一种燃料电池电堆水路系统的制作方法

本实用新型涉及燃料电池领域，尤其涉及一种燃料电池电堆水路系统。

背景技术：

氢燃料电池发电系统中最核心的部件是电堆，确保其工作性能最优对整个系统至关重要，而温度就是影响其性能的重要因素。大功率电堆散热方式一般采用水冷方式，通过水泵带动换热介质进入电堆将热量带出进行散热，但由于电堆是由相同的若干节电池串联而成，如采用传统的散热方式就会导致电堆前端与换热介质先接触，电堆前端电池温度低，随着热交换的进行，换热介质温度逐渐升高，电堆末端电池降温效果较差，电堆前后温度不一致，这样就会导致每片电池发电效率不一，从而降低电堆的发电效率。为了解决这一问题，现行的技术一般是采用大功率水泵，提高换热介质的流速来降低电堆整体温差，这些方法减小温差的效果不够理想，温差始终存在，而且一味提高流速会导致换热介质进堆压力偏高，还有可能损坏电堆内部结构。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提出了一种可均衡冷却电堆温度、降低电堆内温差的燃料电池电堆水路系统。

本实用新型的技术方案是这样实现的：一种燃料电池电堆水路系统，包括电堆(1)、水泵(2)、三通管路切换装置(3)、散热器(5)和三通(6)，电堆(1)、水泵(2)、三通管路切换装置(3)、散热器(5)和三通(6)相互连通形成大循环管路，电堆(1)、水泵(2)、三通管路切换装置(3)和三通(6)相互连通形成小循环管路；还包括换向装置(4)，换向装置(4)包括第一接口(41)、第二接口(42)、第三接口(43)和第四接口(44)，第一接口(41)、第二接口(42)、第三接口(43)和第四接口(44)分别与电堆(1)两水路接口、三通(6)和三通管路切换装置(3)连通；电堆(1)两水路接口通过换向装置(4)分别一一对应并选择性连通三通(6)或三通管路切换装置(3)。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述三通管路切换装置(3)为三通电磁阀。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述换向装置(4)还包括中空的导液腔(40)，导液腔(40)与设置换向装置(4)同心设置，导液腔(40)分别与第一接口(41)、第二接口(42)、第三接口(43)和第四接口(44)连通；导液腔(40)内设置有切换机构(45)且切换机构(45)与换向装置(4)内表面滑动连接。

进一步优选的，所述切换机构(45)包括连杆(46)和若干挡块(47)，连杆(46)贯穿导液腔(40)，连杆(46)上设置有若干挡块(47)，挡块(47)固定设置在连杆(46)上，且各相邻挡块(47)沿着连杆(46)的轴向等距设置，挡块(47)外侧面与换向装置(4)内表面滑动连接。

在以上技术方案的基础上，进一步优选的，还包括过滤器(7)，过滤器(7)的一端通过管道与散热器(5)的一端连接，过滤器(7)另一端通过管道与三通管路切换装置(3)的一端连通。

在以上技术方案的基础上，更进一步优选的，所述电堆(1)两水路接口上均设置有温度传感器(12)。

本实用新型提供的一种燃料电池电堆水路系统，相对于现有技术，具有以下有益效果：

(1)本实用新型通过换向装置根据电堆的两端的温度进行电堆两水路接口切换，实现换热介质的局部流向切换，可使得电堆整体温度的平衡，从而有效控制温差，提高电堆发电效率；

(2)本实用新型不必依赖加快换热介质流速来改善电堆温差，对水泵功率要求不高，换热介质压力不会剧烈波动，且整体功耗较低。

附图说明

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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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。

图1为本实用新型一种燃料电池电堆水路系统的结构图；

图2为本实用新型一种燃料电池电堆水路系统的换向装置的正剖视图；

图3为本实用新型一种燃料电池电堆水路系统的换向装置的工作状态的正剖视图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型提供了一种燃料电池电堆水路系统，包括电堆1、水泵2、三通管路切换装置3、换向装置4、散热器5、三通6、过滤器7和温度传感器12，电堆1、水泵2、三通管路切换装置3、散热器5和三通6相互连通形成大循环管路，电堆1、水泵2、三通管路切换装置3和三通6相互连通形成小循环管路，电堆1上固定设置有两水路接口11。三通管路切换装置3与三通6可进行闭合管路的切换，改变管路内换热介质的循环路线。如选择小循环管路，换热介质不会流经散热器5；如选择大循环管路，散热器5会对流经的换热介质进行强制冷却。大循环管路和小循环管路是现有技术中常见的方案，但是这种方案不能改变电堆1进堆水温和出堆水温之间的温差，且该温差始终存在，影响电堆的发电效率。

本实用新型在现有技术基础上增加了换向装置4，用以调整电堆1两端的温差。图1是本实用新型的一种结构示意图，三通管路切换装置3的端口分别与散热器5的一端、三通6的一端和换向装置4连通。三通6的其他端口分别与散热器5的另一端、水泵2的一端连通。水泵2的另一端与换向装置4连通。

如图1结合图2和图3所示，换向装置4包括第一接口41、第二接口42、第三接口43和第四接口44，第一接口41、第二接口42、第三接口43和第四接口44分别与电堆1两水路接口11、三通6和三通管路切换装置3连通；电堆1两水路接口11通过换向装置4分别一一对应并选择性连通三通6或三通管路切换装置3。换向装置4能够对电堆1两水路接口11内的换热介质的流向进行切换，避免电堆1两端温差过大，例如当换向装置4处于初始状态时，设定换热介质的流向为三通管路切换装置3、第一接口41、第三接口43、第四接口44、第二接口42、水泵2和三通6，实现循环；当换向装置4动作后，换热介质的流向为三通管路切换装置3、第一接口41、第四接口44、第三接口43、第二接口42、水泵2和三通6，实现局部换热介质的流向调整，而换热介质的整体循环方向不变。

如图2结合图3所示，换向装置4还包括中空的导液腔40，导液腔40与设置换向装置4同心设置，导液腔40分别与第一接口41、第二接口42、第三接口43和第四接口44连通；导液腔40内设置有切换机构45且切换机构45与换向装置4内表面滑动连接。切换机构45可实现电堆1两水路接口11内的换热介质的流向。

具体的，切换机构45包括连杆46和若干挡块47，连杆46贯穿导液腔40，连杆46上设置有若干挡块47，挡块47固定设置在连杆46上，且各相邻挡块47沿着连杆46的轴向等距设置，挡块47外侧面与换向装置4内表面滑动连接。图2中提供一种切换机构47的结构，切换机构45可设置旁支路48，初始状态旁支路48被挡块47封闭，第一接口41与第三接口43连通，第二接口42与第四接口44连通；当切换机构45动作时，挡块47将第一接口41和第三接口43隔断，第一接口41与第四接口44连通，第二接口42经旁支路48与第三接口43连通，可实现电堆1两水路接口11内换热介质流向切换。

本实用新型中，三通管路切换装置3为三通电磁阀。三通6可以选用普通的三通结构，也可以选用三通电磁阀，以便更方便的实现管路切换。

本实用新型的大循环管路上还设置有过滤器7。过滤器7的一端通过管道与散热器5的一端连接，过滤器7另一端通过管道与三通管路切换装置3的第一端口31连通。

为了更好的对电堆1两端温度进行监控，可在电堆1两水路接口11上设置温度传感器12。将温度传感器12和换向装置4与外部控制器相连，可以更好的根据电堆温差来实现换向装置4内流体的流向切换。

本实用新型的结构基础上还可做出一些变形，如水泵2可以设置在换向装置4第二端口42与三通6之间，也可以设置在三通管路切换装置3与换向装置4的第一端口41之间。上述实施例中，给定的换热介质在大循环和小循环的流向是顺时针方向，如果是逆时针方向，其实现方式基本相同。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。