CN211578878U - 燃料电池系统及其冷却液加注子系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种燃料电池系统及其冷却液加注子系统，所述冷却液加注子系统包括与燃料电池系统的冷却液循环子系统连通的加注装置、连在所述加注装置和燃料电池系统的电堆排气口之间的连通阀、用于给所述加注装置抽真空的抽气部件。该冷却液加注子系统加注冷却液前，预先利用抽气部件对加注装置和冷却液循环子系统抽真空，这样能够降低冷却液中的气泡含量，防止冷却液中气泡含量多导致电堆局部过热、散热不均匀的问题，并且，该冷却液加注子系统能够保证抽真空过程中和冷却液加注过程中电堆的冷却液腔和气腔保持压力差较小，避免冷却液腔和气腔压差过大而致使电堆损坏的问题。

Description

燃料电池系统及其冷却液加注子系统

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，特别是涉及一种燃料电池系统及其冷却液加注子系统。

背景技术

燃料电池系统发电时，电堆温度升高，需要利用冷却液循环子系统使其维持在要求的温度范围内。电堆由几十甚至几百片单电池串联组成，相邻两个单电池之间设有冷却液流道。

冷却液流道曲折复杂，所以其内的气体不易排出，导致其内的冷却液中如果含有较多气泡，会造成电堆局部散热能力下降引起单电池局部过热，严重时甚至会烧穿膜电极，致使电堆报废。

如何减少冷却液流道中的气泡量，以保证电堆散热均匀，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种燃料电池系统的冷却液加注子系统，所述冷却液加注子系统包括与燃料电池系统的冷却液循环子系统连通的加注装置、连在所述加注装置和燃料电池系统的电堆的排气口之间的连通阀、用于给所述加注装置抽真空的抽气部件。

当需要加注冷却液时，首先关闭电堆进液口处的进液阀、电堆出液口处的出液阀和连通阀，使电堆的冷却液腔和气腔均处于密闭状态，这时，冷却液循环子系统与电堆处于不连通状态；然后开启抽气部件，对加注装置抽真空，由于加注装置与冷却液循环子系统连通，所以冷却液循环子系统一并被抽真空。抽真空过程中，由于电堆的冷却液腔和气腔处于密闭状态，所以电堆1的冷却液腔与气腔保持压力平衡，不会因为抽真空导致电堆的冷却液腔与气腔压差过大而致使电堆损坏；抽真空完成后，开启进液阀、出液阀、连通阀和加注装置，进行冷却液加注，这时，冷却液循环子系统与电堆的冷却液腔连通，由于液体的压力差，冷却液逐渐进入电堆，同时将电堆的冷却液腔中的气体经电堆排气口挤出，直至冷却液充满电堆的冷却液腔，加注完成。冷却液逐渐充满电堆的冷却液腔时，电堆的冷却液腔相对于电堆的气腔压力为冷却液静压(由电堆高度决定)，因而可以避免电堆的冷却液腔和气腔压差过大而致使电堆损坏的问题。

该燃料电池系统冷却液加注子系统加注冷却液前，预先利用抽气部件对加注装置和冷却液循环子系统抽真空，这种真空加注法能够有效降低冷却液中的气泡含量，防止冷却液中气泡含量多导致局部过热、散热不均匀的问题，并且，该燃料电池系统的冷却液加注子系统能够保证抽真空过程中和冷却液加注过程中电堆的冷却液腔和气腔压力差较小，避免冷却液腔和气腔压差过大而致使电堆损坏的问题。

可选地，所述冷却液加注子系统包括储存冷却液的储液箱，所述加注装置包括加注箱，所述加注箱设有进液口和出液口，所述加注箱的出液口通过加注管路与所述冷却液循环子系统连通，所述加注箱的进液口通过补液阀与所述储液箱连通；所述加注箱的布置位置高于电堆的布置位置，所述储液箱的布置位置高于所述加注箱的布置位置。

可选地，所述冷却液加注子系统还包括控制部件，所述控制部件与所述抽气部件、所述连通阀、所述补液阀电气连接，并配置为：当需要加注冷却液时，所述控制部件先控制所述连通阀和所述补液阀关闭，再控制所述抽气部件开启。

可选地，所述冷却液加注子系统还包括检测所述加注装置真空度的真空压力传感器，所述真空压力传感器与所述控制部件电气连接，并配置为：当所述控制部件判断所述加注装置达到真空状态时，控制所述抽气部件关闭；当所述控制部件判断所述加注装置保持真空状态预设时长时，控制所述补液阀开启。

可选地，所述冷却液加注子系统还包括用于检测所述加注箱液位的液位传感器，所述液位传感器与所述控制部件电气连接，并配置为，当所述加注箱的液位达到预设上限时，关闭所述补液阀并开启所述连通阀；当所述加注箱的液位达到预设下限时，开启所述补液阀并关闭所述连通阀。

本实用新型还提供一种燃料电池系统，包括电堆，所述电堆的进液口处和出液口处分别设有进液阀和出液阀，所述进液阀和出液阀之间连有冷却液循环子系统，还包括控制器和上述任一项所述的冷却液加注子系统，所述控制器与所述进液阀和所述出液阀电气连接，并配置为：开启所述抽气部件前，所述控制器控制所述进液阀和所述出液阀关闭。

由于上述冷却液加注子系统具有上述技术效果，所以包括上述冷却液加注子系统的燃料电池系统也具有上述技术效果。

可选地，所述冷却液循环子系统包括连在所述进液阀和所述出液阀之间的主管路；还包括散热器、节温器和循环泵，三者连在所述主管路上；还包括与所述散热器并连的旁通管路，所述旁通管路连于所述节温器的旁通阀口。

附图说明

图1为本实用新型提供的燃料电池系统及其冷却液加注子系统一种具体实施例的示意图。

附图标记说明如下：

1电堆，11进液阀，12出液阀；

2冷却液循环子系统，21主管路，22散热器，23节温器，24循环泵，25旁通管路；

3冷却液加注子系统，31加注箱，32加注管路，33补液阀，34 抽气部件，35连通阀，36储液箱，37控制部件，38真空压力传感器；

4中冷器，5加热器，6去离子器。

具体实施方式

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的技术方案作进一步的详细说明。

如图1所示，该燃料电池系统包括电堆1、冷却液循环子系统2 和冷却液加注子系统3。

电堆1设有供冷却液进出的进液口和出液口，电堆1的进液口和出液口处分别设有进液阀11和出液阀12。电堆1还设有供气体排出的排气口。

冷却液循环子系统2连在进液阀11和出液阀12之间。冷却液循环子系统2包括主管路21，主管路21的进出口分别与进液阀11和出液阀12相连。还包括散热器22和循环泵24，散热器22和循环泵24 均连在主管路21上，散热器22一般采用风冷散热器22，冷却液在循环泵24的作用下流经风冷散热器22，与空气换热从而得以降温。还包括节温器23和旁通管路25，节温器23具有主阀口和旁通阀口，节温器23的主阀口连在主管路21上，旁通管路25与散热器22并连，旁通管路25的出口连在主管路21上，进口与节温器23的旁通阀口相连。

节温器23根据冷却液温度适当调整冷却液流向，当冷却液温度较低时，节温器23的旁通阀口打开，使冷却液基本全部流经旁通管路 25，而不流经散热器22，以便电堆1尽快达到所需的温度。随着电堆 1温度逐渐升高，节温器23的主阀口逐渐打开，使部分冷却液流经散热器22，从而降低冷却液温度。当散热需求很大时，节温器23的主阀口会完全打开，使冷却液基本全部流经散热器22，而不流经旁通管路25，以此满足散热需求。

冷却液加注子系统3包括加注装置，加注装置与冷却液循环子系统2连通。还包括连通阀35，连通阀35在加注装置和电堆1的排气口之间。还包括抽气部件34，抽气部件34用于给加注装置抽真空。

当电堆1利用冷却液加注子系统3加注冷却液时，首先关闭进液阀11、出液阀12和连通阀35，使电堆1的冷却液腔和气腔均处于密闭状态，这时，冷却液循环子系统2与电堆1处于不连通状态；然后开启抽气部件34，对加注装置抽真空，由于加注装置与冷却液循环子系统2连通，所以冷却液循环子系统2一并被抽真空。抽真空过程中，由于电堆1的冷却液腔和气腔处于密闭状态，所以电堆1的冷却液腔与气腔保持压力平衡，不会因为抽真空导致电堆1的冷却液腔与气腔压差过大而致使电堆1损坏；抽真空完成后，开启进液阀11、出液阀12、连通阀35和加注装置，进行冷却液加注，这时，冷却液循环子系统与电堆1的冷却液腔连通，由于液体的压力差，冷却液逐渐进入电堆1，同时将电堆1的冷却液腔中的气体经电堆排气口挤出，直至冷却液充满电堆1的冷却液腔，加注完成。冷却液逐渐充满电堆1的冷却液腔时，电堆1的冷却液腔相对于电堆1的气腔压力为冷却液静压 (由电堆1的高度决定)，因而可以避免电堆1的冷却液腔和气腔压差过大而致使电堆损坏的问题。

该燃料电池系统的冷却液加注子系统3加注冷却液前，预先利用抽气部件34对加注装置和冷却液循环子系统2抽真空，这样能够降低冷却液中的气泡含量，防止冷却液中气泡含量多导致局部过热、散热不均匀的问题，并且，该燃料电池系统的冷却液加注子系统3能够保证抽真空过程中和冷却液加注过程中电堆1的冷却液腔和气腔保持较小的压力差，避免冷却液腔和气腔压差过大而致使电堆1损坏的问题。

如图1所示，加注装置具体包括加注箱31、加注管路32和补液阀33。并且，该燃料电池系统的冷却液加注子系统3还包括用于存储冷却液的储液箱36，储液箱36的布置位于高于加注箱31的布置位置。加注箱31的布置位置高于电堆1的布置位置，加注箱31设有进液口和出液口，加注箱31的出液口通过加注管路32与冷却液循环子系统2连通，具体可以连在主管路21位于散热器22和进液阀11之间的管段上，加注箱31的进液口通过补液阀33与储液箱36连通。

这样设置，当打开补液阀33时，由于液体压力差，储液箱36内的冷却液在压力差驱动下，经补液阀33自动流入加注箱31内，当打开进液阀11时，由于液体压力差，加注箱31内的冷却液在压力差的驱动下，经进液阀11自动流入电堆1内，实现冷却液的自动加注，而无需设置液泵等动力部件。

如图1所示，冷却液加注子系统3还可以设置控制部件37，控制部件37与抽气部件34、连通阀35、补液阀33电气连接，并配置为：当需要加注冷却液时，控制部件37先控制连通阀35和补液阀33关闭，再控制所述抽气部件34开启。当控制部件37关闭连通阀35和补液阀33的同时，也关闭进液阀11和出液阀12，以便抽气时电堆1处于密闭状态。

如图1所示，冷却液加注子系统3还可以设置真空压力传感器38，用于检测加注装置的真空度。真空压力传感器38与控制部件37电气连接，并配置为：当控制部件37判断加注装置达到真空状态时，控制抽气部件34关闭；当控制部件37判断加注装置保持真空状态预设时长时，控制补液阀33开启。该预设时长具体可以是1min，如果在该预设时长内，检测到有真空泄漏，则须排查修复漏点，修复后再次抽气使加注装置达到真空状态。

如图1所示，冷却液加注子系统3还可以设置液位传感器，用于检测加注箱31的液位。液位传感器与控制部件37电气连接，并配置为：当加注箱31的液位达到预设上限时，控制部件37关闭补液阀33 并开启连通阀35；当加注箱31的液位达到预设下限时，控制部件37开启补液阀33并关闭连通阀35。当控制部件37关闭补液阀33并开启连通阀35的同时，还需开启进液阀11和出液阀12，当控制部件37 开启补液阀33并关闭连通阀35的同时，还需关闭进液阀11和出液阀 12。

具体的，燃料电池系统可以设置控制器(图中未示出)，进液阀11和出液阀12可以与控制器电气连接，由控制器控制进液阀11和出液阀12的启闭。在开启抽气部件34前，控制器控制进液阀11和出液阀12关闭。

具体的，如图1所示，该燃料电池系统还包括中冷器4、加热器 5和去离子器6。中冷器4的作用是通过冷却液冷却即将送入电堆1 的空气，使进入电堆1的空气处于合理的温度范围内。加热器5的作用是给冷却液辅助加热，使冷却液尽快达到需求的温度，缩短燃料电池系统的冷启动时间。去离子器6的作用是吸收冷却液中的阴阳离子，以降低冷却液的电导率，使燃料电池系统处于较高的绝缘水平。

以上对本实用新型所提供的燃料电池系统及其冷却液加注子系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。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，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种燃料电池系统的冷却液加注子系统，其特征在于，所述冷却液加注子系统(3)包括与燃料电池系统的冷却液循环子系统(2)连通的加注装置、连在所述加注装置和燃料电池系统的电堆(1)的排气口之间的连通阀(35)以及用于给所述加注装置抽真空的抽气部件(34)。

2.根据权利要求1所述的冷却液加注子系统，其特征在于，所述冷却液加注子系统(3)包括储存冷却液的储液箱(36)，所述加注装置包括加注箱(31)，所述加注箱(31)设有进液口和出液口，所述加注箱(31)的出液口通过加注管路(32)与所述冷却液循环子系统(2)连通，所述加注箱(31)的进液口通过补液阀(33)与所述储液箱(36)连通；所述加注箱(31)的布置位置高于电堆(1)的布置位置，所述储液箱(36)的布置位置高于所述加注箱(31)的布置位置。

3.根据权利要求2所述的冷却液加注子系统，其特征在于，所述冷却液加注子系统(3)还包括控制部件(37)，所述控制部件(37)与所述抽气部件(34)、所述连通阀(35)、所述补液阀(33)电气连接，并配置为：当需要加注冷却液时，所述控制部件(37)先控制所述连通阀(35)和补液阀(33)关闭，再控制所述抽气部件(34)开启。

4.根据权利要求3所述的冷却液加注子系统，其特征在于，所述冷却液加注子系统(3)还包括检测所述加注装置真空度的真空压力传感器(38)，所述真空压力传感器(38)与所述控制部件(37)电气连接，并配置为：当所述控制部件(37)判断所述加注装置达到真空状态时，控制所述抽气部件(34)关闭；当所述控制部件(37)判断所述加注装置保持真空状态预设时长时，控制所述补液阀(33)开启。

5.根据权利要求4所述的冷却液加注子系统，其特征在于，所述冷却液加注子系统(3)还包括用于检测所述加注箱(31)液位的液位传感器，所述液位传感器与所述控制部件(37)电气连接，并配置为，当所述加注箱(31)的液位达到预设上限时，关闭所述补液阀(33)并开启所述连通阀(35)；当所述加注箱(31)的液位达到预设下限时，开启所述补液阀(33)并关闭所述连通阀(35)。

6.燃料电池系统，包括电堆(1)，所述电堆(1)进液口处和出液口处分别设有进液阀(11)和出液阀(12)，所述进液阀(11)和出液阀(12)之间连有冷却液循环子系统(2)，其特征在于，还包括控制器和权利要求1-5任一项所述的冷却液加注子系统(3)，所述控制器与所述进液阀(11)和所述出液阀(12)电气连接，并配置为：开启所述冷却液加注子系统(3)的抽气部件(34)前，所述控制器控制所述进液阀(11)和所述出液阀(12)关闭。

7.根据权利要求6所述的燃料电池系统，其特征在于，所述冷却液循环子系统(2)包括连在所述进液阀(11)和所述出液阀(12)之间的主管路(21)；还包括散热器(22)、节温器(23)和循环泵(24)，三者连在所述主管路(21)上；还包括与所述散热器(22)并连的旁通管路(25)，所述旁通管路(25)连于所述节温器(23)的旁通阀口。

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