CN219778930U - 一种燃料电池系统的空气温度控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于燃料电池技术领域，提供一种燃料电池系统的空气温度控制装置，包括空气滤清器、空压机、中冷器冷却水路、汽水分离器和电堆单元；所述空气滤清器与所述空压机连接，所述空压机与所述中冷器冷却水路连接，所述汽水分离器分别与所述中冷器冷却水路、所述电堆单元连接；所述空压机与所述中冷器冷却水路之间设置有第一温压一体传感器，所述中冷器冷却水路与所述汽水分离器之间设置有第二温压一体传感器。本申请能够不受空气压缩比和空气流量的影响，独立调节进堆空气温度，从而有效减小进堆空气温度的波动幅值和波动频率，能够保证电堆内部的正常电化学反应和电池的稳定运行。

Description

一种燃料电池系统的空气温度控制装置

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系统的空气温度控制装置。

背景技术

燃料电池续航里程长、输出功率高，使用的氢能也是环保减排发展的重要方向，经常应用于工程车这种大功率领域。其中燃料电池叉车就以更清洁、成本造价更低、效率更高的优势取代了传统内燃叉车，在工厂重物搬运、物流中心运输、仓库货物装卸等场景中占据着主导作用。

现有叉车燃料电池系统进堆的空气温度受空气压缩比和空气流量的影响较大，如果进堆的空气温度过高，容易导致燃料电池电堆内部的湿度不够；如果进堆的空气温度过低，则可能会导致燃料电池电堆内部的活性降低。非恒定温度的进堆空气严重影响电堆内部的电化学反应，从而影响燃料电池系统对外的功率输出和叉车的稳定运行。目前，现有叉车燃料电池系统缺乏调节进堆的空气温度的组件，进堆空气的温度波动较大，而且波动频繁，严重影响了电堆内部的正常电化学反应和电池的稳定运行。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种燃料电池系统的空气温度控制装置，旨在解决现有叉车燃料电池系统缺乏调节进堆的空气温度的组件，进堆空气的温度波动较大，而且波动频繁，严重影响了电堆内部的正常电化学反应和电池的稳定运行等问题。

本实用新型实施例提供一种燃料电池系统的空气温度控制装置，包括空气滤清器、空压机、中冷器冷却水路、汽水分离器和电堆单元；所述空气滤清器与所述空压机连接，所述空压机与所述中冷器冷却水路连接，所述汽水分离器分别与所述中冷器冷却水路、所述电堆单元连接；

所述空压机与所述中冷器冷却水路之间设置有第一温压一体传感器，所述中冷器冷却水路与所述汽水分离器之间设置有第二温压一体传感器。

作为优选的实施方式，所述中冷器冷却水路包括中冷器、散热器和PTC电加热组件，所述散热器分别与所述中冷器、所述PTC电加热组件连接，所述PTC电加热组件与所述中冷器连接；所述中冷器分别与所述空压机、所述汽水分离器连接。

作为优选的实施方式，所述PTC电加热组件与所述中冷器之间设置有水泵，所述水泵分别与所述PTC电加热组件、所述中冷器连接。

作为优选的实施方式，所述空气滤清器与所述空压机之间设置有空气流量计，所述空气流量计分别与所述空气滤清器、所述空压机连接。

作为优选的实施方式，所述燃料电池系统的空气温度控制装置还包括空气背压阀，所述空气背压阀与所述汽水分离器连接。

作为优选的实施方式，所述汽水分离器上设置有第一分离管和第二分离管，所述第一分离管的进气口与所述第二温压一体传感器连接，所述第一分离管的出气口与所述电堆单元的进气口连接；所述第二分离管的进气口与所述电堆单元的出气口连接，所述第二分离管的出气口与所述空气背压阀连接。

作为优选的实施方式，所述散热器为散热风扇。

所述燃料电池系统的空气温度控制装置的控制方法，适用于燃料电池系统，包括如下步骤：

当所述第一温压一体传感器检测到所述燃料电池系统的进堆空气的温度出现异常时，调节所述空气温度控制装置的所述水泵的转速至所述第二温压一体传感器检测到的进堆空气的温度达到设定温度范围；

所述异常包括所述温度高于所述设定温度范围或者所述温度低于所述设定温度范围。

作为优选的实施方式，当所述温度高于所述设定温度范围时，所述燃料电池系统的空气温度控制装置的控制方法的具体操作步骤如下：当第一温压一体传感器检测到进堆空气温度高于设定值范围时，同时调节水泵的转速和散热器的转速至所述第二温压一体传感器检测到的进堆空气的温度达到设定温度范围。

作为优选的实施方式，当所述温度低于所述设定温度范围时，所述燃料电池系统的空气温度控制装置的控制方法的具体操作步骤如下：当第一温压一体传感器检测到进堆空气温度低于设定值范围时，调节水泵转速的同时，启动PTC加热组件进行加热至所述第二温压一体传感器检测到的进堆空气的温度达到设定温度范围。

与现有技术相比，本申请通过设置中冷器冷却水路，当进堆空气的温度高于设定温度范围，调节水泵的转速和散热器的转速，对高温进堆空气进行冷却；当进堆空气的温度低于设定温度范围，调节水泵的转速和PTC电加热挡位，对低温空气进行加热。本申请能够在不受空气压缩比和空气流量的影响条件下，独立调节进堆空气温度，从而有效减小进堆空气温度的波动幅值和波动频率，能够保证电堆内部的正常电化学反应和电池的稳定运行。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的燃料电池系统的空气温度控制装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供运用图1的燃料电池系统的空气温度控制装置进行温度控制的控制方法流程图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施实例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、顶、底……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

目前，现有叉车燃料电池系统缺乏调节进堆的空气温度的组件，进堆空气的温度波动较大，而且波动频繁，严重影响了电堆内部的正常电化学反应和电池的稳定运行。基于此，本实用新型提出一种燃料电池系统的空气温度控制装置以解决上述技术问题。

具体的，如图1所示，本实用新型实施例提供一种燃料电池系统的空气温度控制装置，包括空气滤清器10、空压机20、中冷器冷却水路30、汽水分离器40和电堆单元50；所述空气滤清器10与所述空压机20连接，所述空压机20与所述中冷器冷却水路30连接，所述汽水分离器40分别与所述中冷器冷却水路30、所述电堆单元50连接；

所述空压机20与所述中冷器冷却水路30之间设置有第一温压一体传感器60，所述中冷器冷却水路30与所述汽水分离器40之间设置有第二温压一体传感器70。

作为优选的实施方式，所述中冷器冷却水路30包括中冷器31、散热器32和PTC电加热组件33，所述散热器32分别与所述中冷器31、所述PTC电加热组件33连接，所述PTC电加热组件33与所述中冷器31连接；所述中冷器31分别与所述空压机20、所述汽水分离器40连接。

作为优选的实施方式，所述PTC电加热组件33与所述中冷器31之间设置有水泵34，所述水泵34分别与所述PTC电加热组件33、所述中冷器31连接。

作为优选的实施方式，所述空气滤清器10与所述空压机20之间设置有空气流量计80，所述空气流量计80分别与所述空气滤清器10、所述空压机20连接。

作为优选的实施方式，所述燃料电池系统的空气温度控制装置还包括空气背压阀90，所述空气背压阀90与所述汽水分离器40连接。

作为优选的实施方式，所述汽水分离器40上设置有第一分离管41和第二分离管42，所述第一分离管41的进气口与所述第二温压一体传感器70连接，所述第一分离管41的出气口与所述电堆单元50的进气口连接；所述第二分离管42的进气口与所述电堆单元50的出气口连接，所述第二分离管42的出气口与所述空气背压阀90连接。

作为优选的实施方式，在本申请实施例中，所述散热器32为散热风扇。

电堆单元是燃料电池进行电化学反应的主要场所。当电池系统正常工作时，空气经过空气滤清器10净化后为进堆空气，进堆空气经过空压机20的压缩，提升进堆空气的压力和流量，同时由于空压机20的压缩作用(使进堆空气的压力升高、流量升高、温度升高)，进堆空气的温度明显升高；当第一温压一体传感器60检测到进堆空气温度高于设定值范围，经空压机20压缩的进堆空气经过中冷器31进行冷却后进入汽水分离器40，经中冷器31的冷却和汽水分离器40的加湿，经第二温压一体传感器70检测，使得进堆空气以一定的温度、湿度和压力流量进入电堆单元50进行电化学反应，反应后的空气经第二分离管42进入空气背压阀90后排入大气中。同时，中冷器31将压缩空气中携带的热量排放至散热器32，由散热器32将热量释放到大气中。

当空气的流量增大时，调节水泵34的转速，通过水泵34的转速调节冷却水的流速，这样，以冷却水为介质，将空气中携带的热量转移至冷却水中；同时，调节散热器32的转速，将冷却水中的热量转移至大气中，达到最终散热的效果，使得进堆空气的温度不超过设定温度值。

当进堆空气的温度低于设定值范围，通过中冷器31升高进堆空气的温度，此时，启动PTC电加热组件33对冷却水进行加热，并调节水泵34的转速，将加热后的冷却水输送至中冷器31处，通过中冷器31处的热交换对低温的进堆空气进行加热，从而快速提升进堆空气的温度；通过第二温压一体传感器70检测进堆空气的温度，当进堆空气的温度达到目标设定温度范围时，逐步降低PTC电加热组件33的功率挡位和水泵34的转速，直至空气压缩比达到设定范围时，完全停止加热。通过PTC加热组件33加热与散热器32的冷却、中冷器31调节相结合的方式，维持进堆空气的温度稳定。通过实际燃料电池台架实验验证，本本申请的空气温度控制装置与方法能够维持电堆进堆空气的温度稳定，减小温度波动幅值，减少温度波动频率，使电堆内部的电化学反应稳定进行，为氢燃料电池叉车提供稳定的动力，确保氢燃料电池叉车平稳运行。

如图2所示，本实用新型实施例还提供所述燃料电池系统的空气温度控制装置的控制方法，适用于燃料电池系统，包括如下步骤：

当所述第一温压一体传感器60检测到所述燃料电池系统的进堆空气的温度出现异常时，调节所述空气温度控制装置的所述水泵34的转速至所述第二温压一体传感器70检测到的进堆空气的温度达到设定温度范围；

所述异常包括所述温度高于所述设定温度范围或者所述温度低于所述设定温度范围。

作为优选的实施方式，当所述温度高于所述设定温度范围时，所述燃料电池系统的空气温度控制装置的控制方法的具体操作步骤如下：当第一温压一体传感器60检测到进堆空气温度高于设定值范围时，同时调节水泵34的转速和散热器32的转速至所述第二温压一体传感器70检测到的进堆空气的温度达到设定温度范围。

作为优选的实施方式，当所述温度低于所述设定温度范围时，所述燃料电池系统的空气温度控制装置的控制方法的具体操作步骤如下：当第一温压一体传感器60检测到进堆空气温度低于设定值范围时，调节水泵34转速的同时，启动PTC加热组件33进行加热至所述第二温压一体传感器70检测到的进堆空气的温度达到设定温度范围。

本申请通过设置中冷器冷却水路，当进堆空气的温度高于设定温度范围，调节水泵的转速和散热器的转速，对高温进堆空气进行冷却；当进堆空气的温度低于设定温度范围，调节水泵的转速和PTC电加热挡位，对低温空气进行加热。本申请能够在不受空气压缩比和空气流量的影响条件下，独立调节进堆空气温度，从而有效减小进堆空气温度的波动幅值和波动频率，能够保证电堆内部的正常电化学反应和电池的稳定运行。

在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种燃料电池系统的空气温度控制装置，其特征在于，包括空气滤清器、空压机、中冷器冷却水路、汽水分离器和电堆单元；所述空气滤清器与所述空压机连接，所述空压机与所述中冷器冷却水路连接，所述汽水分离器分别与所述中冷器冷却水路、所述电堆单元连接；

所述空压机与所述中冷器冷却水路之间设置有第一温压一体传感器，所述中冷器冷却水路与所述汽水分离器之间设置有第二温压一体传感器。

2.根据权利要求1所述的燃料电池系统的空气温度控制装置，其特征在于，所述中冷器冷却水路包括中冷器、散热器和PTC电加热组件，所述散热器分别与所述中冷器、所述PTC电加热组件连接，所述PTC电加热组件与所述中冷器连接；所述中冷器分别与所述空压机、所述汽水分离器连接。

3.根据权利要求2所述的燃料电池系统的空气温度控制装置，其特征在于，所述PTC电加热组件与所述中冷器之间设置有水泵，所述水泵分别与所述PTC电加热组件、所述中冷器连接。

4.根据权利要求1所述的燃料电池系统的空气温度控制装置，其特征在于，所述空气滤清器与所述空压机之间设置有空气流量计，所述空气流量计分别与所述空气滤清器、所述空压机连接。

5.根据权利要求1所述的燃料电池系统的空气温度控制装置，其特征在于，所述燃料电池系统的空气温度控制装置还包括空气背压阀，所述空气背压阀与所述汽水分离器连接。

6.根据权利要求5所述的燃料电池系统的空气温度控制装置，其特征在于，所述汽水分离器上设置有第一分离管和第二分离管，所述第一分离管的进气口与所述第二温压一体传感器连接，所述第一分离管的出气口与所述电堆单元的进气口连接；所述第二分离管的进气口与所述电堆单元的出气口连接，所述第二分离管的出气口与所述空气背压阀连接。

7.根据权利要求2所述的燃料电池系统的空气温度控制装置，其特征在于，所述散热器为散热风扇。