一种燃料电池保温式冷却系统的制作方法

[0001]
本实用新型涉及燃料电池，尤其涉及一种燃料电池保温式冷却系统。


背景技术：

[0002]
燃料电池工作时的生成物只有水，同时在燃料电池工作时需要对反应物进行加湿，以保证交换膜拥有一定的含水量，才能保证电化学反应正常进行。由于生成物和反应过程中有水分的参与，当环境温度低于0℃时，燃料电池内的水就会因低温冻结，从而导致燃料电池无法工作，水分冻结时体积增大，存在撑裂交换膜的风险，会导致氢气和氧气混合存在爆炸风险。所以燃料电池冷启动性能是衡量燃料电池技术发展的一个重要指标。
[0003]
衡量冷启动性能的指标有启动最低温度、启动过程耗能和启动时间等。现阶段大多采用“停机吹扫+启动升温”，即在停机吹扫的基础上，电池启动时使电堆升温融冰的速度快于电堆结冰的速度，来实现冷启动。电堆冷启动的升温方式主要可划分为两大类，即外部加热升温方式和内部升温方式。外部升温方式比较主流的技术是电加热器加热，内部升温方式的原理是通过消耗反应物来达到升温的目的。不过不管是使用外部加热升温方式和内部升温方式都存在需要消耗自身能量，加热时间长的问题，环境温度越低，则需要消耗的能量和加热时间就越长，燃料电池冷启动性能不佳。


技术实现要素：

[0004]
为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种燃料电池保温式冷却系统，其具体技术方案如下：
[0005]
一种燃料电池保温式冷却系统，其特征在于，其包括燃料电池堆、循环驱动泵、保温箱、散热器总成、节温器、过滤器和膨胀水箱，其中：
[0006]
所述燃料电池堆的输出口经管道连接所述循环驱动泵的输入口；
[0007]
所述循环驱动泵的输出口分别经管道连接所述保温箱的输入口和所述散热器总成的输入口；
[0008]
所述保温箱的输出口经管道连接所述节温器的副输入阀口；
[0009]
所述散热器总成的输出口经管道连接所述节温器的主输入阀口；
[0010]
所述节温器的输出口经管道连接所述过滤器的输入口；
[0011]
所述过滤器的输出口经管道连接所述燃料电池堆的输入口；
[0012]
所述膨胀水箱的输出口经管道连接循环驱动泵的输入口，膨胀水箱的输入口分别经管道连接燃料电池堆及散热器总成的排气口。
[0013]
在一些实施例中，所述循环驱动泵为电子水泵。
[0014]
在一些实施例中，所述散热器总成包括散热器和电子风扇。
[0015]
在一些实施例中，所述膨胀水箱和所述循环驱动泵之间的管道上设置有去离子器。
[0016]
在一些实施例中，所述燃料电池堆和所述循环驱动泵之间的管道上设置有第一温
度传感器。
[0017]
在一些实施例中，所述过滤器和所述燃料电池堆之间的管道上设置有第二温度传感器和电导率传感器。
[0018]
在一些实施例中，所述保温箱的输入口处连接有第一单向阀，所述保温箱的输出口处连接有第二单向阀。
[0019]
本实用新型的工作原理如下：
[0020]
燃料电池冷启动时，节温器的主输入阀口关闭，副输入阀口打开。此时，冷却液在冷却系统的小循环回路内流动，具体的：在循环驱动泵的驱动下，冷却液流经保温箱、节温器及过滤器后流过燃料电池堆，与此同时，存储在保温箱内的温度较高的冷却液也随着小循环回路流过燃料电池堆，从而提升了小循环回路内的冷却液的初始温度。
[0021]
燃料电池启动后，系统内的冷却液的温度持续上升，当系统内的冷却液的温度高于预定温度时，节温器的主输入阀口打开，副输入阀口关闭，此时，冷却液在冷却系统的大循环回路内流动，具体的：在循环驱动泵的驱动下，冷却液流经散热器总成、节温器、过滤器后流过燃料电池堆，从而实现对燃料电池堆的散热降温。
[0022]
特别的，小循环切换至大循环时，部分经加热后的冷却液被储存在保温箱6内。由于保温箱内始终储存有温度较高的冷却液。因此，下次冷启动时，保温箱内储存的温度较高的冷却液能够进入小循环回路，从而提升小循环回路中的冷却液的升温速度，最终缩短燃料电池的冷启动时间。
[0023]
可见，本实用新型通过小循环回路和大循环回路分别实现冷却水的升温和降温，从而实现对燃料电池堆的温度管理，使得燃料电池堆始终处于预定的工作范围内。此外，通过在小循环回路中引入保温箱，提升了小循环回路中的冷却液的升温速度，最终缩短燃料电池的冷启动时间。此外，冷却液在进入至燃料电池堆前被过滤器过滤，其中的颗粒等杂质被滤除。
附图说明
[0024]
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要实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。其中：
[0025]
图1为本实用新型的燃料电池保温式冷却系统的结构示意图；
[0026]
图1中包括燃料电池堆1、第一温度传感器2、去离子器3、循环驱动泵4、第一单向阀5、保温箱6、第二单向阀7、散热器总成8、节温器10、过滤器11和膨胀水箱12、电导率传感器13、第二温度传感器14。
具体实施方式
[0027]
为使本实用新型的上述目的、特征和优点、能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
[0028]
如图1所示，本实用新型的燃料电池保温式冷却系统包括燃料电池堆1、循环驱动泵4、保温箱6、散热器总成8、节温器10、过滤器11和膨胀水箱12等组件。燃料电池堆1的输出
口经管道连接循环驱动泵4的输入口。循环驱动泵4的输出口分别经管道连接保温箱6的输入口和散热器总成8的输入口。保温箱6的输出口经管道连接节温器10的副输入阀口。散热器总成8的输出口经管道连接节温器10的主输入阀口。节温器10的输出口经管道连接过滤器11的输入口，过滤器11的输出口经管道连接燃料电池堆1的输入口。膨胀水箱12的输出口经管道连接循环驱动泵4的输入口，膨胀水箱12的输入口分别经管道连接燃料电池堆1及散热器总成8的排气口。
[0029]
经膨胀水箱12能够将冷却液补充至冷却系统内。膨胀水箱12能够保持冷却系统内的初始压力，及时去除冷却液中积滞的空气以及水汽。
[0030]
循环驱动泵4用于驱动冷却液在冷却系统内循环，可选的，循环驱动泵4为电子水泵。
[0031]
散热器总成8用于实现对冷却液的降温，可选的，散热器总成8包括散热器和电子风扇。
[0032]
节温器10是一种常用的控制冷却液的流动路径的阀门结构，其内含有感温组件。节温器10上设置有主输入阀口、副输入阀口及输出口。当流经节温器10的冷却液的温度低于预定温度时，副输入阀口打开，主输入阀口关闭，而当流经节温器10的冷却液的温度高于预定温度时，副输入阀口关闭，主输入阀口打开。
[0033]
下文将结合图1对本实用新型的燃料电池保温式冷却系统的工作原理进行说明。
[0034]
如图1所示，燃料电池冷启动时，循环系统内的冷却液的温度较低。节温器10的主输入阀口关闭，副输入阀口打开。此时，冷却液在冷却系统的小循环回路内流动，具体的：在循环驱动泵4的驱动下，膨胀水箱12中的冷却液流经保温箱6、节温器10及过滤器11后流过燃料电池堆1，与此同时，存储在保温箱6内的温度较高的冷却液也随着小循环回路流过燃料电池堆1，从而提升了小循环回路内的冷却液的初始温度，缩短了冷启动时间。
[0035]
燃料电池启动后，由于燃料电池工作过程中的散热，系统内的冷却液的温度持续上升，当系统内的冷却液的温度高于预定温度时，节温器10的主输入阀口打开，副输入阀口关闭，此时，冷却液在冷却系统的大循环回路内流动，具体的：在循环驱动泵4的驱动下，冷却液流经散热器总成被降温后，然后依次流过节温器10、过滤器11后流过燃料电池堆1，从而实现对燃料电池堆的散热降温。
[0036]
特别的，小循环切换至大循环时，部分经加热后的冷却液被储存在保温箱6内。由于保温箱6内储存有温度较高的冷却液。因此，下次冷启动时，保温箱内储存的温度较高的冷却液能够进入小循环回路，从而提升小循环回路中的冷却液的升温速度，最终缩短燃料电池的冷启动时间。
[0037]
可见，本实用新型通过小循环回路和大循环回路分别实现冷却水的升温和降温，从而实现对燃料电池堆的温度管理，使得燃料电池堆始终处于预定的工作范围内。此外，通过在小循环回路中引入保温箱，提升了小循环回路中的冷却液的升温速度，最终缩短燃料电池的冷启动时间。
[0038]
此外，小循环和大循环中，冷却液在在进入至燃料电池堆1前均被过滤器11过滤，其中的颗粒等杂质被滤除。
[0039]
燃料电池系统的正常运行离不开冷却液循环，并需要维持较低的电导率，一般来说达到商用标准的燃料电池系统的设计水循环离子浓度需要维持在5μs/cm以下。随着冷却
液的循环，其离子浓度会随着温度的升高而增加，同时，燃料电池系统的组成部件在不同的温度下(运转或不运转的情况下)也会时时析出离子。鉴于此，可选的，膨胀水箱12和循环驱动泵4之间的管道上设置有去离子器3。去离子器3可以降低冷却液中离子浓度，有效解决系统离子析出问题，使电堆系统处于较低的电导率水平，保证燃料电池的正常运行。
[0040]
可选的，燃料电池堆1和所述循环驱动泵4之间的管道上设置有第一温度传感器2。过滤器11和所述燃料电池堆1之间的管道上设置有第二温度传感器14。通过设置第一温度传感器2、第二温度传感器14，能够实现对燃料电池堆1的输出口、输入口处的温度监控。
[0041]
可选的，过滤器11和燃料电池堆1之间的管道上设置有电导率传感器13。通过设置电导率传感器13，能够对进入至燃料电池堆1的冷却液的电导率进行监控。
[0042]
可选的，保温箱6的输入口处连接有第一单向阀5，保温箱6的输出口处连接有第二单向阀7。小循环过程中，第一单向阀5、第二单向阀7打开，此时冷却水能够顺利流过保温箱6。小循环结束后，第一单向阀5、第二单向阀7关闭，此时冷却水无法进入保温箱6，同时存储在保温箱6内的冷却液也无法流出保温箱6，从而实现了对冷却液的保存。
[0043]
上文对本实用新型进行了足够详细的具有一定特殊性的描述。所属领域内的普通技术人员应该理解，实施例中的描述仅仅是示例性的，在不偏离本实用新型的真实精神和范围的前提下做出所有改变都应该属于本实用新型的保护范围。本实用新型所要求保护的范围是由所述的权利要求书进行限定的，而不是由实施例中的上述描述来限定的。