CN213636050U - 燃料电池冷却装置及燃料电池系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种燃料电池冷却装置，包括散热器、冷却液泵、去离子过滤器、膨胀水箱及多条管道。散热器通过管道接电堆的出液端及冷却液泵的进液端，去离子过滤器通过管道接散热器，膨胀水箱通过管道接去离子过滤器及冷却液泵的进液端。由电堆的出液端流出的冷却液经过散热器降温后，一部分流入冷却液泵，另一部分流入去离子过滤器并经过膨胀水箱后流入冷却液泵，流入冷却液泵的冷却液经由冷却液泵的出液端流入电堆的进液端。本实用新型的去离子过滤器在实现离子过滤的同时，也不会对电堆进液端的冷却液进行分流而影响冷却液进入电堆时的压力和流量，降低了对冷却装置对冷却液泵的要求。另，本实用新型还公开一种燃料电池系统。

Description

燃料电池冷却装置及燃料电池系统

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池冷却装置及燃料电池系统。

背景技术

氢燃料电池是一种使用氢气作为燃料，通过与氧气的化学反应而产生电能的装置。氢能源作为最洁净的新型能源，其副产物只有水，且其电转化效率高，不需要长时间充电，因此备受青睐。

燃料电池系统运行发电的过程中会产生大量的热量，为了确保燃料电池系统的稳定运行，需要利用冷却装置进行热交换以使电堆维持在一定的温度范围内。与此同时，还要求冷却液不导电，这就要求冷却装置能够对冷却液中的离子进行过滤，以保证冷却液处于极低离子状态。

现有技术中，通常是通过设置一去离子过滤器50’来对冷却液进行过滤。如图1所示，燃料电池冷却装置包括温控三向阀10’、散热器20’、加热器30’、冷却液泵40’以及去离子过滤器50’，去离子过滤器50’并联在冷却液泵40’的进出口两端，由冷却液泵40’流出的冷却液部分通过管道进入电堆510’，而部分冷却液则是进入去离子过滤器50’进行过滤，过滤后的冷却液再次进入冷却液泵40’。由于去离子过滤器50’的分流，若要保证流入电堆510’的冷却液流量，就要求冷却液泵40’具有更大的流量和扬程，冷却液泵40’在选型时的要求更高。而且，在车载系统中，内部空间十分狭小，这就要求冷却液泵40’在具有大流量、大扬程的同时还应兼具有较小的体积，对冷却液泵40’的要求特别高。

因此，亟需提供一种新的燃料电池冷却装置来解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能够降低对冷却液泵的要求的燃料电池冷却装置。

本实用新型的另一目的在于提供一种能够降低对冷却液泵的要求的燃料电池系统。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种燃料电池冷却装置，包括散热器、冷却液泵、去离子过滤器、膨胀水箱以及多条管道。所述散热器通过管道接电堆的出液端及所述冷却液泵的进液端，所述去离子过滤器通过管道接所述散热器，所述膨胀水箱通过管道接所述去离子过滤器及所述冷却液泵的进液端。由电堆的出液端流出的冷却液经过所述散热器降温后，一部分流入所述冷却液泵，另一部分流入所述去离子过滤器并经过所述膨胀水箱后流入所述冷却液泵，流入所述冷却液泵的冷却液经由所述冷却液泵的出液端流入电堆的进液端。

较佳地，所述燃料电池冷却装置还包括温控三向阀和加热器，所述加热器通过管道接所述温控三向阀的第一出液口及所述冷却液泵的进液端，所述散热器通过管道接所述温控三向阀的第二出液口，电堆的出液端流出的冷却液由所述温控三向阀的进液口进入所述温控三向阀，若冷却液的温度达到温度阈值，所述第二出液口打开而允许冷却液通过以流入所述散热器，否则，所述第一出液口打开而允许冷却液通过以流入所述加热器，经所述加热器加热后的冷却液流入所述冷却液泵。

较佳地，所述去离子过滤器设于所述散热器之上，所述去离子过滤器通过一管道接在所述散热器的顶部，所述冷却液泵设于所述散热器的低液位处，所述冷却液泵通过一管道接在所述散热器的下部，所述膨胀水箱设于所述冷却液泵的上方。

较佳地，所述散热器的低液位处设有一排水阀，于所述排水阀打开时，所述散热器中的冷却液可由所述排水阀流出。

较佳地，所述排水阀接外部补水装置，于所述排水阀打开时，外部补水装置输出的冷却液经所述排水阀流入所述散热器。

较佳地，所述冷却液泵的进液端设有一加水阀，所述加水阀用于接外部补水装置，于所述加水阀打开时，外部补水装置输出的冷却液经所述加水阀流入所述冷却液泵。

具体地，所述排水阀、所述加水阀为球阀。

较佳地，所述膨胀水箱的顶部开设有一通孔，所述通孔密封设有一可拆卸的压力盖。

较佳地，所述膨胀水箱还设有液位计。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种燃料电池系统，包括供氢模块、动力电池模块、控制模块、电堆BOP模块、电压转换模块以及如上所述的燃料电池冷却装置，所述电堆BOP模块包括电堆。所述动力电池模块给所述电堆BOP模块提供初始的启动电能，所述供氢模块给所述电堆BOP模块提供氢气，所述电压转换模块与所述电堆BOP模块电性连接，所述电堆BOP模块输出的电能经由所述电压转换模块转换后输出，所述控制模块用于监测和控制各所述模块及燃料电池冷却装置的运行状态。

与现有技术相比，本实用新型通过改变去离子过滤器和膨胀水箱在冷却装置中的位置，去离子过滤器在实现离子过滤的同时，也不会对电堆进液端的冷却液进行分流而影响冷却液进入电堆时的压力和流量，降低了对冷却装置对冷却液泵的要求，从而可以降低整个冷却装置的部件成本。尤其是在车载系统中，可以选用更加小型化的冷却液泵，在系统空间较小的车载系统中具有非常明显的应用优势。

附图说明

图1为现有技术中燃料电池冷却装置的组成示意图。

图2为本实用新型实施例燃料电池系统的立体结构示意图。

图3为本实用新型实施例燃料电池冷却装置的立体结构示意图。

图4为图3所示燃料电池冷却装置的另一角度。

图5为本实用新型实施例燃料电池冷却装置的组成原理图。

具体实施方式

为了详细说明本实用新型的技术内容、构造特征，以下结合实施方式并配合附图作进一步说明。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为便于描述本实用新型和简化描述，因而不能理解为对本实用新型保护内容的限制。

请参阅图3至图5，本实施例提供了一种燃料电池冷却装置100，用以与燃料电池系统(如图2所示)的电堆510进行热交换，以使电堆510维持在一定的温度范围内，从而确保燃料电池系统的稳定运行。

如图3、图5所示，该燃料电池冷却装置100包括温控三向阀10、散热器20、加热器30、冷却液泵40、去离子过滤器50、膨胀水箱60以及多条管道。温控三向阀10包括一进液口、第一出液口以及第二出液口，该进液口通过管道71接电堆510的出液端，第一出液口通过管道72接加热器30的进液端，第二出液口通过管道73接散热器20的进液端，电堆510的出液端流出的冷却液由进液口进入温控三向阀10，若冷却液的温度达到温度阈值，第一出液口关闭，第二出液口打开而允许冷却液通过管道73流入散热器20；否则，第二出液口关闭，第一出液口打开而允许冷却液通过管道72流入加热器30。散热器20的出液端通过管道74接冷却液泵40的进液端，去离子过滤器50的进液端通过管道75接散热器20的出液端，膨胀水箱60的进液端通过管道76接去离子过滤器50的出液端，膨胀水箱60的出液端通过管道77接冷却液泵40的进液端，由第二出液口流入散热器20的冷却液经过散热器20降温后，一部分流入冷却液泵40，另一部分流入去离子过滤器50，然后流入膨胀水箱60，经过膨胀水箱60后流入冷却液泵40，而流入冷却液泵40的冷却液经由冷却液泵40的出液端经管道78流入电堆510的进液端。加热器30的出液端通过管道79接冷却液泵40的进液端(如图4所示)，由第一出液口流入加热器30的冷却液经加热器30加热后流入冷却液泵40，同样地，流入冷却液泵40的冷却液经由冷却液泵40的出液端经管道78流入电堆510的进液端。

其中，温控三向阀10为节温器，其具有感温组件以检测流入的冷却液温度，当冷却液温度低于温度阈值时(冷却液温度较低)，第一出液口打开，管道71与管道72联通，冷却液流入加热器30以通过加热器30对低温冷却液进行加热。当冷却液温度达到温度阈值时(冷却液温度较高)，第一出液口逐步关闭，第二出液口逐步打开，管道71与管道73联通，冷却液流入散热器20以通过散热器20对高温冷却液进行降温。以此，使得流入冷却液泵40的冷却液温度稳定在较小的范围之内，从而使得流入电堆510的冷却液温度稳定。附带一提的是，温度阈值为预先设定的一个温度数值，具体实施中可以根据实际需求作适应性调整。

如图3所示，去离子过滤器50设于散热器20之上，去离子过滤器50通过管道75接在散热器20的高液位处(顶部)，冷却液泵40设于散热器20的低液位处，冷却液泵40通过管道74接在散热器20的低液位处(底部)，膨胀水箱60设置在冷却液泵40的上方。冷却液经过散热器20降温后，一部分经过管道74流入冷却液泵40，另一部分在压力的作用下经过管道75流入去离子过滤器50。可选的，在一些实施例中，还可以在散热器20中额外设置部件来对冷却液进行加压，以确保有一部分冷却液能够经过管道75流入去离子过滤器50。

如图3、图4所示，散热器20的低液位处设有一排水阀81，该排水阀81在燃料电池系统运行的过程中为关闭状态；当需要更换冷却液时，该排水阀81打开，散热器20中的冷却液由排水阀81流出，以此能够方便快捷地将燃料电池系统中的冷却液排出。进一步地，排水阀81还接外部补水装置(图未示)，当需要注冷却液时，排水阀81打开，散热器20与外部补水装置联通，外部补水装置输出的冷却液经排水阀81流入散热器20。

更进一步地，图3、图4所示实施例中，冷却液泵40的进液端设有一加水阀82，加水阀82接外部补水装置(图未示)，当需要加注冷却液时，加水阀82打开，冷却液泵40与外部补水装置联通，外部补水装置输出的冷却液经加水阀82流入冷却液泵40。借由排水阀81、加水阀82的设计，实现膨胀水箱60和冷却液泵40这两个关键位置的同时补水，缩短了补水时间。而且，排水阀81、加水阀82均位于低液位处，而冷却装置100中的气体在管道中为向上流转，从低液位加注冷却液能够减少冷却装置100的管道中气泡的产生，降低了冷却液加注的难度。在该实施例中，排水阀81、加水阀82均为球阀，但不应以此为限。

如图3所示，膨胀水箱60的顶部开设有一通孔，通孔密封设有一可拆卸的压力盖61。在加注冷却液时，将压力盖61打开，冷却装置100中的气体可以由压力盖61排出，进一步降低了冷却液加注的难度。此外，还可以从压力盖61的位置直接将冷却液倒入膨胀水箱60，实现快速加注冷却液。在该实施例中，膨胀水箱60还设有液位计62(如图5所示)，通过液位计62自动检测膨胀水箱60中冷却液的液位，可以有效防止由于冷却液液位过高而外泄，从而在燃料电池系统的运行和停止的过程中有效减少冷却液的流失，大大减少了冷却液的补充加注频率，进而保证燃料电池系统正常、高效运行。

请参阅图2，本实用新型还提供了一种燃料电池系统，其包括供氢模块(图未示)、动力电池模块300、控制模块400、电堆BOP模块500、电压转换模块600以及燃料电池冷却装置100，电堆BOP模块包括有电堆510。其中，动力电池模块300与电堆BOP模块500电性连接，需要启动该燃料电池系统时，动力电池模块300给电堆BOP模块500提供初始的启动电能；此后，电堆BOP模块500正常运转而发电，从而给外部负载(图未示)供电。电堆BOP模块500、动力电池模块300分别与电压转换模块600电性连接，电堆BOP模块500输出的电能经由电压转换模块600转换后输出。当电堆BOP模块500的输出功率大于外部负载所需供电功率时，其产生的一部分电能通过电压转换模块600转换后给外部负载供电，而剩余电能则作为储能通过电压转换模块600转换后以充电形式存入动力电池模块300中。反之，当电堆BOP模块500的输出功率小于外部负载所需供电功率时，其产生的电能全部用于给外部负载供电，同时，动力电池模块300作为补充协同电堆BOP模块500给外部负载供电。供氢模块与电堆BOP模块500通过气路管道连接，其通过该气路管道将氢气输入至电堆BOP模块500，以给电堆BOP模块500提供运转所需的原料。控制模块400与供氢模块、动力电池模块300、电堆BOP模块500、电压转换模块600及燃料电池冷却装置100通过CAN总线通讯连接，其用于监测各个模块及燃料电池冷却装置100的运行状态以及根据监测到的状态信息控制各个模块及燃料电池冷却装置100的运行(现有技术)。该燃料电池冷却装置100如上所述，在此不再赘述。

与现有技术相比，本实用新型通过改变去离子过滤器50和膨胀水箱60在冷却装置100中的位置，去离子过滤器50在实现离子过滤的同时，也不会对电堆510进液端的冷却液进行分流而影响冷却液进入电堆510时的压力和流量，降低了对冷却装置100对冷却液泵40的要求，从而可以降低整个冷却装置100的部件成本。尤其是在车载系统中，可以选用更加小型化的冷却液泵40，在系统空间较小的车载系统中具有非常明显的应用优势。

以上所揭露的仅为本实用新型的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属于本实用新型所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种燃料电池冷却装置，其特征在于，包括散热器、冷却液泵、去离子过滤器、膨胀水箱以及多条管道，所述散热器通过管道接电堆的出液端及所述冷却液泵的进液端，所述去离子过滤器通过管道接所述散热器，所述膨胀水箱通过管道接所述去离子过滤器及所述冷却液泵的进液端，由电堆的出液端流出的冷却液经过所述散热器降温后，一部分流入所述冷却液泵，另一部分流入所述去离子过滤器并经过所述膨胀水箱后流入所述冷却液泵，流入所述冷却液泵的冷却液经由所述冷却液泵的出液端流入电堆的进液端。

2.如权利要求1所述的燃料电池冷却装置，其特征在于，还包括温控三向阀和加热器，所述加热器通过管道接所述温控三向阀的第一出液口及所述冷却液泵的进液端，所述散热器通过管道接所述温控三向阀的第二出液口，电堆的出液端流出的冷却液由所述温控三向阀的进液口进入所述温控三向阀，若冷却液的温度达到温度阈值，所述第二出液口打开而允许冷却液通过以流入所述散热器，否则，所述第一出液口打开而允许冷却液通过以流入所述加热器，经所述加热器加热后的冷却液流入所述冷却液泵。

3.如权利要求1所述的燃料电池冷却装置，其特征在于，所述去离子过滤器设于所述散热器之上，所述去离子过滤器通过一管道接在所述散热器的顶部，所述冷却液泵设于所述散热器的低液位处，所述冷却液泵通过一管道接在所述散热器的下部，所述膨胀水箱设于所述冷却液泵的上方。

4.如权利要求1所述的燃料电池冷却装置，其特征在于，所述散热器的低液位处设有一排水阀，于所述排水阀打开时，所述散热器中的冷却液可由所述排水阀流出。

5.如权利要求4所述的燃料电池冷却装置，其特征在于，所述排水阀接外部补水装置，于所述排水阀打开时，外部补水装置输出的冷却液经所述排水阀流入所述散热器。

6.如权利要求4所述的燃料电池冷却装置，其特征在于，所述冷却液泵的进液端设有一加水阀，所述加水阀用于接外部补水装置，于所述加水阀打开时，外部补水装置输出的冷却液经所述加水阀流入所述冷却液泵。

7.如权利要求6所述的燃料电池冷却装置，其特征在于，所述排水阀、所述加水阀为球阀。

8.如权利要求6所述的燃料电池冷却装置，其特征在于，所述膨胀水箱的顶部开设有一通孔，所述通孔密封设有一可拆卸的压力盖。

9.如权利要求1所述的燃料电池冷却装置，其特征在于，所述膨胀水箱还设有液位计。

10.一种燃料电池系统，包括供氢模块、动力电池模块、控制模块、电堆BOP模块、电压转换模块以及燃料电池冷却装置，所述电堆BOP模块包括电堆，所述动力电池模块给所述电堆BOP模块提供初始的启动电能，所述供氢模块给所述电堆BOP模块提供氢气，所述电压转换模块与所述电堆BOP模块电性连接，所述电堆BOP模块输出的电能经由所述电压转换模块转换后输出，所述控制模块用于监测和控制各所述模块及燃料电池冷却装置的运行状态，其特征在于，所述燃料电池冷却装置如权利要求1至9任一项所述。

Images