CN220106594U - 一种燃料电池热量回收和低温冷启动系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于燃料电池热管理领域，公开一种燃料电池热量回收和低温冷启动系统。该系统包括车端供暖系统和系统端热管理系统；所述车端供暖系统和系统端热管理系统之间通过换热器连接。本实用新型在通过换热器满足燃料电池热量回收的基础上，使用车辆电加热通过原换热器加热燃料电池，减少燃料电池加热用PTC，既可以降低成本，又能提高冷启动时间。

Description

一种燃料电池热量回收和低温冷启动系统

技术领域

本实用新型属于燃料电池热管理领域，具体涉及一种燃料电池热量回收和低温冷启动装置。

背景技术

燃料电池最适宜的工作温度在80℃左右，工作时由于氢氧反应发热量很大，如果热量不能有效排出导致温度过高，会损坏电堆；如果反应热量被过量排出，导致燃料电池不能维持正常工作温度，燃料电池的性能会下降，效率会降低，甚至会出现水淹导致停机，为了稳定燃料电池的温度，需根据每个功率段的散热需求，控制系统水泵和电堆散热器将多余的热量排出。

现有的技术只考虑到了能量回收，没有考虑到利用整车的电加热器来进行低温冷启动，由于燃料电池使用的是去离子水，给燃料电池加热的PTC管道要求离子析出远比车辆电加热管道要求严格，因此成本高；并且给燃料电池加热的PTC功率也比车辆电加热功率低；本实用新型有效结合车端（系统外部）供暖系统和系统端热管理系统，在通过换热器满足燃料电池热量回收的基础上，使用车辆电加热通过原换热器加热燃料电池，减少燃料电池加热用PTC，既可以降低成本，又能提高冷启动时间。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种燃料电池热量回收和低温冷启动系统，本实用新型在通过换热器满足燃料电池热量回收的基础上，使用车辆电加热通过原换热器加热燃料电池，减少燃料电池加热用PTC，既可以降低成本，又能提高冷启动时间。

本实用新型的目的至少通过如下技术方案之一实现。

一种燃料电池热量回收和低温冷启动系统，包括车端供暖系统和系统端热管理系统；所述车端供暖系统和系统端热管理系统之间通过换热器连接；

所述系统端热管理系统包括电堆、膨胀水箱、系统水泵、系统三通阀和电堆散热器；所述电堆、系统水泵、系统三通阀和电堆散热器之间通过管路串联；所述系统三通阀的另一个出口与换热器连接，所述换热器位于系统端热管理系统内的另一个出口连接于电堆散热器与电堆之间的管路上；所述电堆与系统水泵之间的管道上并联有膨胀水箱；

所述车端供暖系统包括车辆三通阀、电加热器、加热器水泵、散热器水泵和车内散热器；所述散热器水泵、车辆三通阀、加热器水泵、电加热器和车内散热器之间通过管路串联，所述车辆三通阀的另一个出口与换热器连接，所述换热器位于车端供暖系统内的另一个出口连接于电加热器和车内散热器之间的管路上。

进一步地，所述系统端热管理系统中还包括中冷器；所述中冷器的入口端连接于系统水泵与系统三通阀之间的管道上，所述中冷器的出口端连接于电堆散热器与电堆之间的管道上。

进一步地，所述系统三通阀包括A、B和C三个接口，所述系统三通阀的A接口与换热器连接，所述系统三通阀的B接口与系统水泵连接，所述系统三通阀的C接口与电堆散热器连接。

进一步地，所述车辆三通阀包括A、B和C三个接口，所述车辆三通阀的A接口与散热器水泵连接，所述车辆三通阀的B接口与换热器连接；车辆三通阀的C接口与加热器水泵连接。

与现有技术相比，本实用新型的优势在于：

本实用新型有效结合车端（系统外部）供暖系统和系统端热管理系统，在通过换热器满足燃料电池热量回收的基础上，使用车辆电加热通过原换热器加热燃料电池，减少燃料电池加热用PTC，既可以降低成本，又能提高冷启动时间。本实用新型中，可以将-30℃冷启动时间由原来的3min减少到了45s以内。

附图说明

图1为本实用新型的结构连接示意图；

图2为实施例1中步骤1的结构示意图；

图3为实施例1中步骤2的结构示意图；

图4为实施例1中步骤3的结构示意图；

图5为实施例1中步骤4的结构示意图。

图中各个部件如下：电堆1、膨胀水箱2、系统水泵3、系统三通阀4、中冷器5、电堆散热器6、换热器7、车辆三通阀8、电加热器9、加热器水泵10、散热器水泵11、车内散热器12。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施例对本实用新型作出进一步地详细阐述，所述实施例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

本实用新型采用如下结构，如图1所示，一种燃料电池热量回收和低温冷启动系统，包括车端供暖系统和系统端热管理系统；所述车端供暖系统和系统端热管理系统之间通过换热器7连接；

所述系统端热管理系统包括电堆1、膨胀水箱2、系统水泵3、系统三通阀4和电堆散热器6；所述电堆1、系统水泵3、系统三通阀4和电堆散热器6之间通过管路串联；所述系统三通阀4的另一个出口与换热器7连接，所述换热器7位于系统端热管理系统内的另一个出口连接于电堆散热器6与电堆1之间的管路上；所述系统端热管理系统中还包括中冷器5；所述中冷器5的入口端连接于系统水泵3与系统三通阀4之间的管道上，所述中冷器5的出口端连接于电堆散热器6与电堆1之间的管道上。具体的，所述系统三通阀4包括A、B和C三个接口，所述系统三通阀4的A接口与换热器7连接，所述系统三通阀4的B接口与系统水泵3连接，所述系统三通阀4的C接口与电堆散热器6连接。

所述车端供暖系统包括车辆三通阀8、电加热器9、加热器水泵10、散热器水泵11和车内散热器12；所述散热器水泵11、车辆三通阀8、加热器水泵10、电加热器9和车内散热器12之间通过管路串联，所述车辆三通阀8的另一个出口与换热器7连接，所述换热器7位于车端供暖系统内的另一个出口连接于电加热器9和车内散热器12之间的管路上。具体的，所述车辆三通阀8包括A、B和C三个接口，所述车辆三通阀8的A接口与散热器水泵11连接，所述车辆三通阀8的B接口与换热器7连接；车辆三通阀8的C接口与加热器水泵10连接。

1.冷启动时，系统三通阀4的A和B导通，车辆三通阀8的B和C导通，电加热器9加热车辆端的普通冷却液，通过换热器7将热量传导给系统端，通过系统热管理辅助回路里面的去离子水冷却液来加热电堆1；（如图2所示，实线管路为冷却液流动部分）

2.冷启动完成，电堆功率达到额定功率后，车辆三通阀8的A和B导通，通过换热器7将燃料电池电堆1产生的热量传递给车内散热器12，给车内乘员区加热；（如图3所示）

3.冷启动完成，车辆需求功率降低，燃料电池功率降低，产生热量减少，不足以给车内足够的热量，启动电加热器9和加热器水泵10，并根据燃料电池散热需求控制调整车辆三通阀8开度，由车内电加热器9和燃料电池共同通过车内散热器给车内乘员区供暖；（如图4所示）

4.车内没有供暖需求时，车端供暖系统停止工作，系统三通阀4的B和C连通，由电堆散热器6给电堆1散热。（如图5所示）

尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种燃料电池热量回收和低温冷启动系统，其特征在于，包括车端供暖系统和系统端热管理系统；所述车端供暖系统和系统端热管理系统之间通过换热器（7）连接；

所述系统端热管理系统包括电堆（1）、膨胀水箱（2）、系统水泵（3）、系统三通阀（4）和电堆散热器（6）；所述电堆（1）、系统水泵（3）、系统三通阀（4）和电堆散热器（6）之间通过管路串联；所述系统三通阀（4）的另一个出口与换热器（7）连接，所述换热器（7）位于系统端热管理系统内的另一个出口连接于电堆散热器（6）与电堆（1）之间的管路上；所述电堆（1）与系统水泵（3）之间的管道上并联有膨胀水箱（2）；

所述车端供暖系统包括车辆三通阀（8）、电加热器（9）、加热器水泵（10）、散热器水泵（11）和车内散热器（12）；所述散热器水泵（11）、车辆三通阀（8）、加热器水泵（10）、电加热器（9）和车内散热器（12）之间通过管路串联，所述车辆三通阀（8）的另一个出口与换热器（7）连接，所述换热器（7）位于车端供暖系统内的另一个出口连接于电加热器（9）和车内散热器（12）之间的管路上。

2.根据权利要求1所述燃料电池热量回收和低温冷启动系统，其特征在于，所述系统端热管理系统中还包括中冷器（5）；所述中冷器（5）的入口端连接于系统水泵（3）与系统三通阀（4）之间的管道上，所述中冷器（5）的出口端连接于电堆散热器（6）与电堆（1）之间的管道上。

3.根据权利要求1所述燃料电池热量回收和低温冷启动系统，其特征在于，所述系统三通阀（4）包括A、B和C三个接口，所述系统三通阀（4）的A接口与换热器（7）连接，所述系统三通阀（4）的B接口与系统水泵（3）连接，所述系统三通阀（4）的C接口与电堆散热器（6）连接。

4.根据权利要求1所述燃料电池热量回收和低温冷启动系统，其特征在于，所述车辆三通阀（8）包括A、B和C三个接口，所述车辆三通阀（8）的A接口与散热器水泵（11）连接，所述车辆三通阀（8）的B接口与换热器（7）连接；车辆三通阀（8）的C接口与加热器水泵（10）连接。