专利名称：一种车用燃料电池发动机台架试验热管理装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及车用质子交换膜燃料电池发动机台架试验的热管理装置，属燃料电池汽车热管理技术领域。
由于通常燃料电池的功率有接近50％转变成热量，燃料电池发动机散热量为传统内燃机的2.5-3倍。与此同时，燃料电池堆内部循环冷却水离开电堆时的温度是80℃左右，回到电堆的温度应控制在70-75℃左右，温差小可保证温度梯度小，电堆性能较好。因此，小温差大热量的散热要求以及冷却剂温度与环境温差较小的问题都造成热管理难度较大。因此，燃料电池试验台架的热管理系统成为燃料电池发动机试验台必不可少的重要组成部分。目前，车用燃料电池发动机台架试验在国内外开展较少，试验台架技术以及试验台架的热管理技术均处于探索阶段。
燃料电池发动机热管理的目标是保持燃料电池堆在其最佳运行温度及各种测试要求的工作温度下安全运行。试验台架热管理的主要工作内容是对电池堆内部循环水的热量进行热交换，带走发动机废热。
通常，传统发动机台架热管理系统可分为高温循环和低温循环两个部分。在高温循环中冷却水通过发动机内部，带走燃烧放出的废热，并通过换热器将废热传递给低温水循环。经过放热，温度降低后的循环水重新进入发动机。在低温水循环中，冷却水从凉水塔由泵提供动力进入换热器，带走高温循环传递而来的热量，并回到凉水塔进行冷却。
燃料电池发动机排热量为传统内燃机的2.5-3倍，并且电池堆性能对温度敏感，需要对冷却水进出口水温进行较为精确的控制，这使得传统发动机试验台的热管理系统难以满足排热和温度控制的要求。
本实用新型由换热器、冷却塔、冷却水箱、水泵、阀门、稳压器、温度传感器、压力传感器和控制器等部件组成。燃料电池发动机冷却水进口与水泵相接，水泵与冷却水箱相连，燃料电池发动机的冷却水出口端与换热器的高温循环进口端相连，高温循环的出口端与冷却水箱相连。换热器的低温循环出口端与冷却塔进水端相连，冷却塔的出水端通过水泵与换热器的低温循环进水端相连，构成一个双路循环的冷却系统。为了保证燃料电池的最佳运行温度，控制冷却水的温度，在换热器的高温循环出水端及低温循环进水端设置有温度传感器和控制器，并在低温循环进水端的管道上设置三通阀门，按温度传感器的信号通过控制器来控制阀门开度，以调节低温循环冷却水的流量。为进一步调节进入低温循环冷却水的温度，三通阀门的一端通过一个稳压器及水泵与自来水源相连，在三通阀与稳压器之间设置一阀门，按温度传感器的信号通过控制器来控制阀门开度，以调节自来水的掺混量。为使自来水管来水的压力与冷却塔的压力相均衡，在冷却塔的出水端设置一压力传感器和控制器，按测得的压力通过控制器控制自来水管路的水泵，进而调节稳压器内的压力，使之与冷却塔压力相均衡。
燃料电池发动机冷却水温度的调控过程如下当环境温度较低时，仅通过控制冷却塔来水量即可保证电池堆工作温度。当环境温度较高时，通过三通阀向冷却水管路掺混温度较低的自来水以降低进入换热器低温循环的冷却水温。
采用本实用新型燃料电池发动机台架试验热管理装置可以保障燃料电池发动机试验安全、方便的进行。
在室外温度较高(如夏天)时，换热器2冷端进水温度过高，换热能力下降，通过三通阀11向主回路掺混温度较低的自来水，降低进入换热器2的冷却水温。系统工作时，温度传感器8监测换热器2冷水端进口水温，信号控制器14根据温度发出信号控制自来水路电动阀门10的开闭及开度大小，实现自来水与冷却塔来水的自动掺混。当该处温度过高，换热器2换热能力无法满足排热要求时，电动阀门10开大，自来水掺混量增大；当该处温度较低时，电动阀门10开度减小，自来水掺混量减少；当温度较低，仅使用冷水塔3水源即可保证换热器2的换热能力时，自来水回路自动关闭。
为保证三通阀11的正常工作，自来水补给系统采用自动压力平衡方法，保证自来水补给管路与凉水塔冷却水管路压力相当。自来水通过电控水泵16进入稳压器4。控制器15根据冷却塔3回路压力传感器12的压力信号控制电控水泵16的转速和扬程，对自来水进行加压或减压，保证自来水路的压力与冷却塔3水路压力相平衡。
本实用新型热管理装置可实现发动机冷却水温度的自动调节与控制。系统工作时，当发动机进口冷却水温度高于设定值，根据温度传感器9的温度信号，控制器13发出信号控制电动阀门11增大开度，加大低温循环冷却水的流量，增大换热量，降低换热器2热水端出口温度即燃料电池发动机1的冷却水进口温度；当该处温度低于设定值，反之亦然。
权利要求1.一种车用燃料电池发动机台架试验热管理装置，含有换热器、冷却塔、水箱、水泵、阀门的双路循环的冷却系统，其特征是在换热器的高温循环出水端及低温循环进水端设置有温度传感器和控制器，并在低温循环进水端的管道上设置三通阀门，三通阀门的一端通过一个稳压器及水泵与自来水源相连，在三通阀与稳压器之间设置一阀门，在冷却塔的出水端设置一压力传感器和控制器。
专利摘要一种车用燃料电池发动机台架试验热管理装置，属燃料电池车热管理技术领域。本装置含有换热器、冷却塔、水箱、水泵、阀门等组成的双路循环的冷却系统，其特征是在换热器的高温循环出水端及低温循环进水端设置有温度传感器和控制器，并在低温循环进水端的管道上设置三通阀门，以调节低温循环冷却水的流量。为进一步调节进入低温循环冷却水的温度，三通阀门的一端通过一个稳压器及水泵与自来水源相连，在三通阀与稳压器之间设置一阀门，以调节自来水的掺混量。为使自来水管来水的压力与冷却塔的压力相均衡，在冷却塔的出水端设置一压力传感器和控制器。采用本装置可保障燃料电池发动机试验安全、方便的进行。
文档编号B60K11/02GK2581229SQ02289360
公开日2003年10月22日 申请日期2002年11月29日 优先权日2002年11月29日
发明者张扬军, 罗建曦, 欧阳明高, 卢青春, 裴普成, 马凡华, 黄海燕, 李希浩, 张聿勋 申请人:清华大学