温条件下始终保持在一个较高的设定温度，从而大大缩短升温时间和启动时间，有利于提高燃料电池的发电效率，且能够防止燃料电池内部结冰，避免电池损坏。

Description

一种汽车燃料电池低温快速启动系统

技术领域

本实用新型涉及汽车燃料电池技术领域，尤指一种汽车燃料电池低温快速启动系统。

背景技术

燃料电池是一种清洁的发电装置，它能够直接将燃料的化学能转化为直流电能。燃料电池的工作原理是通过电化学反应把物质的化学能转化为电能，并且燃料电池进行化学反应所需的物质是由外部不断补充的，只要供应燃料，就能源源不断地输出电能和热能。质子交换膜燃料电池是以氢气为燃料，以氧气为氧化剂的电化学发电装置。质子交换膜燃料电池由于具有环境友好性和能量转换效率高等优点，被广泛应用在汽车上。

燃料电池通常运用在汽车上，质子交换膜燃料电池发电系统在工作时产生的电能在经过DC-DC升压装置升压后能够驱动轮毂电机，为汽车提供动力，同时可为车辆辅助设备如冷却水泵、空调压缩机等供电。

但是，车用燃料电池的正常工作温度在70-80℃，在冬季或气温较低的地区启动阶段温度低，从启动到正常工作要经历漫长的升温过程，造成启动时间过长，影响驾驶体验，且如果温度低至冰点，还会使电池内部结冰，破坏电池内部结构，降低电池使用寿命。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种汽车燃料电池低温快速启动系统，能够利用太阳能转换的电能加热冷却液，使电池堆温度在低温条件下始终保持在一个较高的设定温度，从而大大缩短升温时间和启动时间，有利于提高燃料电池的发电效率，且能够防止燃料电池内部结冰，避免电池损坏。

本实用新型提供的技术方案如下：

本实用新型提供一种汽车燃料电池低温快速启动系统，包括：

电池堆，用于产生驱动所述汽车的电能；散热器，通过循环冷却液管与所述电池堆连接，用于在所述电池堆工作时通过冷却液对所述电池堆进行散热；太阳能加热装置，与所述循环冷却液管连接，用于在所述电池堆启动前通过加热冷却液对所述电池堆进行加热；其中，所述太阳能加热装置包括太阳能发电组、电加热器和加热筒，所述太阳能发电组安装在所述汽车上，用于通过太阳能发电，所述加热筒的两端分别连接有冷水进管和热水出管，所述冷水进管与所述循环冷却液管的进水端连接，所述热水出管与所述循环冷却液管的出水端连接，使冷却液导入所述加热筒内，所述电加热器安装在所述加热筒内，并与所述太阳能发电组电连接，用于对所述加热筒内的冷却液进行加热，进而对所述电池堆进行加热。

在现有技术中，燃料电池的电池堆在工作时，都需要通过冷却液对电池堆进行散热，因此循环冷却液管始终与电池堆连接，本方案通过将太阳能加热装置与循环冷却液管连接，具体的，太阳能加热装置包括太阳能发电组、电加热器和加热筒，太阳能发电组安装在汽车上，用于通过太阳能发电，加热筒的两端分别连接有冷水进管和热水出管，冷水进管与循环冷却液管的进水端连接，热水出管与循环冷却液管的出水端连接，使得在电池堆启动前，能够使冷却液导入加热筒内，并通过电加热器对加热筒内的冷却液进行加热，进而对电池堆进行加热，使得电池堆的温度在低温条件下始终保持在一个较高的设定温度，从而大大缩短升温时间和启动时间，有利于提高燃料电池的发电效率，且能够防止燃料电池内部结冰，避免电池损坏。

进一步地，所述太阳能发电组包括太阳能电池板、控制器和蓄电池，且所述太阳能电池板通过所述控制器与所述蓄电池电连接，使所述太阳能电池板产生的电能存储至所述蓄电池中。

通过设置太阳能电池板、控制器和蓄电池，且太阳能电池板通过控制器与蓄电池电连接，使得太阳能电池板产生的电能能够存储至蓄电池中，并在低温环境下，对电池堆在启动前进行加热，或在其它环境下，用于车辆其它辅助设备使用，起到备用电源的功能。

进一步地，所述蓄电池与所述电加热器电连接；或；所述太阳能电池板通过所述控制器与所述电加热器电连接。

在通过电加热器对冷却液加热时，可以通过蓄电池对电加热器提供电能，还可以通过太阳能电池板直接对电加热器提供电能，具体可以根据蓄电池的剩余电量以及当前光照环境决定。

进一步地，所述冷水进管上设有直流水泵，所述直流水泵与所述控制器电连接，用于从所述循环冷却液管内抽取冷却液导入所述加热筒中。

在当前环境为低温环境，需要在电池堆启动前对电池堆进行加热时，控制器控制直流水泵工作，使冷却液能够进入加热筒中；在当前环境为其它环境，不需要在电池堆启动前对电池堆进行加热时，控制器控制直流水泵关闭。

进一步地，所述热水出管上设置有电磁阀，所述电磁阀与所述控制器电连接，用于将所述热水出管在导通和隔断两种状态之间切换。

在当前环境为低温环境，需要在电池堆启动前对电池堆进行加热时，控制器控制电磁阀导通，使加热后的冷却液能够进入循环冷却液管，并最终进入电池堆，对电池堆进行加热；在当前环境为其它环境，不需要在电池堆启动前对电池堆进行加热时，控制器控制电磁阀关闭。

进一步地，所述循环冷却液管上安装有温度传感器，所述温度传感器与所述控制器电连接，用于检测冷却液的温度。

通过设置温度传感器对冷却液的温度进行检测，能够在温度检测器检测到的温度低于设定温度时，控制器控制太阳能加热装置对冷却液进行加热，从而对电池堆进行加热，避免电池堆温度过低。

进一步地，所述循环冷却液管的进水端通过节温器连接有并联的第一通道和第二通道，所述第一通道和所述第二通道的输出端均与所述循环冷却液管的出水端连接；所述散热器安装在所述第二通道上。

通过节温器在循环冷却液管的进水端和出水端之间设置并联的第一通道和第二通道，能够根据冷却液的温度调节第一通道和第二通道的水流量，避免电池堆在冬季等寒冷季节温度过低，影响反应效率。

进一步地，所述第二通道还连接有膨胀水箱。

通过设置膨胀水箱，能够容纳系统水的膨胀量，同时还能够起到定压作用和为系统补水的作用。

进一步地，所述循环冷却液管上设置有冷却水泵，所述冷却水泵用于冷却液的循环。

进一步地，所述循环冷却液管上设置有过滤器，所述过滤器用于对冷却液进行过滤。

本实用新型提供的一种汽车燃料电池低温快速启动系统，通过将太阳能加热装置与循环冷却液管连接，具体的，太阳能加热装置包括太阳能发电组、电加热器和加热筒，太阳能发电组安装在汽车上，用于通过太阳能发电，加热筒的两端分别连接有冷水进管和热水出管，冷水进管与循环冷却液管的进水端连接，热水出管与循环冷却液管的出水端连接，使得在电池堆启动前，能够使冷却液导入加热筒内，并通过电加热器对加热筒内的冷却液进行加热，进而对电池堆进行加热，使得电池堆的温度在低温条件下始终保持在一个较高的设定温度，从而大大缩短升温时间和启动时间，有利于提高燃料电池的发电效率，且能够防止燃料电池内部结冰，避免电池损坏。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对本方案的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1是本实用新型实施例的整体结构示意图。

附图标号：10-电池堆；20-散热器；30-太阳能加热装置；31-太阳能发电组；311-太阳能电池板；312-控制器；313-蓄电池；32-电加热器；33-加热筒；331-冷水进管；332-热水出管；333-直流水泵；334-电磁阀；40-循环冷却液管；41-温度传感器；42-节温器；43-第一通道；44-第二通道；45-膨胀水箱；46-冷却水泵；47-过滤器。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本实用新型的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

实施例1

本实用新型的一个实施例，如图1所示，本实用新型提供一种汽车燃料电池低温快速启动系统，包括电池堆10、散热器20和太阳能加热装置30。

电池堆10用于产生驱动汽车的电能，在本实施例中，电池堆10采用质子交换膜燃料电池，是以氢气为燃料，以氧气为氧化剂的电化学发电装置，具有环境友好性和能量转换效率高等优点。电池堆10产生的电能主要与汽车的轮毂电机连接，用于驱动汽车行驶，还可以与汽车内的其它辅助用电设备，如车灯系统、显示系统等连接。

散热器20通过循环冷却液管40与电池堆10连接，用于在电池堆10工作时通过冷却液对电池堆10进行散热。在燃料电池工作时，会产生大量的热量，需要对电池堆10进行及时散热，避免影响电池堆10的发电效率，冷却液散热由于效果较好、较环保，是现有燃料电池最常用的散热方法。

太阳能加热装置30与循环冷却液管40连接，用于在电池堆10启动前通过加热冷却液对电池堆10进行加热。由于循环冷却液管40与电池堆10连接，因此，通过对循环冷却液管40内的冷却液加热升温，便可对电池堆10进行加热升温。

其中，太阳能加热装置30包括太阳能发电组31、电加热器32和加热筒33，太阳能发电组31安装在汽车上，用于通过太阳能发电；加热筒33的两端分别连接有冷水进管331和热水出管332，冷水进管331与循环冷却液管40的进水端连接，热水出管332与循环冷却液管40的出水端连接，使冷却液导入加热筒33内；电加热器32安装在加热筒33内，并与太阳能发电组31电连接，用于对加热筒33内的冷却液进行加热，进而对电池堆10进行加热。

在现有技术中，燃料电池的电池堆10在工作时，都需要通过冷却液对电池堆10进行散热，因此循环冷却液管40始终与电池堆10连接，本方案通过将太阳能加热装置30与循环冷却液管40连接，具体的，太阳能加热装置30包括太阳能发电组31、电加热器32和加热筒33，太阳能发电组31安装在汽车上，用于通过太阳能发电，加热筒33的两端分别连接有冷水进管331和热水出管332，冷水进管331与循环冷却液管40的进水端连接，热水出管332与循环冷却液管40的出水端连接，使得在电池堆10启动前，能够使冷却液导入加热筒33内，并通过电加热器32对加热筒33内的冷却液进行加热，进而对电池堆10进行加热，使得电池堆10的温度在低温条件下始终保持在一个较高的设定温度，从而大大缩短升温时间和启动时间，有利于提高燃料电池的发电效率，且能够防止燃料电池内部结冰，避免电池损坏。

实施例2

本实用新型的一个实施例，如图1所示，在实施例1的基础上，太阳能发电组31包括太阳能电池板311、控制器312和蓄电池313，且太阳能电池板311通过控制器312与蓄电池313电连接，使太阳能电池板311产生的电能存储至蓄电池313中。

太阳能电池板311可以为太阳能电池薄膜、光伏板等，安装汽车的车顶附近，能够将太阳能转化为电能；控制器312可以为PLC、中央处理器等，用于对太阳能电池板311和蓄电池313的工作进行控制；蓄电池313可为12V或24V的普通铅酸蓄电池，也可使用镍氢电池、镍镉电池或锂电池等，电池容量根据太阳能电池薄膜的发电量选择。

通过设置太阳能电池板311、控制器312和蓄电池313，且太阳能电池板311通过控制器312与蓄电池313电连接，使得太阳能电池板311产生的电能能够存储至蓄电池313中，并在低温环境下，对电池堆10在启动前进行加热，或在其它环境下，用于车辆其它辅助设备使用，起到备用电源的功能。

实施例3

本实用新型的一个实施例，如图1所示，在实施例2的基础上，蓄电池313与电加热器32电连接；或太阳能电池板311通过控制器312与电加热器32电连接。

在通过电加热器32对冷却液加热时，可以通过蓄电池313对电加热器32提供电能，还可以通过太阳能电池板311直接对电加热器32提供电能，具体可以根据蓄电池313的剩余电量以及当前光照环境决定。

实施例4

本实用新型的一个实施例，如图1所示，在实施例2的基础上，冷水进管331上设有直流水泵333，直流水泵333与控制器312电连接，用于从循环冷却液管40内抽取冷却液导入加热筒33中。

在当前环境为低温环境，需要在电池堆10启动前对电池堆10进行加热时，控制器312控制直流水泵333工作，使冷却液能够进入加热筒33中；在当前环境为其它环境，不需要在电池堆10启动前对电池堆10进行加热时，控制器312控制直流水泵333关闭。

进一步地，热水出管332上设置有电磁阀334，电磁阀334与控制器312电连接，用于将热水出管332在导通和隔断两种状态之间切换。

在当前环境为低温环境，需要在电池堆10启动前对电池堆10进行加热时，控制器312控制电磁阀334导通，使加热后的冷却液能够进入循环冷却液管40，并最终进入电池堆10，对电池堆10进行加热；在当前环境为其它环境，不需要在电池堆10启动前对电池堆10进行加热时，控制器312控制电磁阀334关闭。

进一步地，循环冷却液管40上安装有温度传感器41，温度传感器41与控制器312电连接，用于检测冷却液的温度。

通过设置温度传感器41对冷却液的温度进行检测，能够在温度检测器41检测到的温度低于设定温度时，控制器312控制太阳能加热装置30对冷却液进行加热，从而对电池堆10进行加热，避免电池堆10温度过低。

实施例5

本实用新型的一个实施例，如图1所示，在上述任一实施例的基础上，循环冷却液管40的进水端通过节温器42连接有并联的第一通道43和第二通道44，第一通道43和第二通道44的输出端均与循环冷却液管40的出水端连接；散热器20安装在第二通道44上。

通过节温器42在循环冷却液管40的进水端和出水端之间设置并联的第一通道43和第二通道44，能够根据冷却液的温度调节第一通道43和第二通道44的水流量，避免电池堆10在冬季等寒冷季节温度过低，影响反应效率。

第二通道44还连接有膨胀水箱45，通过设置膨胀水箱45，能够容纳系统水的膨胀量，同时还能够起到定压作用和为系统补水的作用。

循环冷却液管40上设置有冷却水泵46，冷却水泵46用于冷却液的循环。

循环冷却液管40上设置有过滤器47，过滤器47用于对冷却液进行过滤。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种汽车燃料电池低温快速启动系统，其特征在于，包括：

电池堆，用于产生驱动所述汽车的电能；

散热器，通过循环冷却液管与所述电池堆连接，用于在所述电池堆工作时通过冷却液对所述电池堆进行散热；

太阳能加热装置，与所述循环冷却液管连接，用于在所述电池堆启动前通过加热冷却液对所述电池堆进行加热；

其中，所述太阳能加热装置包括太阳能发电组、电加热器和加热筒，

所述太阳能发电组安装在所述汽车上，用于通过太阳能发电，

所述加热筒的两端分别连接有冷水进管和热水出管，所述冷水进管与所述循环冷却液管的进水端连接，所述热水出管与所述循环冷却液管的出水端连接，使冷却液导入所述加热筒内，

所述电加热器安装在所述加热筒内，并与所述太阳能发电组电连接，用于对所述加热筒内的冷却液进行加热，进而对所述电池堆进行加热。

2.根据权利要求1所述的一种汽车燃料电池低温快速启动系统，其特征在于：所述太阳能发电组包括太阳能电池板、控制器和蓄电池，且所述太阳能电池板通过所述控制器与所述蓄电池电连接，使所述太阳能电池板产生的电能存储至所述蓄电池中。

3.根据权利要求2所述的一种汽车燃料电池低温快速启动系统，其特征在于：所述蓄电池与所述电加热器电连接；

或；

所述太阳能电池板通过所述控制器与所述电加热器电连接。

4.根据权利要求2所述的一种汽车燃料电池低温快速启动系统，其特征在于：所述冷水进管上设有直流水泵，所述直流水泵与所述控制器电连接，用于从所述循环冷却液管内抽取冷却液导入所述加热筒中。

5.根据权利要求2所述的一种汽车燃料电池低温快速启动系统，其特征在于：所述热水出管上设置有电磁阀，所述电磁阀与所述控制器电连接，用于将所述热水出管在导通和隔断两种状态之间切换。

6.根据权利要求2所述的一种汽车燃料电池低温快速启动系统，其特征在于：所述循环冷却液管上安装有温度传感器，所述温度传感器与所述控制器电连接，用于检测冷却液的温度。

7.根据权利要求1所述的一种汽车燃料电池低温快速启动系统，其特征在于：所述循环冷却液管的进水端通过节温器连接有并联的第一通道和第二通道，所述第一通道和所述第二通道的输出端均与所述循环冷却液管的出水端连接；

所述散热器安装在所述第二通道上。

8.根据权利要求7所述的一种汽车燃料电池低温快速启动系统，其特征在于：所述第二通道还连接有膨胀水箱。

9.根据权利要求1-8任一所述的一种汽车燃料电池低温快速启动系统，其特征在于：所述循环冷却液管上设置有冷却水泵，所述冷却水泵用于冷却液的循环。

10.根据权利要求1-8任一所述的一种汽车燃料电池低温快速启动系统，其特征在于：所述循环冷却液管上设置有过滤器，所述过滤器用于对冷却液进行过滤。

Images