CN219591449U - 一种氢燃料电池主水路的爆管联动保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种氢燃料电池主水路的爆管联动保护装置，包括氢燃料电池电堆、氢气供给路、主水路、电路和上位机，主水路的两端分别连通氢燃料电池电堆的入、出水口，主水路上还设有安装液位传感器的水箱，氢燃料电池电堆的入、出水口分别设有压力传感器，上位机分别与压力传感器和液位传感器电连接，实时监测压力参数和液位参数，并在主水路发生爆管事故时启动联动保护动作。本实用新型提供的氢燃料电池主水路的爆管联动保护装置可以准确及时地对主水路运行状态进行监测，并且在爆管事故发生后迅速执行联动保护动作，极大地提高了氢燃料电池电堆运行时的安全性。

Description

一种氢燃料电池主水路的爆管联动保护装置

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，进一步地涉及一种氢燃料电池主水路的爆管联动保护装置。

背景技术

现有燃料电池系统或电堆测试台仅对气路和电路存在相关保护功能，可以辅助系统进行相关保护动作的执行，如切断供氢电磁阀、断开负载连接继电器等动作，保证系统无氢路超压风险或拉载反极风险等。

但现有燃料电池系统或电堆测试台对水路的保护机制较弱，仅存在于对水温的稳态和变载调控。而当水路爆管等严重的问题出现时，仅可根据电堆超温(氢、空或水)或单电池单低等间接反馈对系统或电堆进行保护。电堆超温或单电池单低等间接反馈存在反馈不及时的问题，其原因是水路缺水后，电堆内热量无法及时带出而产生局部高温，但由于水的热容较大，其实际温度反馈存在较大延迟，这一点在正常水温调控过程中也可以佐证。

当系统或电堆测试过程中出现水路爆管等重大事故时，其水温超温反馈、氢空路超温反馈或电池单低反馈等都存在延时问题，从而导致系统或测试台的保护动作同步延时，延时期间可能出现电堆堆片局部高温等问题，可能对电堆堆片造成不可逆的破坏。故应该针对水路爆管等重大事故作出更及时的反馈和保护动作的执行，从而更加及时地保护电堆免受破坏。

实用新型内容

针对现有技术中氢燃料电池在水路爆管重大事故发生后系统反馈不及时造成电堆超温损伤的问题，本实用新型的目的在于提供一种可以实时反馈主水路运行状态和及时执行保护动作的氢燃料电池主水路的爆管联动保护装置。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种氢燃料电池主水路的爆管联动保护装置，包括氢燃料电池电堆、氢气供给路、主水路、电路和上位机，其中，所述主水路的两端分别与所述氢燃料电池电堆的入水口和出水口连通；所述氢燃料电池电堆的入水口和出水口分别设有压力传感器；所述主水路上设有通过管路连接的水箱，所述水箱的侧壁上设有多个液位传感器；所述上位机分别与所述压力传感器和所述液位传感器电连接，用于实时监测水压波动参数和液位下降用时参数；当接收到的监测数值偏离设定阈值时，所述上位机对氢气供给路、主水路和电路同步执行联动保护动作。

在一些实施方式中，所述氢气供给路还并联设有泄压排气路，所述氢气供给路和所述泄压排气路上分别设有进氢电磁阀和泄压电磁阀，所述进氢电磁阀和所述泄压电磁阀分别与所述上位机电连接，当所述上位机监测到的水压波动参数和液位下降用时参数偏离设定阈值时关闭进氢电磁阀并打开所述泄压电磁阀，用于停止向所述氢燃料电池电堆供给氢气及排除多余氢气。

在一些实施方式中，所述电路上设有高压继电器，所述高压继电器与所述上位机电连接，当所述上位机监测到的水压波动参数和液位下降用时参数偏离设定阈值时断开高压继电器，用于停止电路的运行。

在一些实施方式中，所述主水路上设有主水水泵，所述主水水泵与所述上位机电连接，当所述上位机监测到的水压波动参数和液位下降用时参数偏离设定阈值时关闭所述主水水泵，用于停止所述主水路的运行以及防止发生液体喷溅。

在一些实施方式中，所述多个液位传感器均匀布置在所述水箱的侧壁上，用于测量液位下降用时。

在一些实施方式中，所述主水路还设有通过板式换热器连通的冷却装置，所述冷却装置包括依次串联的冷却水泵和冷却水塔，用于向所述主水路提供冷却水以保持水温恒定。

在一些实施方式中，所述氢燃料电池电堆和所述水箱之间还设有排气管路。

在一些实施方式中，所述上位机还设有显示器，以便于操作人员了解本装置的运行状态并在发生故障时进行应急处理。

在一些实施方式中，所述爆管联动保护装置还设有报警装置，所述报警装置包括蜂鸣器和报警灯，所述蜂鸣器和报警灯分别与所述上位机电连接，用于在发生故障时及时进行报警提示。

与现有技术相比，本实用新型所提供的氢燃料电池主水路的爆管联动保护装置具有以下有益效果：

1、本实用新型通过增加压力传感器和液位传感器，协同上位机监测水压波动参数和水箱液位下降用时参数以实现对主水路运行状态的实时监控，当主水路发生爆管事故时能够同步停止氢气供给路、主水路和电路的运行，保护氢燃料电池免受不必要且不可逆的破坏；

2、本实用新型可移植进入整车氢燃料电池保护策略中，由于整车上氢燃料电池系统匹配的补水水箱体积小、容量小，其主水路爆管保护策略显得尤为必要。整车可以将上述实时保护监控和保护程序写入FCU中，可极大地提高整车上氢燃料电池系统的运行安全性；

3、本实用新型所提供的氢燃料电池主水路爆管联动保护装置通过较低成本对硬件和软件进行改进优化，极大提高了氢燃料电池电堆核心零部件的安全性，经济效益高，具有良好的市场前景。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对本实用新型的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1为本实用新型氢燃料电池主水路的爆管联动保护装置的整体结构示意图。

图2为本实用新型水箱的结构示意图。

附图标号说明：

1—氢燃料电池电堆；2—水箱；3—压力传感器；4—液位传感器；5—主水水泵；6—板式换热器；7—冷却水泵；8—冷却水塔；9—氢气供给路；10—进氢电磁阀；11—泄压排气路；12—泄压电磁阀；13—高压继电器；14—排气管路；15—上位机。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本实用新型的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

在本文中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

另外，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

参考说明书附图1，本实用新型所提供的氢燃料电池主水路的爆管联动保护装置包括氢燃料电池电堆1、氢气供给路9、主水路和上位机15，其中，主水路的两端分别与氢燃料电池电堆1的入水口和出水口连通；氢燃料电池电堆1的入水口和出水口分别设有压力传感器3；主水路上设有通过管路连接的水箱2，水箱2的侧壁上设有多个液位传感器4；上位机15分别与压力传感器3和液位传感器4电连接，用于实时监测水压波动参数和液位下降用时参数；当接收到的监测数值偏离设定阈值时，上位机15对氢气供给路、主水路和电路同步执行联动保护动作。

优选的，液位传感器4数量可设置6—10个，根据实际情况确认数量，参考说明书附图2，本装置根据水箱2的高度均匀布置6个液位传感器4，对水箱2内液位下降用时的监测更加精确。

在本实施例中，上位机15还设有显示器，便于操作人员了解本装置的运行状态并在发生故障时进行应急处理。

在一个实施例中，主水路上设有主水水泵5，主水水泵5与上位机15电连接，当上位机15监测到的水压波动参数和液位下降用时参数偏离设定阈值时关闭主水水泵5，停止主水路的运行，同时还可以防止主水路内剩余液体喷溅造成触电风险。

在一个实施例中，参考说明书附图1，氢气供给路9还并联设置泄压排气路11，氢气供给路9和泄压排气路11上分别设有进氢电磁阀10和泄压电磁阀12，进氢电磁阀10和泄压电磁阀12分别与上位机15电连接，当上位机15监测到的水压波动参数和液位下降用时参数偏离设定阈值时关闭进氢电磁阀9并打开泄压电磁阀11，停止向氢燃料电池电堆1供给氢气，同时排除多余氢气以防止电堆温度升高引起氢气爆炸。

在一个实施例中，参考说明书附图1，电路上设有高压继电器13，高压继电器13与上位机15电连接，当上位机15监测到的水压波动参数和液位下降用时参数偏离设定阈值时断开高压继电器13，停止电路向外输出电能，防止对电路连接的DC或负载拉载电堆造成伤害。

以下通过举例说明本氢燃料电池主水路的爆管联动保护装置的工作原理。

先期可载正常实验过程中进行相关标定，即在最大升载过程中水箱2的液位最快下降用时用作标定量，例如相邻液位传感器4的液位下降用时T1＝2s；正常升降载过程中，氢燃料电池电堆1的入、出水口压力根据电密点的不同而在一定的压力范围内改变，例如氢燃料电池电堆的入水口压力范围P1＝120kP a～150kPa，出水口压力范围在P2＝100kPa～130kPa，并以此为标定量。在上位机15内设置相邻液位传感器液位下降用时阈值T1*＝1.5*T1＝3s，设置入水口压力阈值P1*＝P1(下限减20kPa，上限加20kPa)＝100kPa～170kPa，设置出水口压力阈值P2*＝P2(下限减20kPa，上限加20kPa)＝90kPa～150kPa；通过上位机15实时监控水压波动参数和液位下降用时参数，当监控到的水压波动参数和液位下降用时参数任意一个超过设定阈值时，立即启动相关保护策略和保护动作指令。

主水水泵5、进氢电磁阀10、泄压电磁阀12和高压继电器13为爆管联动保护动作执行器。当上位机发生爆管事故时，此时上位机15采集到的水压波动参数和液位下降用时参数超过设定阈值，上位机15迅速执行爆管联动保护动作，即上位机15向主水水泵5、进氢电磁阀10和高压继电器13同步发送急停动作指令，氢气供给路、主水路和电路同时停止运行，并开启泄压电磁阀12，排除多余氢气。

本装置还可移植进整车系统，则联动保护指令包括各BOP的停运和相关阀件的开闭及泄压动作，其余供氢电磁阀9和高压继电器13的保护动作相同。

在一个实施例中，主水路还设有通过板式换热器6连通的冷却装置，冷却装置包括依次串联的冷却水泵7和冷却水塔8，用于向主水路提供冷却水以保持水温恒定。

在一个实施例中，氢燃料电池电堆1和水箱2之间还设有排气管路14，在本装置初始通水时排净氢燃料电池电堆1内多余气体。

在一个实施例中，本装置还设有报警装置，报警装置包括蜂鸣器和报警灯，蜂鸣器和报警灯分别与上位机15电连接，在发生故障时蜂鸣器发出报警声音，同时报警灯闪烁，有利于保障操作人员的安全。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种氢燃料电池主水路的爆管联动保护装置，其特征在于，

包括氢燃料电池电堆、氢气供给路、主水路、电路和上位机，其中，

所述主水路的两端分别与所述氢燃料电池电堆的入水口和出水口连通；

所述氢燃料电池电堆的入水口和出水口分别设有压力传感器；

所述主水路上设有通过管路连接的水箱，所述水箱的侧壁上设有多个液位传感器；

所述上位机分别与所述压力传感器和所述液位传感器电连接，用于实时监测水压波动参数和液位下降用时参数；当接收到的监测数值偏离设定阈值时，所述上位机对氢气供给路、主水路和电路同步执行联动保护动作。

2.根据权利要求1所述的爆管联动保护装置，其特征在于，

所述氢气供给路还并联设有泄压排气路，所述氢气供给路和所述泄压排气路上分别设有进氢电磁阀和泄压电磁阀，所述进氢电磁阀和所述泄压电磁阀分别与所述上位机电连接，当所述上位机监测到的水压波动参数和液位下降用时参数偏离设定阈值时关闭进氢电磁阀并打开所述泄压电磁阀，用于停止向所述氢燃料电池电堆供给氢气及排除多余氢气。

3.根据权利要求1所述的爆管联动保护装置，其特征在于，

所述电路上设有高压继电器，所述高压继电器与所述上位机电连接，当所述上位机监测到的水压波动参数和液位下降用时参数偏离设定阈值时断开所述高压继电器，用于停止电路的运行。

4.根据权利要求1所述的爆管联动保护装置，其特征在于，

所述主水路上设有主水水泵，所述主水水泵与所述上位机电连接，当所述上位机监测到的水压波动参数和液位下降用时参数偏离设定阈值时关闭所述主水水泵，用于停止所述主水路的运行以及防止发生液体喷溅。

5.根据权利要求1所述的爆管联动保护装置，其特征在于，

所述多个液位传感器均匀布置在所述水箱的侧壁上，用于测量液位下降用时。

6.根据权利要求1所述的爆管联动保护装置，其特征在于，

所述主水路还设有通过板式换热器连通的冷却装置，所述冷却装置包括依次串联的冷却水泵和冷却水塔，用于向所述主水路提供冷却水以保持水温恒定。

7.根据权利要求1所述的爆管联动保护装置，其特征在于，

所述氢燃料电池电堆和所述水箱之间还设有排气管路。

8.根据权利要求1所述的爆管联动保护装置，其特征在于，

所述上位机还设有显示器，以便于操作人员了解本装置的运行状态并在发生故障时进行应急处理。

9.根据权利要求1所述的爆管联动保护装置，其特征在于，

所述爆管联动保护装置还设有报警装置，所述报警装置包括蜂鸣器和报警灯，所述蜂鸣器和报警灯分别与所述上位机电连接，用于在发生故障时及时进行报警提示。