CN220731572U - 电池冷凝系统和车辆 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种电池冷凝系统和车辆，电池冷凝系统包括阴极冷凝回路，阴极冷凝回路包括蒸发器和热交换器；蒸发器包括加热室和蒸发室，蒸发室的输入端用于与液氢罐连接，蒸发室的输出端用于与电池堆连接，加热室的输入端用于与电池堆的换热介质输出管连接；热交换器包括换热通道和出堆空气通道，换热通道的输入端与加热室的输出端连接，换热通道的输出端用于与电池堆的换热介质输入管连接，出堆空气通道的输入端用于与电池堆的阴极出口连接，出堆空气通道的输出端用于与尾排管连接。通过热交换器将吸收液氢的冷能冷却后的换热介质对电池堆的阴极出口排出的空气进行冷凝，以便提高电池堆的阴极出口的饱和蒸汽冷凝梯度，提高电池堆排水能力。

Description

电池冷凝系统和车辆

技术领域

本公开涉及电池热管理技术领域，具体地，涉及一种电池冷凝系统和车辆。

背景技术

针对氢燃料电池，是氢氧电化学反应的场所，其产物是水和外部电流。水会随着反应气体从电池堆的入口被带到电池堆的出口，电池内部的水含量逐渐升高。若排水不畅，极易在电池堆的尾部产生水淹，直接影响电池性能。

实用新型内容

本公开的目的是提供一种电池冷凝系统和车辆，通过控制阴极冷凝回路导通，对电池堆的阴极出口排出的空气进行冷凝。该电池冷凝系统通过蒸发器将电池堆的换热介质输出管输送的较热的换热介质对液氢进行换热，使液氢蒸发为气态氢气，并通过液氢的冷能对换热介质进行冷却，再通过热交换器将冷却后的换热介质对电池堆的阴极出口排出的空气进行冷凝，以便能够提高电池堆的阴极出口的饱和蒸汽冷凝梯度，提高电池堆排水能力，从而提高电池性能。

为了实现上述目的，根据本公开的第一方面，提供一种电池冷凝系统，包括：

阴极冷凝回路，所述阴极冷凝回路包括蒸发器和热交换器；

所述蒸发器包括加热室和蒸发室，所述蒸发室的输入端用于与液氢罐连接，所述蒸发室的输出端用于与电池堆连接，所述加热室的输入端用于与所述电池堆的换热介质输出管连接；

所述热交换器包括换热通道和出堆空气通道，所述换热通道的输入端与所述加热室的输出端连接，所述换热通道的输出端用于与所述电池堆的换热介质输入管连接，所述出堆空气通道的输入端用于与所述电池堆的阴极出口连接，所述出堆空气通道的输出端用于与尾排管连接。

可选地，所述换热通道的输入端与所述加热室的输出端通过第一管道连接，所述第一管道上设置有第一控制阀。

可选地，所述阴极冷凝回路还包括第二管道；

所述第二管道的第一端与所述第一管道连接，所述第二管道的第二端与所述换热介质输出管连接。

可选地，所述第一控制阀为三通控制阀，所述第一管道包括第一子管道和第二子管道；

所述第一控制阀的A口与所述第一子管道的输出端连接，所述第一子管道的输入端与所述加热室的输出端连接；

所述第一控制阀的B口与所述第二子管道的输入端连接，所述第二子管道的输出端与所述换热通道的输入端连接；

所述第一控制阀的C口与所述第二管道的输入端连接，所述第二管道的输出端与所述换热介质输出管连接。

可选地，所述电池冷凝系统还包括主冷却回路；

所述主冷却回路的第一端与所述电池堆的换热输入口连接，所述主冷却回路的第二端与所述电池堆的换热输出口连接。

可选地，所述主冷却回路包括所述换热介质输入管、所述换热介质输出管、循环泵和散热装置；

所述换热介质输入管的第一端用于与所述电池堆的换热输入口连接，所述换热介质输入管的第二端与所述散热装置的输出端连接；

所述换热介质输出管的第一端用于与所述电池堆的换热输出口连接，所述换热介质输出管的第二端与所述散热装置的输入端连接；

所述循环泵设置在所述换热介质输入管和所述换热介质输出管中的任一者上，所述换热介质输入管上设置有第二控制阀。

可选地，所述散热装置包括散热器和散热风扇；

所述散热器的输入端与所述换热介质输出管的第二端连接，所述散热器的输出端与所述换热介质输入管的第二端连接；

所述散热风扇有至少两个，设置在所述散热器的侧面。

可选地，所述电池冷凝系统还包括冷凝器；

所述冷凝器的输入端用于与空气压缩机的输出端连接，所述冷凝器的输出端用于与所述电池堆连接。

根据本公开的第二方面，提供一种车辆，包括空气压缩机、电池堆、尾排管、液氢罐和上述第一方面所提供的电池冷凝系统，所述电池冷凝系统分别与所述空气压缩机、所述电池堆、所述尾排管和所述液氢罐连接。

通过上述技术方案，在电池堆的输出功率大于预设功率阈值的情况下，通过控制器控制阴极冷凝回路导通，对电池堆的阴极出口排出的空气进行冷凝。其中，阴极冷凝回路包括蒸发器和热交换器，蒸发器包括加热室和蒸发室，蒸发室的输入端用于与液氢罐连接，蒸发室的输出端用于与电池堆连接，加热室的输入端用于与电池堆的换热介质输出管连接，以便蒸发器将电池堆的换热介质输出管输送的较热的换热介质对液氢进行换热，使液氢蒸发为气态氢气，并通过液氢的冷能对换热介质进行冷却。热交换器包括换热通道和出堆空气通道，换热通道的输入端与加热室的输出端连接，换热通道的输出端用于与电池堆的换热介质输入管连接，出堆空气通道的输入端用于与电池堆的阴极出口连接，出堆空气通道的输出端用于与尾排管连接，以便通过热交换器将冷却后的换热介质对电池堆的阴极出口排出的空气进行冷凝，以便能够提高电池堆的阴极出口的饱和蒸汽冷凝梯度，提高电池堆排水能力，从而提高电池性能。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是根据本公开的一种实施方式提供的电池冷凝系统的结构示意图。

图2是根据本公开的另一种实施方式提供的电池冷凝系统的结构示意图。

附图标记说明

1、蒸发器；2、热交换器；3、液氢罐；4、电池堆；5、第一控制阀；51、A口；52、B口；53、C口；61、换热介质输出管；62、换热介质输入管；63、第二管道；64、第一子管道；65、第二子管道；71、循环泵；72、散热器；73、散热风扇；8、冷凝器；9、空气压缩机；10、尾排管。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书以及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必理解为特定的顺序或先后次序。另外，在参考附图的描述中，不同附图中的同一标记表示相同的要素。

针对氢燃料电池，是氢氧电化学反应的场所，其产物是水和外部电流。水会随着反应气体从电池堆的入口被带到电池堆的出口，电池内部的水含量逐渐升高。若排水不畅，极易在电池堆的尾部产生水淹，直接影响电池性能。

相关技术中，在燃料电池的阴极出口连接增湿器结构，利用进口与出口空气湿度浓度梯度进行扩散，将入口空气加湿。由于是利用膜管结构和水蒸气浓度及压力梯度完成水分子的传递，阴极出口气体中水蒸气分压下降幅度小，对阴极助排水的作用较差，无法缓解燃料电池的水淹。

针对上述技术问题，本公开实施例提供一种电池冷凝系统和车辆，通过控制阴极冷凝回路导通，对电池堆的阴极出口排出的空气进行冷凝。该电池冷凝系统通过蒸发器将电池堆的换热介质输出管输送的较热的换热介质对液氢进行换热，使液氢蒸发为气态氢气，并通过液氢的冷能对换热介质进行冷却，再通过热交换器将冷却后的换热介质对电池堆的阴极出口排出的空气进行冷凝，以便能够提高电池堆的阴极出口的饱和蒸汽冷凝梯度，提高电池堆排水能力，从而提高电池性能。

图1是根据本公开的一种实施方式提供的电池冷凝系统的结构示意图，如图1所示，该电池冷凝系统包括：

阴极冷凝回路，阴极冷凝回路包括蒸发器1和热交换器2；

蒸发器1包括加热室和蒸发室，蒸发室的输入端用于与液氢罐3连接，蒸发室的输出端用于与电池堆4连接，加热室的输入端用于与电池堆4的换热介质输出管61连接；

热交换器2包括换热通道和出堆空气通道，换热通道的输入端与加热室的输出端连接，换热通道的输出端用于与电池堆4的换热介质输入管62连接，出堆空气通道的输入端用于与电池堆4的阴极出口连接，出堆空气通道的输出端用于与尾排管10连接。

在本实施方式中，如图1所示，图中的箭头方向表示管道内的物质的流向，电池冷凝系统包括阴极冷凝回路，该阴极冷凝回路可用于使用电池堆4反应的热量对液氢加热气化，并利用液氢的冷能对阴极出口的空气进行冷凝，从而能够在合理利用电池堆4反应的热能以及液氢的冷能的同时，对电池堆4的阴极出口的空气进行冷凝，从而提高电池堆4的阴极出口的饱和蒸汽冷凝梯度，提高电池堆4排水能力，避免电池堆4的尾部产生水淹，从而提高电池性能。

其中，阴极冷凝回路包括蒸发器1和热交换器2，蒸发器1和热交换器2之间通过管道连接，其中，蒸发器1包括加热室和蒸发室，加热室可设置在蒸发室外侧，例如，加热室将蒸发室包裹住，以便能够获得较好的加热效果。

在一种实施例中，蒸发室的输入端用于与液氢罐3连接，以便能够将液氢从液氢罐3输入到蒸发室。蒸发室的输出端用于与电池堆4连接，加热室的输入端用于与电池堆4的换热介质输出管61连接，以便能够将吸收了电池堆4反应释放的热量的换热介质从换热介质输出管61输送到加热室，此时的换热介质温度较高，高温的换热介质在加热室里对蒸发室里的液氢进行加热，以便使液氢蒸发为氢气，同时，液氢蒸发吸收换热介质的热量，使加热室里的高温的换热介质冷却，加热室里吸收了液氢的冷能的换热介质变为低温换热介质。氢气则输送至电池堆4，以便作为氢燃料电池的氢氧电化学反应的原料。

热交换器2包括换热通道和出堆空气通道，以便换热通道内的换热介质与出堆空气通道内的空气进行热交换。其中，换热通道的输入端与加热室的输出端连接，以便能够将加热室输出的低温换热介质输入至换热通道内部。出堆空气通道的输入端用于与电池堆4的阴极出口连接，能够将电池堆4阴极出口排出的空气输入至出堆空气通道，从而通过换热通道中的低温换热介质对出堆空气通道中的空气进行冷凝。换热通道的输出端用于与电池堆4的换热介质输入管62连接，换热通道内的低温换热介质对出堆空气通道中的空气进行冷凝之后，还可通过电池堆4的换热介质输入管62输入至电池堆4，吸收电池堆4反应释放的热量，对电池堆4进行降温。电池堆4出堆空气通道的输出端用于与尾排管10连接，冷凝后的空气可直接与尾排管10连接，以便通过尾排管10输出。

本实施例中的电池冷凝系统通过蒸发器1将电池堆4的换热介质输出管61输送的较热的换热介质对液氢进行换热，使液氢蒸发为气态氢气，并通过液氢的冷能对换热介质进行冷却，再通过热交换器2将冷却后的换热介质对电池堆4的阴极出口排出的空气进行冷凝，以便能够提高电池堆4的阴极出口的饱和蒸汽冷凝梯度，提高电池堆4排水能力，从而提高电池性能。

在实际使用的过程中，为了提高自动化控制能力，在适当的时候使用阴极冷凝回路对电池堆4的阴极出口排出的空气进行冷凝。该电池冷凝系统可与传感器和控制器的配合，其中，传感器用于与电池堆4连接，能够检测电池堆4的输出功率。控制器与传感器和阴极冷凝回路信号连接，能够获取传感器检测到的电池堆4的输出功率，在电池堆4的输出功率大于预设功率阈值的情况下，此时，电池内部产生的水较多，容易造成排水不畅而在电池堆4的尾部产生水淹，通过控制器控制阴极冷凝回路导通，对电池堆4的阴极出口排出的空气进行冷凝，以便能够提高电池堆4的阴极出口的饱和蒸汽冷凝梯度，提高电池堆4排水能力，避免水淹，从而提高电池性能。

在一种可能的实施方式中，换热通道的输入端与所述加热室的输出端通过第一管道连接，以便能够连通换热通道和加热室，将加热室的低温换热介质输入到换热通道。

第一管道上设置有第一控制阀5，该第一控制阀5与控制器信号连接，控制器能够通过控制第一控制阀5开启，导通换热通道的输入端与加热室的输出端，以便控制阴极冷凝回路导通，通过热交换器2将冷却后的换热介质对电池堆4的阴极出口排出的空气进行冷凝。

在一种可能的实施方式中，阴极冷凝回路还包括第二管道63，第二管道63的第一端与第一管道连接，第二管道63的第二端与换热介质输出管61连接，从而能够通过第二管道63，将加热室输出的冷却后的换热介质输入到换热介质输出管61，以便能够与温度较高的换热介质输出管61内的换热介质进行混合，从而快速降低换热介质输出管61内的换热介质的温度。

在一种可能的实施方式中，第一控制阀5为三通控制阀，第一管道包括第一子管道64和第二子管道65。

其中，第一控制阀5的A口51与第一子管道64的输出端连接，第一子管道64的输入端与加热室的输出端连接，以便通过第一子管道64导通加热室和第一控制阀5的A口51。

第一控制阀5的B口52与第二子管道65的输入端连接，第二子管道65的输出端与换热通道的输入端连接，以便通过第二子管道65导通控制阀的B口52与换热通道。

第一控制阀5的C口53与第二管道63的输入端连接，第二管道63的输出端与换热介质输出管61连接，以便通过第二管道63导通第一控制阀5的C口53与换热介质输出管61。

控制器与第一控制阀5连接，能够控制第一控制阀5的A口51与B口52之间的连通和断开，以及，控制第一控制阀5的A口51与C口53之间的连通和断开。控制器能够通过控制第一控制阀5的A口51与B口52连通，导通换热通道的输入端与所述加热室的输出端，以便控制阴极冷凝回路导通，对电池堆4的阴极出口排出的空气进行冷凝。控制器还能够通过控制第一控制阀5的A口51与C口53连通，通过第二管道63将加热室输出的冷却后的换热介质输入到换热介质输出管61，以便能够与温度较高的换热介质输出管61内的换热介质进行混合，从而快速降低换热介质输出管61内的换热介质的温度。

图2是根据本公开的另一种实施方式提供的电池冷凝系统的结构示意图，如图2所示，图中的箭头方向表示管道内的物质的流向，在一种可能的实施方式中，电池冷凝系统还包括主冷却回路，主冷却回路的第一端与电池堆4的换热输入口连接，主冷却回路的第二端与电池堆4的换热输出口连接。主冷却回路用于通过使用换热介质对电池堆4反应释放的热量进行吸收，以便降低电池堆4的温度。

控制器与主冷却回路信号连接，用于在电池堆4的输出功率小于或等于预设功率阈值的情况下，控制主冷却回路导通，对电池堆4进行冷却，这种情况下电池堆4内部产生的水较少，可不考虑排水的问题，仅仅通过主冷却回路对电池堆4进行冷却降温。在电池堆4的输出功率大于预设功率阈值的情况下，电池堆4内部产生的水较多，可通过控制器控制主冷却回路和阴极冷凝回路均导通，对电池堆4进行冷却以及对电池堆4的阴极出口排出的空气进行冷凝。

在一种可能的实施方式中，主冷却回路包括换热介质输入管62、换热介质输出管61、循环泵71和散热装置。

其中，换热介质输入管62的第一端用于与电池堆4的换热输入口连接，换热介质输入管62的第二端与散热装置的输出端连接，换热介质输入管62能够将经过散热器72降温后的换热介质输入至电池堆4，以便对电池堆4进行降温。

换热介质输出管61的第一端用于与电池堆4的换热输出口连接，换热介质输出管61的第二端与散热装置的输入端连接，换热介质输出管61能够将吸收了电池堆4的热量的高温换热介质输入至散热装置，以便通过散热装置对高温换热介质进行散热降温。

循环泵71设置在换热介质输入管62和换热介质输出管61中的任一者上，即，循环泵71可设置在换热介质输入管62上，也可设置在换热介质输出管61上，以便通过循环泵71对换热介质在管道内的流动提供压力。

在一种可能的实施方式中，换热介质输入管62上设置有第二控制阀，第二控制阀与控制器信号连接。

控制器用于通过控制第二控制阀开启，导通散热装置的输出端与电池堆4的换热输入口，以便控制主冷却回路导通，对电池堆4进行冷却降温。

在一种可能的实施方式中，散热装置包括散热器72和散热风扇73；

其中，散热器72的输入端与换热介质输出管61的第二端连接，散热器72的输出端与换热介质输入管62的第二端连接。散热器72具有一定的散热功能，能够对流经散热器72的换热介质进行自然散热降温。

散热风扇73有至少两个，设置在散热器72的侧面，控制器与散热风扇73信号连接，用于在导通散热装置的输出端与电池堆4的换热输入口的情况下，控制散热风扇73工作，散热风扇73能够对散热器72吹风，加快空气流动，以便对散热器72内的换热介质进行降温。

在一种可能的实施方式中，电池冷凝系统还包括冷凝器8；冷凝器8的输入端用于与空气压缩机9的输出端连接，冷凝器8的输出端用于与电池堆4连接，冷凝器8用于对输入的压缩空气进行冷却后再输入电池堆4，以便降低输入电池堆4的压缩空气的温度，避免输入电池堆4的空气的温度过高。

根据本公开的第二方面提供一种车辆，包括空气压缩机9、电池堆4、尾排管10、液氢罐3和上述实施例中示出的电池冷凝系统，电池冷凝系统分别与空气压缩机9、电池堆4、尾排管10和液氢罐3连接。具体地，电池冷凝系统包括阴极冷凝回路、热交换器2、冷凝器8、传感器和控制器，阴极冷凝回路包括蒸发器1和热交换器2，其中，蒸发器1分别与液氢罐3、电池堆4和热交换器2连接，热交换器2与电池堆4的阴极出口以及尾排管10连接，传感器与电池堆4连接，控制器与传感器和阴极冷凝回路连接，冷凝器8与电池堆4连接。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (9)

1.一种电池冷凝系统，其特征在于，包括：

阴极冷凝回路，所述阴极冷凝回路包括蒸发器(1)和热交换器(2)；

所述蒸发器(1)包括加热室和蒸发室，所述蒸发室的输入端用于与液氢罐(3)连接，所述蒸发室的输出端用于与电池堆(4)连接，所述加热室的输入端用于与所述电池堆(4)的换热介质输出管(61)连接；

所述热交换器(2)包括换热通道和出堆空气通道，所述换热通道的输入端与所述加热室的输出端连接，所述换热通道的输出端用于与所述电池堆(4)的换热介质输入管(62)连接，所述出堆空气通道的输入端用于与所述电池堆(4)的阴极出口连接，所述出堆空气通道的输出端用于与尾排管(10)连接。

2.根据权利要求1所述的电池冷凝系统，其特征在于，

所述换热通道的输入端与所述加热室的输出端通过第一管道连接，所述第一管道上设置有第一控制阀(5)。

3.根据权利要求2所述的电池冷凝系统，其特征在于，所述阴极冷凝回路还包括第二管道(63)；

所述第二管道(63)的第一端与所述第一管道连接，所述第二管道(63)的第二端与所述换热介质输出管(61)连接。

4.根据权利要求3所述的电池冷凝系统，其特征在于，所述第一控制阀(5)为三通控制阀，所述第一管道包括第一子管道(64)和第二子管道(65)；

所述第一控制阀(5)的A口(51)与所述第一子管道(64)的输出端连接，所述第一子管道(64)的输入端与所述加热室的输出端连接；

所述第一控制阀(5)的B口(52)与所述第二子管道(65)的输入端连接，所述第二子管道(65)的输出端与所述换热通道的输入端连接；

所述第一控制阀(5)的C口(53)与所述第二管道(63)的输入端连接，所述第二管道(63)的输出端与所述换热介质输出管(61)连接。

5.根据权利要求1所述的电池冷凝系统，其特征在于，所述电池冷凝系统还包括主冷却回路；

所述主冷却回路的第一端与所述电池堆(4)的换热输入口连接，所述主冷却回路的第二端与所述电池堆(4)的换热输出口连接。

6.根据权利要求5所述的电池冷凝系统，其特征在于，

所述主冷却回路包括所述换热介质输入管(62)、所述换热介质输出管(61)、循环泵(71)和散热装置；

所述换热介质输入管(62)的第一端用于与所述电池堆(4)的换热输入口连接，所述换热介质输入管(62)的第二端与所述散热装置的输出端连接；

所述换热介质输出管(61)的第一端用于与所述电池堆(4)的换热输出口连接，所述换热介质输出管(61)的第二端与所述散热装置的输入端连接；

所述循环泵(71)设置在所述换热介质输入管(62)和所述换热介质输出管(61)中的任一者上，所述换热介质输入管(62)上设置有第二控制阀。

7.根据权利要求6所述的电池冷凝系统，其特征在于，所述散热装置包括散热器(72)和散热风扇(73)；

所述散热器(72)的输入端与所述换热介质输出管(61)的第二端连接，所述散热器(72)的输出端与所述换热介质输入管(62)的第二端连接；

所述散热风扇(73)有至少两个，设置在所述散热器(72)的侧面。

8.根据权利要求1所述的电池冷凝系统，其特征在于，所述电池冷凝系统还包括冷凝器(8)；

所述冷凝器(8)的输入端用于与空气压缩机(9)的输出端连接，所述冷凝器(8)的输出端用于与所述电池堆(4)连接。

9.一种车辆，其特征在于，包括空气压缩机(9)、电池堆(4)、尾排管(10)、液氢罐(3)和权利要求1-8任一项所述的电池冷凝系统，所述电池冷凝系统分别与所述空气压缩机(9)、所述电池堆(4)、所述尾排管(10)和所述液氢罐(3)连接。