CN212695196U - 一种适应于冷启动的燃料电池混合电源系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种适应于冷启动的燃料电池混合电源系统，包括燃料电池电堆，该燃料电池电堆分别连接有供氢子系统、供气子系统、蓄电池子系统和冷却子系统，其特征在于，供气子系统包括依次连接的空气压缩机、第一交换接口、空气冷却器和加湿器，加湿器接入燃料电池电堆，加湿器与燃料电池电堆间的连接子系统连接第一交换接口。与现有技术相比，本实用新型考虑到低温下空气压缩机中流出的空气的温度不会过高，所以添加了旁通空冷器和加湿器的通道，而且经过空气压缩机的相对高温高压的空气可以作为燃料电池电堆的外部热源输入，加速燃料电池电堆的温升过程。
Description
技术领域
本实用新型涉及电化学燃料电池领域，尤其是涉及一种适应于冷启动的燃料电池混合电源系统。
背景技术
燃料电池冷启动成功的关键因素是电池本身温升速度与冰积累速度的动态比。目前比较主流的冷启动策略主要包含保温、停机吹扫、辅助加热、自启动等方法，停机吹扫可以减少燃料电池启动前电池内部冰的积累，是现在冷启动必不可少的环节，辅助加热和自启动都是利用大量的热量输入使得燃料电池快速升温，不同的是辅助加热是利用蓄电池和加热电阻对电堆进行加热，自启动而是利用燃料电池本身的化学反应产热提高电堆温度。
现在的冷启动方式，不管是停机吹扫还是使用外部电源对燃料电池电堆进行加热，都需要对燃料电池系统进行修改，操作繁琐，启动效率低。
实用新型内容
本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种提升燃料电池混合电源系统冷启动效率的适应于冷启动的燃料电池混合电源系统。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种适应于冷启动的燃料电池混合电源系统，包括燃料电池电堆，该燃料电池电堆分别连接有供氢子系统、供气子系统、蓄电池子系统和冷却子系统，所述供气子系统包括依次连接的空气压缩机、第一交换接口、空气冷却器和加湿器，所述加湿器接入所述燃料电池电堆，所述加湿器与所述燃料电池电堆间的连接子系统连接所述第一交换接口。
进一步地，所述第一交换接口为三通阀。
进一步地，所述加湿器与所述燃料电池电堆间的连接线路设有第二交换接口，所述供氢子系统包括依次连接的高压氢罐、减压阀、第三交换接口、氢进阀和氢换热器，所述氢换热器接入所述燃料电池电堆，所述第三交换接口连接所述第二交换接口；
当所述燃料电池混合电源系统停机时，通过将所述供气子系统的空气通入所述供氢子系统，实现对所述燃料电池电堆的吹扫。
进一步地，所述第二交换接口为三通阀。
进一步地，所述第三交换接口为三通阀。
进一步地，所述冷却子系统包括补水箱、水泵、散热器、电加热器和节温器，所述燃料电池电堆、氢换热器、空气冷却器、散热器、节温器、水泵、补水箱和燃料电池电堆依次连接，所述电加热器的一端连接所述节温器，另一端连接所述空气冷却器。
进一步地，所述电加热器由外部电源供电。
进一步地，所述电加热器由所述蓄电池子系统供电。
进一步地，所述蓄电池子系统包括DC-DC变换器、蓄电池和电动机，所述燃料电池电堆通过DC-DC变换器接入所述电动机，所述蓄电池接入所述电动机。
进一步地，所述燃料电池电堆还连接有氢出阀。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
(1)本实用新型燃料电池混合电源系统考虑到低温下空气压缩机中流出的空气的温度不会过高，所以添加了旁通空冷器和加湿器的通道，而且经过空气压缩机的相对高温高压的空气可以作为燃料电池电堆的外部热源输入，加速燃料电池电堆的温升过程。
(2)为了能够满足燃料电池停机吹扫的需求，本实用新型在燃料电池混合电源系统中添加了阴极空气到阳极的通道。
(3)为了对冷启动过程中的冷却液进行加热，本实用新型在冷却子系统的小循环中加入了加热电阻以求利用相对高温的冷却液提高电堆的温度。
附图说明
图1为本实用新型燃料电池混合电源系统的结构示意图；
图中，1、燃料电池电堆，2、供氢子系统，201、高压氢罐，202、减压阀，203、第三交换接口，204、氢进阀，205、氢换热器，3、供气子系统，301、空气压缩机，302、第一交换接口，303、空气冷却器，304、加湿器，305、第二交换接口，4、蓄电池子系统，401、DC-DC变换器，402、蓄电池，403、电动机，5、冷却子系统，501、补水箱，502、水泵，503、节温器，504、散热器，505、电加热器，6、氢出阀。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种适应于冷启动的燃料电池混合电源系统，即燃料电池-蓄电池混合系统，包括燃料电池电堆1，该燃料电池电堆1分别连接有供氢子系统2、供气子系统3、蓄电池子系统4和冷却子系统5。
为了能够满足燃料电池停机吹扫的需求，本实施例在燃料电池-蓄电池混合系统中添加了阴极空气到阳极的通道，并且考虑到低温下空压机中流出的空气的温度不会过高，所以添加了旁通空冷器和加湿器的通道，而且经过空压机的相对高温高压的空气可以作为电堆的外部热源输入，加速电堆的温升过程。
为了对冷启动过程中的冷却液进行加热，本实施例在冷却循环的小循环中加入了加热电阻以求利用相对高温的冷却液提高电堆的温度，加热电阻的能量来源可以是外部电源，或者直接连接蓄电池进行加热。
具体结构如下：
供气子系统3包括依次连接的空气压缩机301、第一交换接口302、空气冷却器303和加湿器304，加湿器304接入燃料电池电堆1，加湿器304与燃料电池电堆1间的连接子系统连接第一交换接口302。
加湿器304与燃料电池电堆1间的连接线路设有第二交换接口305，供氢子系统2包括依次连接的高压氢罐201、减压阀202、第三交换接口203、氢进阀204和氢换热器205，氢换热器205接入燃料电池电堆1，第三交换接口203连接第二交换接口305；第一交换接口302、第二交换接口305和第三交换接口203均为三通阀。
当燃料电池混合电源系统停机时，通过将供气子系统3的空气通入供氢子系统2，实现对燃料电池电堆1的吹扫。
冷却子系统5包括补水箱501、水泵502、散热器504、电加热器505和节温器503，燃料电池电堆1、氢换热器205、空气冷却器303、散热器504、节温器503、水泵502、补水箱501和燃料电池电堆1依次连接，电加热器505的一端连接节温器503，另一端连接空气冷却器303。
电加热器505由外部电源或蓄电池子系统4供电。
蓄电池子系统4包括DC-DC变换器401、蓄电池402和电动机403，燃料电池电堆1通过DC-DC变换器401接入电动机403，蓄电池402接入电动机403。燃料电池电堆1还连接有氢出阀6。
以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种适应于冷启动的燃料电池混合电源系统，包括燃料电池电堆(1)，该燃料电池电堆(1)分别连接有供氢子系统(2)、供气子系统(3)、蓄电池子系统(4)和冷却子系统(5)，其特征在于，所述供气子系统(3)包括依次连接的空气压缩机(301)、第一交换接口(302)、空气冷却器(303)和加湿器(304)，所述加湿器(304)接入所述燃料电池电堆(1)，所述加湿器(304)与所述燃料电池电堆(1)间的连接子系统连接所述第一交换接口(302)。
2.根据权利要求1所述的一种适应于冷启动的燃料电池混合电源系统，其特征在于，所述第一交换接口(302)为三通阀。
3.根据权利要求1所述的一种适应于冷启动的燃料电池混合电源系统，其特征在于，所述加湿器(304)与所述燃料电池电堆(1)间的连接线路设有第二交换接口(305)，所述供氢子系统(2)包括依次连接的高压氢罐(201)、减压阀(202)、第三交换接口(203)、氢进阀(204)和氢换热器(205)，所述氢换热器(205)接入所述燃料电池电堆(1)，所述第三交换接口(203)连接所述第二交换接口(305)；
当所述燃料电池混合电源系统停机时，通过将所述供气子系统(3)的空气通入所述供氢子系统(2)，实现对所述燃料电池电堆(1)的吹扫。
4.根据权利要求3所述的一种适应于冷启动的燃料电池混合电源系统，其特征在于，所述第二交换接口(305)为三通阀。
5.根据权利要求3所述的一种适应于冷启动的燃料电池混合电源系统，其特征在于，所述第三交换接口(203)为三通阀。
6.根据权利要求3所述的一种适应于冷启动的燃料电池混合电源系统，其特征在于，所述冷却子系统(5)包括补水箱(501)、水泵(502)、散热器(504)、电加热器(505)和节温器(503)，所述燃料电池电堆(1)、氢换热器(205)、空气冷却器(303)、散热器(504)、节温器(503)、水泵(502)、补水箱(501)和燃料电池电堆(1)依次连接，所述电加热器(505)的一端连接所述节温器(503)，另一端连接所述空气冷却器(303)。
7.根据权利要求6所述的一种适应于冷启动的燃料电池混合电源系统，其特征在于，所述电加热器(505)由外部电源供电。
8.根据权利要求6所述的一种适应于冷启动的燃料电池混合电源系统，其特征在于，所述电加热器(505)由所述蓄电池子系统(4)供电。
9.根据权利要求1所述的一种适应于冷启动的燃料电池混合电源系统，其特征在于，所述蓄电池子系统(4)包括DC-DC变换器(401)、蓄电池(402)和电动机(403)，所述燃料电池电堆(1)通过DC-DC变换器(401)接入所述电动机(403)，所述蓄电池(402)接入所述电动机(403)。
10.根据权利要求1所述的一种适应于冷启动的燃料电池混合电源系统，其特征在于，所述燃料电池电堆(1)还连接有氢出阀(6)。
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