CN218385294U - 一种用于燃料电池的热管理装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种用于燃料电池的热管理装置，电堆；所述电堆连接有多个水箱，所述电堆用于对水箱加热升温，所述水箱连接有换热器；还包括温度调控模块，所述温度调控模块用于实现水箱最低温度到水箱最高温度区间内任意温度的瞬态调控。本实用新型将各个水箱按照相应的设定温度值由低到高进行排列，就可以将各个水箱温度进行分段，在最低的水箱温度到最高的水箱温度区间内，以任意温度进行瞬态调控，解决了现有技术温度波动大的技术问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种用于燃料电池的热管理装置。
背景技术
温度作为燃料电池的重要运行条件之一，对燃料电池内部的多种理化作用均存在一定影响，设计合适的热管理系统来满足电堆的温度工作需求至关重要。现有热管理技术中，由于存在不可避免的诸多因素，燃料电池温度的稳态及动态特性在电堆工作过程中难以达到理想水平，例如说，通过保持电堆产热与换热器散热平衡，来维持电堆的温度稳定，实际中只能在一定时间内保持电堆产热与换热器散热达到动态平衡，导致电堆在稳态运行时出现波动，在电堆突然变载时温度也会出现较大波动。综上，现有技术存在温度波动大的技术问题。
实用新型内容
本实用新型提供一种用于燃料电池的热管理装置，解决了现有技术温度波动大的技术问题。
本实用新型提供的基础方案为：一种用于燃料电池的热管理装置，包括：电堆；所述电堆连接有多个水箱，所述电堆用于对水箱加热升温，所述水箱连接有换热器；
还包括温度调控模块，所述温度调控模块用于实现水箱最低温度到水箱最高温度区间内任意温度的瞬态调控。
本实用新型的工作原理及优点在于：利用电堆工作所产生的热量加热各个水箱，使水箱温度均达到相应的设定温度值，这样通过多个水箱对该部分能量进行存储，从而实现对电堆工作产生的热能加以利用，随后，由于各个水箱温度相应的设定温度值不同，各个水箱被加热完毕之后的水箱温度也不同，将各个水箱按照相应的设定温度值由低到高进行排列，就可以将各个水箱温度进行分段，在最低的水箱温度到最高的水箱温度区间内，以任意温度进行瞬态调控，从而实现通过不同温度范围的水箱对燃料电池温度进行精准控制；与此同时，将换热器在原有热管理技术中对热管理的散热作用，转换为调节并维持各个水箱温度的作用，避免了换热器控制延迟以及温度滞后所带来的温度波动，最终降低了温度波动。
本实用新型将各个水箱按照相应的设定温度值由低到高进行排列，就可以将各个水箱温度进行分段，在最低的水箱温度到最高的水箱温度区间内，以任意温度进行瞬态调控，解决了现有技术温度波动大的技术问题。
进一步，所述温度调控模块包括若干个水泵，所述水泵位于水箱与换热器之间，所述水泵与水箱、换热器连接。
有益效果在于：如果有水箱温度偏离预设温度阈值，调节换热器以其需要修正水箱温度的水泵转速，使其温度回到正常范围，这样可以防止水箱温度的温度偏离过大，从而影响调节的精确性，通过调节支路的水泵转速改变支路循环水流量，使混合后水箱温度达到燃料电池目标温度，这样实也容易控制实现。
进一步，所述水泵与水箱的数量相同，所述水泵与水箱逐个对应；所述一个水泵与一个水箱组成一个调节单元，所述调节单元并联。
有益效果在于：便于水泵与水箱的安装以及连接。
进一步，所述温度调控模块包括水泵与若干个调节阀，所述水泵位于电堆与换热器之间，所述水泵与电堆、换热器连接；所述调节阀位于水箱与换热器之间，所述调节阀与水箱、换热器连接。
有益效果在于：如果有水箱温度偏离预设温度阈值，调节换热器修正水箱温度的支路调节阀开度使其温度回到正常范围，这样可以防止水箱温度的温度偏离过大，从而影响调节的精确性，通过调节支路的调节阀开度使混合后水箱温度达到燃料电池目标温度，实现容易，操作简单，也容易控制。
进一步，所述调节阀与水箱的数量相同，所述调节阀与水箱逐个对应；所述一个调节阀与一个水箱组成一个调节单元，所述调节单元并联。
有益效果在于：便于调节阀与水箱的安装以及连接。
附图说明
图1为本实用新型一种用于燃料电池的热管理装置实施例1的结构示意图。
图2为本实用新型一种用于燃料电池的热管理装置实施例2的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细的说明：
实施例1
实施例基本如附图1所示，包括：电堆；所述电堆连接有多个水箱，所述电堆用于对水箱加热升温，所述水箱连接有换热器；还包括温度调控模块，所述温度调控模块用于实现水箱最低温度到水箱最高温度区间内任意温度的瞬态调控。
具体而言，所述温度调控模块包括若干个水泵，所述水泵位于水箱与换热器之间，所述水泵与水箱、换热器连接；如附图1所示，所述水泵与水箱的数量相同，所述水泵与水箱逐个对应，所述一个水泵与一个水箱组成一个调节单元，所述调节单元并联，便于水泵与水箱的安装以及连接。
具体实施过程如下，包括步骤：
S1、利用电堆工作所产生的热量加热各个水箱，使水箱温度均达到相应的设定温度值；S1包括：
S1-1、启动电堆，电堆温度与水箱温度为室温；启动水泵1，控制管路内循环水开始流动，关闭其余水泵；
S1-2、保持当前流通支路水泵运行，关闭其余支路水泵；
S1-3、判断当前电堆的出口温度是否大于当前流通支路的水箱温度，若是，进行S1-4，若否，进行S1-2；
S1-4、启动下一水箱支路的水泵，关闭当前支路的水泵，通过电堆的产热对水箱加热升温使其达到设定温度值；
S1-5、判断水箱n的温度是否达到设定温度值，若是，进行S2，若否，返回S1-3。
S2、将各个水箱按照相应的设定温度值由低到高进行排列，按照所排列的水箱顺序对燃料电池温度进行瞬态调控；S2包括：
S2-1、判断当前所有水箱温度是否有偏离预设温度阈值，若是，进行S2-2，若否，进行S2-3；
S2-2、调节换热器以其需要修正水箱温度的水泵转速，使其温度回到正常范围：如果水箱温度低于设定范围，减少换热器功率，使得换热器出口温度升高，调节该支路水泵转速使循环水对水箱进行升温；如果水箱温度高于设定范围，增大换热器功率，使得换热器出口温度降低，调节该支路水泵转速使循环水对水箱进行降温；
S2-3、设置燃料电池目标温度Tset；
S2-4、比较当前电堆温度Tst与燃料电池目标温度Tset的大小：若Tst>Tset，增加电堆工作电流，提高电堆发热效率，抵消电堆热容效应造成的温度响应延迟；若Tst<Tset，降低电堆工作电流，提高电堆发热效率，抵消电堆热容效应造成的温度响应延迟；
S2-5、根据燃料电池目标温度Tset以及当前所有水箱的温度(T1,T2,…Tn)选择水箱温度与燃料电池目标温度Tset相邻的两个支路：把高于设定温度值的水箱温度记为Th，此支路循环水流量记为Wh；把低于设定温度值的水箱温度记为Tl，此支路循环水流量记为Wl；混合后的水箱温度T0为，
S2-6、设置T0＝Tset，调节两个支路的水泵转速，使得两个支路循环水流量满足Wh/Wl＝(T0-Tl)/(Th-T0)；
S2-7、在未收到停机指令之前，重复S2-1～S2-6；在收到停机指令之后，控制水泵1开启最大转速，关闭其余水泵，开启换热器，进行快速降温，主动控温过程结束。
如果有水箱温度偏离预设温度阈值，调节换热器以其需要修正水箱温度的水泵转速，使其温度回到正常范围，这样可以防止水箱温度的温度偏离过大，从而影响调节的精确性，同样地，也是通过增加或者减小电堆工作电流进而提高电堆发热效率，能够抵消电堆热容效应造成的温度响应延迟，此外，通过调节两个支路的水泵转速改变两个支路循环水流量，使混合后水箱温度达到燃料电池目标温度，这样实也容易控制实现。
在本实施例中，利用电堆工作所产生的热量加热各个水箱，使水箱温度均达到相应的设定温度值，这样通过多个水箱对该部分能量进行存储，从而实现对电堆工作产生的热能加以利用，随后，由于各个水箱温度相应的设定温度值不同，各个水箱被加热完毕之后的水箱温度也不同，将各个水箱按照相应的设定温度值由低到高进行排列，就可以将各个水箱温度进行分段，在最低的水箱温度到最高的水箱温度区间内，以任意温度进行瞬态调控，从而实现通过不同温度范围的水箱对燃料电池温度进行精准控制；与此同时，将换热器在原有热管理技术中对热管理的散热作用，转换为调节并维持各个水箱温度的作用，避免了换热器控制延迟以及温度滞后所带来的温度波动，最终降低了温度波动。
实施例2
与实施例1不同之处仅在于，如附图2所示，所述温度调控模块包括水泵与若干个调节阀，所述水泵位于电堆与换热器之间，所述水泵与电堆、换热器连接；所述调节阀位于水箱与换热器之间，所述调节阀与水箱、换热器连接；所述调节阀与水箱的数量相同，所述调节阀与水箱逐个对应；所述一个调节阀与一个水箱组成一个调节单元，所述调节单元并联，便于调节阀与水箱的安装以及连接。具体实施过程如下，包括步骤：
S1、利用电堆工作所产生的热量加热各个水箱，使水箱温度均达到相应的设定温度值；S1包括：
S1-1、启动电堆与水泵启动，打开控制调节阀1全开，关闭其他调节阀；
S1-2、保持当前流通支路的调节阀全开，关闭其余支路的调节阀；
S1-3、判断当前电堆的出口温度是否大于当前流通支路的水箱温度，若是，进行S1-4，若否，返回S1-2；
S1-4、控制当前支路的调节阀关闭，下一水箱支路的调节阀全开，通过电堆的产热对水箱加热升温，使其达到设定温度值；
S1-5、判断水箱n的温度是否达到设定温度值，若是，进入S2，若否，返回S1-3。
S2、将各个水箱按照相应的设定温度值由低到高进行排列，按照所排列的水箱顺序对燃料电池温度进行瞬态调控；S2包括：
S2-1、判断当前所有水箱温度是否有偏离预设温度阈值，若是，进行S2-2，若否进行S2-3；
S2-2、调节换热器以其需要修正水箱温度的支路调节阀开度，使其温度回到正常范围：如果水箱温度低于设定范围，减小换热器功率使得换热器出口温度升高，通过调节阀使循环水对水箱进行升温；如果水箱温度高于设定范围，增大换热器功率使得换热器出口温度降低，通过调节阀使循环水对水箱进行降温；
S2-3、设置燃料电池目标温度Tset；
S2-4、比较当前电堆温度Tst与燃料电池目标温度Tset的大小：若Tst>Tset，增大电堆工作电流，提高电堆发热效率，抵消电堆热容效应造成的温度响应延迟；若Tst<Tset，减小电堆工作电流，提高电堆发热效率，抵消电堆热容效应造成的温度响应延迟；
S2-5、根据燃料电池目标温度Tset以及当前所有水箱的温度(T1,T2,…Tn)选择水箱温度与燃料电池目标温度Tset相邻的两个支路：把高于设定温度值的水箱温度记为Th，此支路调节阀开度记为
把低于设定温度值的水箱温度记为Tl，此支路调节阀开度记为
混合后的水箱温度T0为，
设置T0＝Tset，计算出两个支路的调节阀开度
S2-6、调节两个支路的调节阀开度，使得混合后的水箱温度与燃料电池目标温度Tset相同；
S2-7，在未收到停止指令之前，重复S2-1～S2-6；收到停止指令之后，控制调节阀1全开，关闭其余调节阀，开启换热器，进行快速降温，主动控温过程结束。
也就是说，如果有水箱温度偏离预设温度阈值，调节换热器修正水箱温度的支路调节阀开度使其温度回到正常范围，这样可以防止水箱温度的温度偏离过大，从而影响调节的精确性，同时，通过增加或者减小电堆工作电流进而提高电堆发热效率，能够抵消电堆热容效应造成的温度响应延迟，此外，通过调节两个支路的调节阀开度使混合后水箱温度达到燃料电池目标温度，实现容易，操作简单，也容易控制。
以上所述的仅是本实用新型的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前实用新型所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (5)
1.一种用于燃料电池的热管理装置，包括电堆；所述电堆连接有多个水箱，所述电堆用于对水箱加热升温，所述水箱连接有换热器；
其特征在于，还包括温度调控模块，所述温度调控模块用于实现水箱最低温度到水箱最高温度区间内任意温度的瞬态调控。
2.如权利要求1所述的一种用于燃料电池的热管理装置，其特征在于，所述温度调控模块包括若干个水泵，所述水泵位于水箱与换热器之间，所述水泵与水箱、换热器连接。
3.如权利要求2所述的一种用于燃料电池的热管理装置，其特征在于，所述水泵与水箱的数量相同，所述水泵与水箱逐个对应；所述一个水泵与一个水箱组成一个调节单元，所述调节单元并联。
4.如权利要求1所述的一种用于燃料电池的热管理装置，其特征在于，所述温度调控模块包括水泵与若干个调节阀，所述水泵位于电堆与换热器之间，所述水泵与电堆、换热器连接；所述调节阀位于水箱与换热器之间，所述调节阀与水箱、换热器连接。
5.如权利要求4所述的一种用于燃料电池的热管理装置，其特征在于，所述调节阀与水箱的数量相同，所述调节阀与水箱逐个对应；所述一个调节阀与一个水箱组成一个调节单元，所述调节单元并联。
Priority Applications (1)
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| CN202222494643.9U CN218385294U (zh) | 2022-09-20 | 2022-09-20 | 一种用于燃料电池的热管理装置 |
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| CN202222494643.9U CN218385294U (zh) | 2022-09-20 | 2022-09-20 | 一种用于燃料电池的热管理装置 |
Publications (1)
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| CN202222494643.9U Active CN218385294U (zh) | 2022-09-20 | 2022-09-20 | 一种用于燃料电池的热管理装置 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN117124894A (zh) * | 2023-08-31 | 2023-11-28 | 山东卡泰驰智慧物联科技有限公司 | 一种充电桩液冷系统及其控制方法 |
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2022
- 2022-09-20 CN CN202222494643.9U patent/CN218385294U/zh active Active
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| CN117124894B (zh) * | 2023-08-31 | 2024-05-28 | 山东卡泰驰智慧物联科技有限公司 | 一种充电桩液冷系统及其控制方法 |
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