CN212412096U - 燃料电池热管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种燃料电池热管理系统，包括：电堆循环路，包括电堆；第一循环路，串联于电堆的输入端及输出端；热源部件，串联于电堆的输入端及输出端；控制器，电连接电堆循环路、热源部件、及第一循环路，用于控制电堆循环路、热源部件、及第一循环路三者的启闭以及第一循环路与电堆循环路之间的连接通断。可以控制热源部件给电堆冷启动提供热量。在电堆启动后，还可以利用电堆的多余热量给第一循环路的冷启动提供热量，还可以给电堆循环路和第一循环路均进行散热。从而，有助于提高电堆及第二循环路的升温速率，还可以降低应用有燃料电池热管理系统的载体的整体电耗，从而提高了电堆热量的利用率。

Description

燃料电池热管理系统

技术领域

本实用新型涉及热管理技术领域，尤其涉及一种燃料电池热管理系统。

背景技术

现有技术只考虑到燃料电池的散热性能，首先将燃料电池与散热器串联在一起，随后再通过冷却液将电堆内热量通过散热器及风扇散发到环境中，而并未将产生的热量利用起来，这不仅造成了一定的能源浪费同时也增加了燃料电池应用的功耗。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供一种燃料电池热管理系统，其克服了以上技术问题。

为了实现上述目的，本申请第一方面提供了一种燃料电池热管理系统，包括：电堆循环路，包括电堆；第一循环路，串联于所述电堆的输入端及输出端，用于与所述电堆循环路中的流体媒介进行热交换；热源部件，串联于所述电堆的输入端及输出端，用于对所述电堆循环路中的流体媒介进行加热，以给所述电堆提供热量；控制器，电连接所述电堆循环路、所述热源部件、及所述第一循环路，用于控制所述电堆循环路、所述热源部件、及所述第一循环路三者的启闭以及所述第一循环路与所述电堆循环路之间的连接通断。

可选的，所述第一循环路包括：第一热交换件，输入端通过第一控制阀连接于所述电堆的输出端，而且，输出端连接于所述电堆的输入端，用于与所述电堆循环路中的流体媒介进行热交换；第一工作件，串联于所述第一热交换件的输入端及输出端之间，用于与流经所述第一热交换件的流体媒介进行热交换；

其中，所述控制器电连接于所述第一控制阀，用于控制所述第一控制阀工作。

可选的，所述第一循环路还包括：第一冷却路，串联于所述第一工作件的输入端及输出端，用于对所述第一工作件进行降温；其中，所述第一冷却路包括：第一冷却控制阀，设置于所述第一热交换件的输出端与所述第一工作件的输入端之间，用于控制流经所述第一冷却控制阀的流体媒介的流向及所述第一冷却控制阀所在管路的启闭；第一冷却器，输出端通过第一冷却控制阀连接于所述第一工作件的输入端，输入端连接于所述第一工作件的输出端，用于对所述第一工作件进行降温；其中，所述控制器电连接于所述第一冷却控制阀，用于控制所述第一冷却控制阀工作。

可选的，所述第一循环路还包括：第二冷却路，包含有所述第一冷却器，用于与所述第一冷却器进行热交换，以对所述第一工作件进行降温。

可选的，所述第二冷却路包括：散热风扇、压缩机、冷凝器、第二冷却控制阀及第二循环控制阀；其中，所述压缩机、所述冷凝器、所述第二冷却控制阀、所述第一冷却器依次连接并形成回路；所述第二循环控制阀，设置于所述蒸发器及所述冷凝器之间；而且，所述第二冷却控制阀用于控制所述第二冷却路的启闭；所述散热风扇用于给所述冷凝器散发热量；其中，所述控制器电连接于所述第二循环控制阀及所述散热风扇，用于控制所述第二循环控制阀及所述散热风扇工作。

可选的，所述第二冷却路还包括：蒸发器，设置于所述压缩机及所述冷凝器之间，用于对流经的流体媒介进行热交换；。

可选的，所述系统还包括：暖风芯体，设置于所述热源部件的输出端与所述电堆的输入端之间，用于输出热风；热量导流件，用于将所述暖风芯体散发的热量进行导流。

可选的，所述电堆循环路包括：散热部件，设置于所述电堆的输出端及输入端之间，用于对流经的流体媒介进行散热以实现对所述电堆进行降温；依次连接的膨胀水壶及去离子装置；其中，所述膨胀水壶的输出端连接于所述电堆的输入端，而且，所述膨胀水壶的输入端分别连接于所述去离子装置的输出端及所述电堆的输入端；所述去离子装置的输入端连接于所述第一控制阀的输出端。

可选的，所述第一循环路的数量设为多个。

可选的，所述热源部件包括：水暖PTC。

本实用新型的有益效果为：可以控制热源部件给电堆冷启动提供热量。在电堆启动后，还可以利用电堆的多余热量给第一循环路的冷启动提供热量，还可以给电堆循环路和第一循环路均进行散热。从而，有助于提高电堆及第二循环路的升温速率，还可以降低应用有燃料电池热管理系统的载体的整体电耗，从而提高了电堆热量的利用率。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例燃料电池热管理系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例燃料电池热管理系统在电堆冷启动时的结构示意图；

图3为本实用新型实施例中第一循环路冷启动时的结构示意图；

图4为本实用新型实施例中第一循环路散热时的结构示意图；

图5为本实用新型实施例燃料电池热管理系统整体进行散热时的结构示意图。

其中，1、电堆；2、电堆循环电子水泵；3、热源部件；4、暖风芯体； 5、蒸发器；6、第二循环控制阀；7、第一控制阀；8、第一热交换件；9、第一冷却控制阀；10、第一冷却器；11、第一电子水泵；12、第一工作件； 13、压缩机；14、冷凝器；15、散热风扇；16、散热器；17、电堆散热风扇；18、去离子装置；19、膨胀水壶；20、第二冷却控制阀；21、热量导流件；22、散热部件。

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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了便于理解本实用新型实施例，下面通过几个具体实施例对本实用新型的结构进行详细的阐述。

根据图1所示，本实用新型第一实施例提供了一种燃料电池热管理系统，包括：电堆循环路，包括电堆1；第一循环路，串联于所述电堆1的输入端及输出端，用于与所述电堆循环路中的流体媒介进行热交换；热源部件3，串联于所述电堆1的输入端及输出端，用于对电堆循环路中的流体媒介进行加热，以给电堆1提供热量；控制器，电连接所述电堆循环路、所述热源部件3、及所述第一循环路，用于控制所述电堆循环路、所述热源部件3、及所述第一循环路三者的启闭以及所述第一循环路与所述电堆循环路之间的连接通断。

就此，可以控制热源部件3给电堆1冷启动提供热量。在电堆1启动后，还可以利用电堆1的多余热量给第一循环路的冷启动提供热量，还可以给电堆循环路和第一循环路均进行散热。从而，有助于提高电堆1及第二循环路的升温速率，还可以降低应用有燃料电池热管理系统的载体的整体电耗，从而提高了电堆1热量的利用率。

具体的，根据图1所示，本实用新型第一实施例提供了一种燃料电池热管理系统，当然，该系统可应用于新能源汽车等任何新能源设备，包括：电堆1循环路、第一循环路、热源部件3、第一冷却路、暖风芯体4、热量导流件21；

此外，热量导流件21为导热件，如：风扇。该第二循环控制阀6的一种实现方式为：电子膨胀阀。该第二冷却控制阀20的一种实现方式为：电子膨胀阀。

其中，该电堆1循环路包括：散热部件22、膨胀水壶19及去离子装置18；

第一循环路包括：第一热交换件8、第一冷却控制阀9、第一工作件 12、第一冷却路、第二冷却路；而且，该第一冷却路包括：第一冷却控制阀9、第一冷却器10；第二冷却路包括：散热风扇15、压缩机13、冷凝器14、第二冷却控制阀20、蒸发器5、第二循环控制阀6，优化的，该第一冷却路及第二冷却路连通后的管路包括但不限于：空调工作管路，而且，该第一冷却路及第二冷却路中流通的为制冷剂。

具体的，热源部件3串联于所述电堆1的输入端及输出端；

散热部件22设置于电堆1的输出端及输入端之间，而且，第一控制阀7设置于散热部件22与电堆1的输出端之间，膨胀水壶19的输出端连接于电堆1的输入端，而且，膨胀水壶19的输入端分别连接于去离子装置18的输出端及电堆1的输入端；去离子装置18的输入端连接于第一控制阀7的输出端。

优化的，该散热部件22的输出口与电堆1的输入口之间电堆循环电子水泵2。

而且，第一热交换件8的原液输入端通过第一控制阀7连接于电堆1 的输出端，而且，第一热交换件8的原液输出端连接于电堆1的输入端；而且，第一热交换件8的交换液输出端通过第一冷却控制阀9连接第一工作件12的输入端，第一工作件12的连接于第一热交换件8的交换液输入端；第一冷却器10的输出端通过第一冷却控制阀9连接于所述第一工作件12的输入端，第一冷却器10的输入端连接于第一工作件12的输出端；当然，第一冷却控制阀9设置于第一热交换件8的交换液输出端与第一工作件12的输入端之间。

优选的，该蒸发器5位于乘客舱中，通过该蒸发器5可对乘客舱进行降温。

优化的，该第一工作件12的输出端与第一热交换件8的交换液输入端之间设置有第一电子水泵11。

此外，压缩机13、冷凝器14、第二冷却控制阀20、第一冷却器10 依次连接并形成回路。

蒸发器5设置于压缩机13及冷凝器14之间，第二循环控制阀6设置于蒸发器5及冷凝器14之间。

具体的，在本实施例中，并不对该第一循环路和热源部件3的具体应用进行限定，如：该第一循环路为动力电池热管理流路，该第一工作件12 可以为动力电源，该第一热交换件8可以为热交换器。而且，该热源部件 3的一种实现方式为：水暖PTC。当然，在本实施例中并不对该热源部件3 的具体种类及构成进行限定，只需其满足本实施例的要求即可。此外，在本实施例中，该流体媒介示范性设置为：冷却液。

当然，在本实施例中并不对第一循环路的数量及所述热源部件3的数量进行限定，即：第一循环路的数量及所述热源部件3的数量均可设为一个或多个。

而且，该散热部件22包括散热器16及电堆散热风扇17。

为对本实施例的技术方案进行详述，特以第一循环路为动力电池热管理流路，而且燃料电池热管理系统应用于车辆时，该车辆中设置有乘客舱，通过该热量导流件21将该暖风芯体4生成的热量导流至乘客舱中以进行供暖，而且所有控制指令均由控制器输出来对该燃料电池热管理系统进行示范性描述：

具体的，根据图2所示，在燃料电池电堆低温启动且乘客舱内有暖风需求时，此时，无需散热部件22工作，即:通过第一控制阀7关闭流向散热部件22的流路；

此时，通过第一控制阀7关闭流向第一热交换件8的流路，此时，启动热源部件3，通过该热源部件3产生的热量对流经的流体媒介进行加热，这些加热的流体媒介流经暖风芯体4及电堆1，从而对电堆1及暖风芯体 4进行加热，有助于电堆1的冷启动，还可以通过该热量导流件21将该暖风芯体4生成的热量导流至乘客舱中以进行供暖。当然，在另一实施例中，可以保留流向第一热交换件8的流路；而且，关闭第一冷却控制阀9以保证动力电池热管理流路关闭；此时，启动热源部件3。使得从电堆1输出的一部分流体媒介流经第一热交换件8，另一部分流经热源部件3和暖风芯体4。此时热源部件3开启，热源部件3的一部分热量通过与暖风芯体 4进行热交换，使得暖风芯体4满足乘客舱内的采暖需求，另一部分则可以给电堆1升温，从而加快电堆1冷启动速度。

从而，通过燃料电池与暖风芯体4的耦合控制，则可以在提高乘客舱升温速率的同时，提高电堆1冷启动速率；

根据图3所示，当电堆1温度逐渐升高，冷启动结束后则需要对电堆 1产生的热量进行散发，所以，关闭第二循环控制阀6及第二冷却控制阀20，此时，动力电池热管理流路与电堆1循环路串联起来，而且，电堆1 将热量传递至动力电池热管理流路；当然，还可以关闭或降低热源部件3 的功率以降低乘客舱内的热量，如：关闭热源部件3。此时，由于动力电池温度较低，需要开启动力电池热管理流路，所以，还需要通过第一冷却控制阀9关闭第一冷却器10所在支路，即：从电堆1流出的热流体媒介流经第一热交换件8，而且，通过该第一热交换件8与流经动力电池的流体媒介进行热交换，以给动力电池提供热量，从而利用电堆1的多余热量为该动力电池升温，而且，电堆1输出的热流体媒介还会流经暖风芯体4，以给暖风芯体4提供热量。

当然，优选的是关闭热源部件3，以尽快将电堆1热量进行散发。而且，如果暖风芯体4及动力电池热管理流路同时开启仍然不能消耗电堆1 所发出的热量，则剩余热量可通过第一控制阀7打开散热部件22与电堆1 之间的回路，实现通过散热部件22将剩余热量散失到环境中去。

根据图4所示，当动力电池开始工作后，其温度逐渐增高，此时需要及时断掉来自电堆1热量输送，同时给动力电池散热。此时，继续在第一控制阀7的作用下，断开第一热交换件8与电堆1的连通，从而实现将动力电池热管理流路与电堆1循环路完全独立开来。而且，还通过第一冷却控制阀9断开第一热交换器与动力电源之间的连通，此时，通过第一冷却器10对动力电源进行散热；优选的，还可以打开第二冷却控制阀20，以启动第一冷却路，使得第一冷却路与该第一冷却器10进行热交换，以通过冷凝器14及散热风扇15对该第一冷却路进行冷却。此外，此时电堆1 中多余热量一部分仍然通过暖风芯体4送至乘员舱，另一部分则通过散热部件22进行散热至环境中。

根据图5所示，当环境温度较高时，乘员舱、动力电源及电堆1均需要冷却时，此时，继续在第一控制阀7的作用下，断开第一热交换件8与电堆1之间的连通；而且，还通过第一冷却控制阀9断开第一热交换器与动力电源之间的连通，此时，通过第一冷却器10对动力电源进行散热；优选的，还可以打开第二冷却控制阀20，以启动第一冷却路，使得第一冷却路与该第一冷却器10进行热交换，以通过冷凝器14及散热风扇15对该第一冷却路进行冷却，从而实现对动力电源进行散热。当然，还可以打开第二循环控制阀6，以通过蒸发器5进行散热。优选的，该蒸发器5位于乘客舱中，通过该蒸发器5可对乘客舱进行降温。而且，电堆1的散热完全独立且通过散热部件22将热量散失至环境中。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、低”等所指示的方位或位置关系通常是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，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

以上所述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 (9)

1.一种燃料电池热管理系统，其特征在于，包括：

电堆循环路，包括电堆(1)；

第一循环路，串联于所述电堆(1)的输入端及输出端，用于与所述电堆循环路中的流体媒介进行热交换；

热源部件(3)，串联于所述电堆(1)的输入端及输出端，用于对所述电堆循环路中的流体媒介进行加热，以给所述电堆(1)提供热量；

控制器，电连接所述电堆循环路、所述热源部件(3)、及所述第一循环路，用于控制所述电堆循环路、所述热源部件(3)、及所述第一循环路三者的启闭以及所述第一循环路与所述电堆循环路之间的连接通断。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一循环路包括：

第一热交换件(8)，输入端通过第一控制阀(7)连接于所述电堆(1)的输出端，而且，输出端连接于所述电堆(1)的输入端，用于与所述电堆循环路中的流体媒介进行热交换；

第一工作件(12)，串联于所述第一热交换件(8)的输入端及输出端之间，用于与流经所述第一热交换件(8)的流体媒介进行热交换；

其中，所述控制器电连接于所述第一控制阀(7)，用于控制所述第一控制阀(7)工作。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一循环路还包括：

第一冷却路，串联于所述第一工作件(12)的输入端及输出端，用于对所述第一工作件(12)进行降温；

其中，所述第一冷却路包括：

第一冷却控制阀(9)，设置于所述第一热交换件(8)的输出端与所述第一工作件(12)的输入端之间，用于控制流经所述第一冷却控制阀(9)的流体媒介的流向及所述第一冷却控制阀(9)所在管路的启闭；

第一冷却器(10)，输出端通过第一冷却控制阀(9)连接于所述第一工作件(12)的输入端，输入端连接于所述第一工作件(12)的输出端，用于对所述第一工作件(12)进行降温；

其中，所述控制器电连接于所述第一冷却控制阀(9)，用于控制所述第一冷却控制阀(9)工作。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述第一循环路还包括：

第二冷却路，包含有所述第一冷却器(10)，用于与所述第一冷却器(10)进行热交换，以对所述第一工作件(12)进行降温。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第二冷却路包括：散热风扇(15)、压缩机(13)、冷凝器(14)、蒸发器(5)、第二冷却控制阀(20)及第二循环控制阀；

其中，所述压缩机(13)、所述冷凝器(14)、所述第二冷却控制阀(20)、所述第一冷却器依次连接并形成回路；

所述蒸发器(5)，设置于所述压缩机(13)及所述冷凝器(14)之间，用于对流经的流体媒介进行热交换。

所述第二循环控制阀，设置于所述蒸发器(5)及所述冷凝器(14)之间；

而且，所述第二冷却控制阀(20)用于控制所述第二冷却路的启闭；所述散热风扇(15)用于给所述冷凝器(14)散发热量；

其中，所述控制器电连接于第二循环控制阀(6)及所述散热风扇(15)，用于控制所述散热风扇(15)工作及第二循环控制阀(6)。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

暖风芯体(4)，设置于所述热源部件(3)的输出端与所述电堆(1)的输入端之间，用于输出热风；

热量导流件(21)，用于将所述暖风芯体(4)散发的热量进行导流。

7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述电堆循环路包括：

散热部件(22)，设置于所述电堆(1)的输出端及输入端之间，用于对流经的流体媒介进行散热以实现对所述电堆(1)进行降温；

依次连接的膨胀水壶(19)及去离子装置(18)；

其中，所述膨胀水壶(19)的输出端连接于所述电堆(1)的输入端，而且，所述膨胀水壶(19)的输入端分别连接于所述去离子装置(18)的输出端及所述电堆(1)的输入端；所述去离子装置(18)的输入端连接于所述第一控制阀(7)的输出端。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一循环路的数量设为多个。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述热源部件(3)包括：水暖PTC。

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