CN211125837U

CN211125837U - 一种新型燃料电池发动机冷却系统

Info

Publication number: CN211125837U
Application number: CN201922489633.4U
Authority: CN
Inventors: 孙阳超; 郗富强; 马学龙; 王玉杰; 石念钊
Original assignee: Weichai Power Co Ltd
Current assignee: Weichai Power Co Ltd
Priority date: 2019-12-31
Filing date: 2019-12-31
Publication date: 2020-07-28
Anticipated expiration: 2029-12-31

Abstract

本申请提供一种新型燃料电池发动机冷却系统，该系统在现有燃料电池发动机冷却系统的基础上，增设电堆进水口处的第一压力传感器和控制芯片。控制芯片分别控制位于冷却液连接胶管支路上的第一电磁阀、以及位于冷却液连接胶管主路上的第二电磁阀的开关状态，以启动除气的循环通路；在循环通路开启后，控制芯片先以较低的第一转速启动电动水泵，再结合第一压力传感器反馈的电堆的进堆水压调整电动水泵的转速，使电动水泵保持在一个较高的第二转速运行，同时保证电堆的进堆水压不超过水压限值，直到除气结束关闭电动水泵。本申请采用不同的循环除气方式，可以快速排出电堆内部的难除气体，提高冷却系统的除气效率。

Description

一种新型燃料电池发动机冷却系统

技术领域

本申请涉及燃料电池技术领域，更具体地说，涉及一种新型燃料电池发动机冷却系统。

背景技术

完整的燃料电池发动机主要包括电堆、空气系统、氢气系统、冷却系统。其中冷却系统负责调控整个燃料电池发动机的工作温度，使电堆始终运行在适宜的工作状态下。

一台新的燃料电池发动机装车后，首要的工作就是向冷却系统内加注燃料电池专用防冻液，并进行充分的除气，如果除气不均匀会导致冷却系统散热不充分、水泵空转，严重时会导致水泵停转、电堆烧毁等严重故障。

因此，如何提高冷却系统的除气效率，成为亟需解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，为解决上述问题，本申请提供一种新型燃料电池发动机冷却系统。技术方案如下：

一种新型燃料电池发动机冷却系统，包括燃料电池发动机冷却系统，所述燃料电池发动机冷却系统包括散热器、电堆、膨胀水箱、电动水泵、冷却液连接胶管、位于所述冷却液连接胶管支路上的第一电磁阀、位于所述冷却液连接胶管主路上的第二电磁阀，所述新型燃料电池发动机冷却系统还包括：

设置于所述电堆进水口的第一压力传感器；

控制芯片，所述控制芯片分别与所述电动水泵、所述第一电磁阀、所述第二电磁阀和所述第一压力传感器通信连接；

所述控制芯片分别控制所述第一电磁阀和所述第二电磁阀的开关状态，以开启除气的循环通路；在所述循环通路开启后，所述控制芯片以预设的第一转速启动所述电动水泵；所述第一压力传感器实时采集所述电堆的进堆水压；所述控制芯片按照所述进堆水压调整所述电动水泵的转速，以使所述电动水泵保持在预设的第二转速运行，直到除气结束关闭所述电动水泵，所述第二转速大于所述第一转速，所述电堆的进堆水压小于预设的水压限值；

其中，所述第一电磁阀开启、所述第二电磁阀关闭时，所述循环通路为包含所述电堆、所述电动水泵和所述第一电磁阀的小循环通路；所述第一电磁阀关闭、所述第二电磁阀开启时，所述循环通路为包含所述电堆、所述电动水泵、所述第二电磁阀和所述散热器的大循环通路。

优选的，所述系统还包括：

单向阀，所述单向阀的进水口与所述电堆的出水口连接，所述单向阀的出水口与所述电动水泵的进水口连接。

优选的，所述控制芯片通过监测所述电动水泵的功率确定除气结束时刻。

优选的，所述系统还包括：

设置于所述电堆出水口的第二压力传感器，所述第二压力传感器与所述控制芯片通信连接；

所述第二压力传感器实时采集所述电堆的出堆水压；所述控制芯片基于所述进堆水压和所述出堆水压的压差修正所述除气结束时刻。

优选的，所述系统还包括：

设置于所述膨胀水箱内的液位传感器，所述液位传感器与所述控制芯片通信连接；

所述液位传感器实时采集所述膨胀水箱的液位；所述控制芯片在除气过程中对所述膨胀水箱的液位进行预警。

优选的，所述系统还包括：

报警设备，所述报警设备与所述控制芯片通信连接；

所述报警设备在接收到所述控制芯片的预警信号时启动。

附图说明

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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有燃料电池发动机冷却系统的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的新型燃料电池发动机冷却系统的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的新型燃料电池发动机冷却系统的另一结构示意图；

图4为本申请实施例提供的新型燃料电池发动机冷却系统的另一结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

完整的燃料电池发动机主要包括电堆、空气系统、氢气系统、冷却系统。其中冷却系统负责调控整个燃料电池发动机的工作温度，使电堆始终运行在适宜的工作状态下，采用的冷却介质为燃料电池专用防冻液。

参见图1所示的现有燃料电池发动机冷却系统的结构示意图，该系统包括散热器101、电堆102、膨胀水箱103、电动水泵104、冷却液连接胶管105、位于冷却液连接胶管105支路上的第一电磁阀106、位于冷却液连接胶管105主路上的第二电磁阀107。

一台新的燃料电池发动机装车后，首要的工作就是向冷却系统内加注燃料电池专用防冻液，并进行充分的除气，如果除气不均匀会导致冷却系统散热不充分、水泵空转，严重时会导致水泵停转、电堆102烧毁等严重故障。目前采用的除气方法大都比较简单，但除气效率较低，并且未考虑水泵停转后由于水泵后端负压的存在，冷却液会迅速回流冲击电堆102的情况，给电堆102的性能带来一定的安全隐患。

针对以上问题，本申请提出一种新型燃料电池发动机冷却系统，结构示意图参见图2，该系统结构简单，实施方便，可以有效地解决上述问题。

在现有燃料电池发动机冷却系统的基础上，新型燃料电池发动机冷却系统还包括：

设置于电堆102进水口的第一压力传感器108；

控制芯片109，控制芯片109分别与电动水泵104、第一电磁阀106、第二电磁阀107和第一压力传感器108通信连接。

控制芯片109分别控制第一电磁阀106和第二电磁阀107的开关状态，以开启除气的循环通路；在循环通路开启后，控制芯片109以预设的第一转速启动电动水泵104；第一压力传感器108实时采集电堆102的进堆水压；控制芯片109按照进堆水压调整电动水泵104的转速，以使电动水泵104保持在预设的第二转速运行，直到除气结束关闭电动水泵104，第二转速大于第一转速，电堆102的进堆水压小于预设的水压限值；

其中，第一电磁阀106开启、第二电磁阀107关闭时，循环通路为包含电堆102、电动水泵104和第一电磁阀106的小循环通路；第一电磁阀106关闭、第二电磁阀107开启时，循环通路为包含电堆102、电动水泵104、第二电磁阀107和散热器101的大循环通路。

具体实现过程中，除气前，首先通过CAN线将电动水泵104、第一电磁阀106、第二电磁阀107和第一压力传感器108分别与控制芯片109连接，以实现电磁阀通断控制、进堆水压和电动水泵104功率在线监测、以及电动水泵104的转速调节。

通过辅助水泵向膨胀水箱103内加注防冻液，在重力作用下防冻液会通过补水管(图中连接膨胀水箱103左侧的胶管)向冷却管路内补充防冻液，进行冷却系统的初步排气，排出的气体会通过除气管(图中连接膨胀水箱103右侧的胶管)进入到膨胀水箱103中，采用外置水泵及时向膨胀水箱103内补充防冻液。待膨胀水箱103内液面不再变化时，停止加注。

考虑到电堆102内部除气较为困难，首先运行小循环通路。具体操作为：开启第一电磁阀106、关闭第二电磁阀107，以较小的第一转速启动电动水泵104，根据第一压力传感器108反馈的电堆102的进堆水压调整电动水泵104的转速，使电动水泵104保持在一个较高的第二转速运行，同时电堆102的进堆水压不能超过水压限值，直到电动水泵104的功率稳定后确定除气结束，关闭电动水泵104。

进一步，以同样的方式运行大循环通路。具体操作为：关闭第一电磁阀106、开启第二电磁阀107，以较小的第一转速启动电动水泵104，根据第一压力传感器108反馈的电堆102的进堆水压调整电动水泵104的转速，使电动水泵104保持在一个较高的第二转速运行，同时电堆102的进堆水压不能超过水压限值，直到电动水泵104的功率稳定后确定除气结束，关闭电动水泵104。

最后，以同样的方式同时运行小循环通路和大循环通路。具体操作为：开启第一电磁阀106和第二电磁阀107，以较小的第一转速启动电动水泵104，根据第一压力传感器108反馈的电堆102的进堆水压调整电动水泵104的转速，使电动水泵104保持在一个较高的第二转速运行，同时电堆102的进堆水压不能超过水压限值，直到电动水泵104的功率稳定后确定除气结束，关闭电动水泵104。

需要说明的是，在电堆102的进堆水压不超过水压限值的情况下，可以尽可能提高电动水泵104的转速，提高排气效率。

还需要说明的是，以上以先运行小循环通路、再运行大循环通路、最后同时运行大、小循环通路的方式进行说明。可以理解的是，上述仅为除气方式的一种最优方式，对于大循环通路和小循环通路的选择和顺序，本申请实施例对此不做限定，可以根据实际需要进行设置，均在本申请的保护范围内。当然，采用大、小循环通路的除气方式，相较于单一循环通路，必定除气更彻底，除气效率更高。

在其他一些实施例中，为了防止电动水泵104停机后，冷却液回流对燃料电池冲击造成损伤，参见图3所示的新型燃料电池发动机冷却系统的结构示意图，系统还包括：

单向阀110，单向阀110的进水口与电堆102的出水口连接，单向阀110的出水口与电动水泵104的进水口连接。

本申请实施例中，由于电堆102的出水口处安装了单向阀110，因此回流的冷却液会通过补水管回排到膨胀水箱103中。

在其他一些实施例中，为提高除气效率，参见图4所示的新型燃料电池发动机冷却系统的结构示意图，系统还包括：

设置于电堆102出水口的第二压力传感器111，第二压力传感器111与控制芯片109通信连接；

第二压力传感器111实时采集电堆102的出堆水压；控制芯片109基于进堆水压和出堆水压的压差修正除气结束时刻。

如果仅基于电动水泵104的功率确定除气结束时刻，可能出现排气不彻底的问题。因此，本申请实施例中，如果电堆102中空气越多，则会使得电堆102的流阻越小，电堆102进水口和出水口的压差也就越小，因此在电堆102的进堆水压和出堆水压的压差不再增大时，可以基本确定除气结束，此时在保证电动水泵104的功率稳定，即可精准确定除气结束时刻。

在其他一些实施例中，为监测膨胀水泵的液位，本申请实施例提供的新型燃料电池发动机冷却系统还包括：

设置于膨胀水箱103内的液位传感器，液位传感器与控制芯片109通信连接；

液位传感器实时采集膨胀水箱103的液位；控制芯片109在除气过程中对膨胀水箱103的液位进行预警。

本申请实施例中，如果液位传感器反馈的膨胀水箱103的液位不在预设的液位允许范围内时，控制芯片109执行预警操作。当然，在除气过程中，需保证膨胀水箱103的液位不低于液位允许范围的最低值，一旦低于即刻执行预警操作。

当然，实际应用中，系统可以增设报警设备，报警设备在接收到控制芯片109的预警信号时启动，以指定的报警方式，诸如彩灯闪烁提醒用户。

本申请实施例提供的新型燃料电池发动机冷却系统，采用不同的循环除气方式，可以快速排出电堆内部的难除气体，提高冷却系统的除气效率。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种新型燃料电池发动机冷却系统，包括燃料电池发动机冷却系统，所述燃料电池发动机冷却系统包括散热器、电堆、膨胀水箱、电动水泵、冷却液连接胶管、位于所述冷却液连接胶管支路上的第一电磁阀、位于所述冷却液连接胶管主路上的第二电磁阀，其特征在于，所述新型燃料电池发动机冷却系统还包括：

设置于所述电堆进水口的第一压力传感器；

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述控制芯片通过监测所述电动水泵的功率确定除气结束时刻。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

报警设备，所述报警设备与所述控制芯片通信连接；

所述报警设备在接收到所述控制芯片的预警信号时启动。