CN214672697U - 一种燃料电池冷却系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种燃料电池冷却系统，包括低温循环冷却单元、电堆高温循环冷却单元和辅助高温循环冷却单元，电堆高温循环冷却单元和辅助高温循环冷却单元分别连接在低温循环冷却单元上，各高温循环冷却单元将热量传递至低温循环冷却单元；低温循环包括散热器、换热器和低温循环泵；电堆高温循环冷却单元为燃料电池电堆冷却回路，包括电堆和电堆高温循环泵；辅助高温循环冷却单元为燃料电池辅助部件冷却回路，包括辅助部件和辅助高温循环泵。本实用新型能够改善现有技术高绝缘性能冷却介质和去离子器投入成本高、维护周期短的问题，可降低电堆以外高温循环冷却介质绝缘性能的要求，提高燃料电池冷却系统的灵活性和可靠性。
Description
技术领域
本实用新型属于燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池冷却系统。
背景技术
现有常用的燃料电池系统冷却系统通常只有一个循环冷却回路，冷却介质吸收产热部件所产生的热量并直接通过散热器将热量排出系统。
现有燃料电池冷却系统中，燃料电池电堆和产热辅助部件在同一个循环内，具体表现在燃料电池电堆和其他产热部件共用冷却介质，而燃料电池电堆对冷却介质绝缘性能的要求比其他产热部件高，不能采用普通的冷却液，需要采用高绝缘性能冷却介质，而绝缘性能满足电堆要求的高绝缘性能冷却介质(如去离子水)使用和维护成本较高，从而导致冷却系统对冷却介质绝缘性能的整体要求较高，冷却介质的使用和维护成本较高。此外，冷却系统某处出现堵塞或漏水等故障会影响整个冷却系统，系统灵活性和可靠性不高。
实用新型内容
为了克服现有技术方法的不足，本实用新型的目的在于提出一种燃料电池冷却系统，改善现有技术高绝缘性能冷却介质和去离子器投入成本高、维护周期短的问题，可降低电堆以外高温循环冷却介质绝缘性能的要求，提高燃料电池冷却系统的灵活性和可靠性。
为实现以上目的，本实用新型采用技术方案是：一种燃料电池冷却系统，包括低温循环冷却单元、电堆高温循环冷却单元和辅助高温循环冷却单元，电堆高温循环冷却单元和辅助高温循环冷却单元分别连接在低温循环冷却单元上，各高温循环冷却单元将热量传递至低温循环冷却单元；
低温循环冷却单元包括散热器、换热器和低温循环泵，换热器出口与低温循环泵入口相连，低温循环泵出口与散热器入口相连，散热器出口与换热器入口相连，在换热器上还并列设置有电堆高温循环冷却单元换热接口和辅助高温循环冷却单元换热接口；
电堆高温循环冷却单元为燃料电池电堆冷却回路，包括电堆和电堆高温循环泵，电堆和电堆高温循环泵串接后连接至电堆高温循环冷却单元换热接口；
辅助高温循环冷却单元为燃料电池辅助部件冷却回路，包括辅助部件和辅助高温循环泵，辅助部件和辅助高温循环泵后连接至辅助高温循环冷却单元换热接口。
进一步的是，所述低温循环还包括散热器入口温度传感器和散热器出口温度传感器；散热器入口温度传感器和散热器出口温度传感器分别位于散热器入口和散热器出口；散热器入口温度传感器和散热器出口温度传感器分别测量散热器入口温度和散热器出口温度。
进一步的是，所述电堆高温循环冷却单元还包括去离子器，去离子器并联在电堆高温循环泵上。去离子器吸附冷却介质中的离子保证冷却介质的绝缘性能。
进一步的是，所述电堆高温循环冷却单元还包括电堆入口温度传感器和电堆出口温度传感器；电堆入口温度传感器和电堆出口温度传感器分别位于电堆冷却入口和电堆冷却出口；电堆入口温度传感器和电堆出口温度传感器分别测量电堆冷却入口冷却介质温度和电堆冷却出口冷却介质温度。
进一步的是，采用多个辅助高温循环冷却单元，各个辅助高温循环冷却单元均并列连接在低温循环冷却单元上，各辅助高温循环冷却单元将热量传递至低温循环冷却单元。
进一步的是，在一个所述辅助高温循环冷却单元中设置有多个辅助部件。
进一步的是，所述辅助部件为燃料电池系统中除电堆外其他需要散热的部件，包括中冷器、DC/DC变换器、空气压缩机及其控制器。
进一步的是，所述辅助高温循环冷却单元还包括辅助部件入口温度传感器和辅助部件出口温度传感器，辅助部件入口温度传感器和辅助部件出口温度传感器分别位于辅助部件入口和辅助部件出口，辅助部件入口温度传感器和辅助部件出口温度传感器分别测量辅助部件入口冷却介质温度和辅助部件出口冷却介质温度。
进一步的是，所述换热器包括低温换热区和多个高温换热区，所述低温换热区上并列贴合设置多个高温换热区，低温换热区和多个高温换热区进行热交换，低温换热区与低温循环冷却单元链接，多个高温换热区分别与电堆高温循环冷却单元和辅助高温循环冷却单元。能够保证区域之间发生热量交换而不发生冷却介质交换，实现热器循环之间只交换热量而不交换冷却介质，可降低电堆以外高温循环冷却介质绝缘性能的要求，提高系统可靠性和灵活性。
采用本技术方案的有益效果：
本实用新型中针对不同循环使用不同绝缘性能的冷却介质，从而减少高绝缘性能冷却介质的投入；且多个高温循环之间不交换冷却介质，即燃料电池电堆冷却介质绝缘性能不受其他高温循环冷却介质的影响，可有效延长燃料电池冷却系统冷却介质和去离子器的更换周期；能够有效降低生产使用维护成本。
此外，若所述燃料电池冷却系统某处出现堵塞或漏水等故障，由于有多个相互独立的高温循环，能够尽量减小这些故障对燃料电池工作性能的影响；且多个高温循环可根据实际情况进行灵活设计。因此所述燃料电池冷却系统的可靠性和灵活性相对于现有技术得到有效提升。
附图说明
图1为本实用新型的一种燃料电池冷却系统的结构示意图；
图2为本实用新型实施例中一种燃料电池冷却系统优化实施方案的结构示意图；
图3为本实用新型实施例中换热器的结构原理示意图；
其中，1是换热器，2是低温循环泵，3是散热器入口温度传感器，4是散热器，5是散热器出口温度传感器，6是电堆出口温度传感器，7是电堆，8是电堆入口温度传感器，9是电堆高温循环泵，10是去离子器，11是辅助部件入口温度传感器，12是辅助部件，13是辅助部件出口温度传感器，14是辅助高温循环泵。
具体实施方式
为了使实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型作进一步阐述。
在本实施例中，参见图1所示，一种燃料电池冷却系统，包括低温循环冷却单元、电堆高温循环冷却单元和辅助高温循环冷却单元，电堆高温循环冷却单元和辅助高温循环冷却单元分别连接在低温循环冷却单元上，各高温循环冷却单元将热量传递至低温循环冷却单元；
低温循环冷却单元包括散热器4、换热器1和低温循环泵2，换热器1出口与低温循环泵2入口相连，低温循环泵2出口与散热器4入口相连，散热器4出口与换热器1入口相连，在换热器1上还并列设置有电堆高温循环冷却单元换热接口和辅助高温循环冷却单元换热接口；
电堆高温循环冷却单元为燃料电池电堆冷却回路，包括电堆7和电堆高温循环泵9，电堆7和电堆高温循环泵9串接后连接至电堆高温循环冷却单元换热接口；
辅助高温循环冷却单元为燃料电池辅助部件12冷却回路，包括辅助部件12和辅助高温循环泵14，辅助部件12和辅助高温循环泵14后连接至辅助高温循环冷却单元换热接口。
作为上述实施例的优化方案1，所述低温循环还包括散热器入口温度传感器3和散热器出口温度传感器5；散热器入口温度传感器3和散热器出口温度传感器5分别位于散热器4入口和散热器4出口；散热器入口温度传感器3和散热器出口温度传感器5分别测量散热器4入口温度和散热器4出口温度。
所述电堆高温循环冷却单元还包括去离子器10，去离子器10并联在电堆高温循环泵9上。去离子器10吸附冷却介质中的离子保证冷却介质的绝缘性能。
所述电堆高温循环冷却单元还包括电堆入口温度传感器8和电堆出口温度传感器6；电堆入口温度传感器和电堆出口温度传感器6分别位于电堆7冷却入口和电堆7冷却出口；电堆入口温度传感器和电堆出口温度传感器6分别测量电堆7冷却入口冷却介质温度和电堆7冷却出口冷却介质温度。
作为上述实施例的优化方案2，采用多个辅助高温循环冷却单元，各个辅助高温循环冷却单元均并列连接在低温循环冷却单元上，各辅助高温循环冷却单元将热量传递至低温循环冷却单元。
作为上述实施例的优化方案3，在一个所述辅助高温循环冷却单元中设置有多个辅助部件12。
优选的，所述辅助部件12为燃料电池系统中除电堆7外其他需要散热的部件，包中冷器、DC/DC变换器、空气压缩机及其控制器。
可根据热源的实际情况灵活设计高温循环、控制冷却介质流量，使产热部件能够工作在良好的温度范围内：若有需要，还可将空气压缩机、氢气循环泵、中冷器、DC/DC变换器等需要产热辅助部件12设计在多个高温循环中；若某高温循环需要的散热量小，可以适当降低泵和管道的性能要求，从而可以减小功耗和成本；若某高温循环需要的散热量稳定，则该循环可不安装温度传感器，也不需通过控制系统调节冷却介质流量，在设计时使该高温循环以一恒定冷却介质流量持续运行。
作为上述实施例的优化方案4，所述辅助高温循环冷却单元还包括辅助部件入口温度传感器11和辅助部件出口温度传感器13，辅助部件入口温度传感器11和辅助部件出口温度传感器13分别位于辅助部件12入口和辅助部件12出口，辅助部件入口温度传感器11和辅助部件出口温度传感器13分别测量辅助部件12入口冷却介质温度和辅助部件12出口冷却介质温度。
作为上述实施例的优化方案5，所述换热器1包括低温换热区和多个高温换热区，所述低温换热区上并列贴合设置多个高温换热区，低温换热区和多个高温换热区进行热交换，低温换热区与低温循环冷却单元链接，多个高温换热区分别与电堆高温循环冷却单元和辅助高温循环冷却单元。能够保证区域之间发生热量交换而不发生冷却介质交换，提高了循环之间只交换热量而不交换冷却介质，可降低电堆7以外高温循环冷却介质绝缘性能的要求，提高系统可靠性和灵活性。
如图3所示的换热器1共有区域1、区域2、区域3三个相互隔开的区域，每个区域均有一个进口和出口。其中，区域1的进口1和出口1与低温循环相连，低温循环的冷却介质流动吸收区域2、区域3的热量；区域2的进口2和出口2与高温循环1相连，高温循环1的冷却介质在区域2中将热量传递至区域1；区域3的进口3和出口3与高温循环2相连，高温循环2的冷却介质在区域3中将热量传递至区域1；可选地，还可设计分为更多区域的换热器1，依此类推。
为了更好的理解本实用新型，下面对本实用新型的工作原理作一次完整的描述：
在工作时，低温循环的冷却介质通过换热器1吸收高温循环的热量，并通过散热器4将热量排出燃料电池系统，低温循环泵2驱动冷却介质流动加快热交换。
在工作时，电堆7高温循环的冷却介质吸收电堆7产生的热量，并通过换热器1将热量传递至低温循环，电堆高温循环泵9驱动冷却介质流动加快热交换。
在工作时，辅助高温循环的冷却介质吸收辅助部件12产生的热量，并通过换热器1将热量传递至低温循环，辅助高温循环泵14驱动冷却介质流动加快热交换。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (9)
1.一种燃料电池冷却系统，其特征在于，包括低温循环冷却单元、电堆高温循环冷却单元和辅助高温循环冷却单元，电堆高温循环冷却单元和辅助高温循环冷却单元分别连接在低温循环冷却单元上，各高温循环冷却单元将热量传递至低温循环冷却单元；
低温循环冷却单元包括散热器(4)、换热器(1)和低温循环泵(2)，换热器(1)出口与低温循环泵(2)入口相连，低温循环泵(2)出口与散热器(4)入口相连，散热器(4)出口与换热器(1)入口相连，在换热器(1)上还并列设置有电堆高温循环冷却单元换热接口和辅助高温循环冷却单元换热接口；
电堆高温循环冷却单元为燃料电池电堆冷却回路，包括电堆(7)和电堆高温循环泵(9)，电堆(7)和电堆高温循环泵(9)串接后连接至电堆高温循环冷却单元换热接口；
辅助高温循环冷却单元为燃料电池辅助部件(12)冷却回路，包括辅助部件(12)和辅助高温循环泵(14)，辅助部件(12)和辅助高温循环泵(14)后连接至辅助高温循环冷却单元换热接口。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池冷却系统，其特征在于，所述低温循环还包括散热器入口温度传感器(3)和散热器出口温度传感器(5)；散热器入口温度传感器(3)和散热器出口温度传感器(5)分别位于散热器(4)入口和散热器(4)出口。
3.根据权利要求1所述的一种燃料电池冷却系统，其特征在于，所述电堆高温循环冷却单元还包括去离子器(10)，去离子器(10)并联在电堆高温循环泵(9)上。
4.根据权利要求1或3所述的一种燃料电池冷却系统，其特征在于，所述电堆高温循环冷却单元还包括电堆入口温度传感器(8)和电堆出口温度传感器(6)；电堆入口温度传感器和电堆出口温度传感器(6)分别位于电堆(7)冷却入口和电堆(7)冷却出口。
5.根据权利要求1所述的一种燃料电池冷却系统，其特征在于，采用多个辅助高温循环冷却单元，各个辅助高温循环冷却单元均并列连接在低温循环冷却单元上，各辅助高温循环冷却单元将热量传递至低温循环冷却单元。
6.根据权利要求1或5所述的一种燃料电池冷却系统，其特征在于，在一个所述辅助高温循环冷却单元中设置有多个辅助部件(12)。
7.根据权利要求6所述的一种燃料电池冷却系统，其特征在于，所述辅助部件(12)为燃料电池系统中除电堆(7)外其他需要散热的部件，包括中冷器、DC/DC变换器、空气压缩机及其控制器。
8.根据权利要求1所述的一种燃料电池冷却系统，其特征在于，所述辅助高温循环冷却单元还包括辅助部件入口温度传感器(11)和辅助部件出口温度传感器(13)，辅助部件入口温度传感器(11)和辅助部件出口温度传感器(13)分别位于辅助部件(12)入口和辅助部件(12)出口。
9.根据权利要求1所述的一种燃料电池冷却系统，其特征在于，所述换热器(1)包括低温换热区和多个高温换热区，所述低温换热区上并列贴合设置多个高温换热区，低温换热区和多个高温换热区进行热交换，低温换热区与低温循环冷却单元链接，多个高温换热区分别与电堆高温循环冷却单元和辅助高温循环冷却单元。
Priority Applications (1)
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