燃料电池的冷却系统、燃料电池总成和车辆的制作方法

1.本技术涉及一种燃料电池的冷却系统、具有该冷却系统的燃料电池总成和具有该燃料电池总成的车辆。


背景技术：

2.燃料电池的冷却系统用于调节燃料电池的运行温度，保证燃料电池在不同的工况下有良好的功率输出。相关技术中，冷却系统只针对燃料电池的冷却液进行温度调整，而燃料电池内的氢气容易形成结露，造成燃料电池水淹，且燃料电池不易实现冷启动、紧急情况下不易停机，存在改进的空间。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本技术旨在提出一种燃料电池的冷却系统，既可防止氢气结露，又可利于燃料电池实现冷启动以及快速停机。
4.为达到上述目的，本技术的技术方案是这样实现的：
5.一种燃料电池的冷却系统，包括：冷却回路，所述冷却回路用于与燃料电池换热，所述冷却回路中设有循环水泵；气体加热器，所述气体加热器的换热管路与所述冷却回路相连，且所述气体加热器的换热管路的入口端与所述循环水泵的出口端可选择性地连通，所述气体加热器用于与供应给所述燃料电池的气体进行加热；溢液罐，所述气体加热器的换热管路中的冷却液适于经过所述溢液罐回流至所述冷却回路中。
6.进一步地，所述气体加热器的换热管路的入口端和所述气体加热器的换热管路的出口端均与所述冷却回路相连，且所述气体加热器的换热管路的出口端与所述循环水泵的入口端相连。
7.进一步地，所述溢液罐串联于所述气体加热器的换热管路中，且所述溢液罐位于所述气体加热器的下游。
8.进一步地，还包括：泄压电阻，所述泄压电阻的换热管路与所述冷却回路可选择性地连通，所述泄压电阻用于对所述冷却回路中的冷却液进行加热。
9.进一步地，所述泄压电阻的换热管路的入口端与所述循环水泵的出口端可选择性地连通，所述泄压电阻的换热管路的出口端与所述循环水泵的入口端连通。
10.进一步地，还包括：第一三通阀，所述泄压电阻的换热管路通过所述第一三通阀与所述冷却回路选择性地连通。
11.进一步地，还包括：散热器，所述散热器的换热管路与所述冷却回路可选择性地连通，且所述散热器的换热管路的出口端可选择性地与所述溢液罐的入口端连通。
12.进一步地，所述气体加热器的换热管路中串联有去离子器。
13.相对于现有技术，本技术所述的燃料电池的冷却系统具有以下优势：
14.根据本技术实施例的燃料电池的冷却系统，一方面可实现对氢气的加热，避免电池水淹，同时很好地利用了燃料电池产生的废热，实现了能源的再次利用，提高能源利用
率；另一方面进入到气体加热器的换热管路中的冷却液的流速高，对氢气的加热效果好，且回流至冷却回路中的冷却液中气泡少，不会产生严重气阻，利于促进冷却液循环。
15.本技术的另一个目的在于提出一种燃料电池总成，设置有上述任一种实施例所述的燃料电池的冷却系统。
16.本技术的又一个目的在于提出一种车辆，设置有上述的燃料电池总成。
17.所述车辆、所述燃料电池总成与上述的燃料电池的冷却系统相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
附图说明
18.构成本技术的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
19.图1为本技术实施例所述的燃料电池的冷却系统的结构示意图。
20.图2为本技术实施例所述的燃料电池的冷却系统在冷启动状态下的连接示意图；
21.图3为本技术实施例所述的燃料电池的冷却系统在紧急停车状态下的连接示意图；
22.图4为本技术实施例所述的燃料电池的冷却系统在稳定运行状态下的连接示意图。
23.附图标记说明：
24.冷却系统100，
25.燃料电池1，气体加热器2，泄压电阻3，循环水泵4，第一三通阀5，溢液罐6，散热器7，第二三通阀8，去离子器9。
具体实施方式
26.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
27.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
28.如图1所示，一种燃料电池的冷却系统100，包括：冷却回路、气体加热器2和溢液罐6。
29.其中，冷却回路用于与燃料电池1(电堆)换热，即冷却回路与燃料电池1 的换热管路连通，以形成对燃料电池1进行加热或冷却的循环水路。
30.如图1所示，气体加热器2的换热管路与冷却回路相连，且气体加热器2 用于选择性地与供应给燃料电池1的气体进行加热。也就是说，冷却回路中的循环的冷却液的至少部分可分流至气体加热器2的换热管路中，且在流经气体加热器2的换热管路的过程中选择性地对供应给燃料电池1的气体进行加热。如气体加热器2可对供应给燃料电池1的氢气进行加热。
31.需要说明的是，燃料电池1在使用的过程中，将氢气和氧气供应给燃料电池1，以使氢气和氧气在燃料电池1中反应，其中，在储氢系统将氢气通入到燃料电池1后，氢气的温度通常较低，且在燃料电池1内湿度较高的情况下，极易出现氢气结露的情况，造成电池水淹。而本技术中的气体加热器2可对氢气进行加热，可有效地防止氢气在燃料电池1内出现结露
的情况，从而有效地避免电池水淹，保证燃料电池1正常工作，提高燃料电池1使用的安全性和可靠性。
32.其中，本技术的气体加热器2用于通过冷却回路中的冷却液的热量对氢气进行加热，也就是说，气体加热器2相当于冷却液与氢气之间的换热器。在一些实施例中，气体加热器2的换热管路包括第一侧换热管路和第二侧换热管路，其中，第一侧换热管路与冷却回路相连以实现冷却液的流通，用于在燃料电池 1内反应的氢气可通入第二侧换热管路中。在冷却系统工作时，第一侧换热管路内的冷却液与第二侧换热管路中的氢气进行换热，以使冷却液可对氢气进行加热，从而实现对氢气进行加热防止氢气在燃料电池1内出现结露的情况，从而有效地避免电池水淹。
33.如图1所示，冷却回路中设有循环水泵4，其中，气体加热器2的换热管路的入口端与循环水泵4的出口端可选择性地连通，以使冷却回路中的冷却液经过循环水泵4加速后，一部分可流向气体加热器2的换热管路以用于对氢气进行加热。
34.可以理解的是，气体加热器2的换热管路的入口端与循环水泵4的出口端相连，以使进入到气体加热器2的换热管路中的冷却液的压力大，克服管路细压损失大的缺点，进而保证进入到气体加热器2的换热管路中的冷却液的流速较快，由此，可使得流经气体加热器2的换热管路的冷却液的循环流速更大，以使更多的冷却液能够对氢气进行加热，从而可极大地提高对氢气加热的效率，从而有效地避免氢气结露。
35.气体加热器2的换热管路中的冷却液适于经过溢液罐6回流至冷却回路中。也就是说，流经气体加热器2的换热管路的冷却液在回流到冷却回路之前，进入到溢液罐6内，并从溢液罐6的出口端流向冷却回路。其中，溢液罐6的入口端高于溢液罐6的出口端。这样，该部分冷却液进入到溢液罐6中向下流向溢液罐6的出口端，且冷却液中含有的气体向上扩散，由此，可减少冷却液中的气泡，避免冷却液在流动过程中产生气阻，保证冷却液在冷却系统100中顺畅地流通。
36.且本技术的设置气体加热器2不仅实现了氢气加热，避免电池水淹，同时很好地利用了燃料电池1产生的废热，实现了能源的再次利用，提高能源利用率；进入到气体加热器2的换热管路中的冷却液的流速高，对氢气的加热效果好，且回流至冷却回路中的冷却液中气泡少，不会产生严重气阻，利于促进冷却液循环。
37.根据本技术实施例的燃料电池的冷却系统100，一方面可实现对氢气的加热，避免电池水淹，同时很好地利用了燃料电池1产生的废热，实现了能源的再次利用，提高能源利用率；另一方面进入到气体加热器2的换热管路中的冷却液的流速高，对氢气的加热效果好，且回流至冷却回路中的冷却液中气泡少，不会产生严重气阻，利于促进冷却液循环。
38.在一些实施例中，气体加热器2的换热管路的入口端与气体加热器2的换热管路的出口端均与冷却回路相连，气体加热器的换热管路的出口端与循环水泵的入口端相连。也就是说，气体加热器2的换热管路与冷却回路的部分管路形成一个小回路，且气体加热器2的换热管路的两端分别与循环水泵4的入口端、出口端相连。
39.这样，在气体加热器2的换热管路接通时，冷却回路中的一部分冷却液可进入到气体加热器2的换热管路中对燃料电池1的氢气进行加热，而冷却回路中的另一部分冷却液依然在换热管路中流动循环，且通过循环水泵4的加速作用，可使得冷却液更加高效地进入到气体加热器2的换热管路中对氢气进行加热，提高氢气加热的效果。且在气体加热器2的换
热管路断开时，气体加热器 2的换热管路中无冷却液流动，而冷却回路中的冷却液以正常流动，以对燃料电池1进行有效地冷却或加热。
40.由此，气体加热器2的换热管路与冷却回路采用如此布置方式，可在保证气体加热器2能够合理地利用冷却液对氢气加热的情况下，避免气体加热器2 对冷却液对燃料电池1的冷却作用产生干涉，提高冷却系统结构布置的合理性。
41.在一些实施例中，溢液罐6串联于气体加热器的换热管路中，且溢液罐6 位于气体加热器2的下游。如此设置，使得冷却液在气体加热器2中与氢气进行换热后，能够全部进入到溢液罐6，进而保证回流到冷却回路中的冷却液中的气体被有效地去除，避免冷却液在流动过程中产生气阻，保证冷却液在冷却系统100中顺畅地流通。
42.在一些实施例中，燃料电池的冷却系统100还包括：泄压电阻3。
43.如图1所示，泄压电阻3的换热管路可与冷却回路选择性地连通，泄压电阻3用于对冷却回路中的冷却液进行加热。也就是说，本技术中的泄压电阻3 用于选择性地对冷却液加热，即泄压电阻3可作为冷却液的加热器，以在冷却系统中的冷却液的温度过低无法满足使用需求时，泄压电阻3可主动地对冷却液进行加热，以使冷却液的温度实际的需求。即冷却系统既可用于对燃料电池 1进行冷却、降温，也可对燃料电池1进行加热以快速启动。
44.可以理解的是，燃料电池1在初启动时，燃料电池1自身的温度较低，且冷却系统中的冷却液的温度也较低，此时，极不利于实现燃料电池1的快速启动。而本技术的冷却系统中通过在冷却回路连接泄压电阻3，可使得燃料电池1 在冷启动时，能够迅速地升温，满足燃料电池1正常运行的需求。
45.另外，泄压电阻3可与燃料电池1共用运行设备，其中，在燃料电池1和泄压电阻3同时开启时，泄压电阻3能够分担燃料电池1的一部分工作电压。也就是说，本技术中，可通过选择以泄压电阻3开启的方式，降低燃料电池1 的工作电压。由此，在燃料电池1运行过程中需要出现意外事故需要紧急停机的情况下，操作人员可通过开启泄压电阻3，以使泄压电阻3降低燃料电池1 的实际工作电压，如将燃料电池1在紧急状态运行时的高电压状态调整为低电压状态，从而使得燃料电池1可快速地实现急停，进而起到在紧急状况下保证高压安全的作用。
46.由此，通过设置泄压电阻3既可实现冷启动时对冷却液进行加热，又可在燃料电池1处于紧急状况下保证高压安全，即通过一个零件实现两种功能作用，相比于单独设置各个作用对应的部件，成本有效地降低。
47.其中，泄压电阻3的换热管路的入口端与循环水泵4的出口端可选择性地连通，泄压电阻3的换热管路的出口端与循环水泵4的入口端连通。也就是说，在泄压电阻3开启运行时，冷却回路中的冷却液经过循环水泵4加速后，一部分可流向泄压电阻3的换热管路进行加热，且在加热完成后，回流至循环水泵 4的输入端持续循环。
48.可以理解的是，泄压电阻3的换热管路与冷却回路的具有循环水泵4的部分形成一个小回路，且泄压电阻3的换热管路的入口端与循环水泵4的出口端，可使得进入到泄压电阻3的换热管路中的冷却液的流速较快，由此，可使得流经泄压电阻3的换热管路的冷却液的循环流速更大，以使更多的冷却液被有效地加热，从而可极大地提高冷却液的加热效率，利于实现燃料电池1的冷启动。
49.且泄压电阻3的换热管路接在循环水泵4的两侧，不仅流量大，且控制精度高，相应
迅速可靠。
50.在一些实施例中，如图1所示，燃料电池的冷却系统100，还包括：第一三通阀5，泄压电阻3的换热管路通过第一三通阀5与冷却回路选择性地连通。
51.在一些具体实施例中，如图1所示，第一三通阀5的第一接口a1、第一三通阀5的第二接口a2串联于冷却回路中，且第一三通阀5的第一接口a1、第一三通阀5的第二接口a2位于循环水泵4的出口端，冷却液流经循环水泵4 后，依次进入第一三通阀5的第一接口a1、第一三通阀5的第二接口a2，即第一三通阀5的第一接口a1、第一三通阀5的第二接口a2可作为冷却回路的一部分，第一三通阀5的第三接口a3与泄压电阻3的换热管路的入口端连通，且第一三通阀5的第三接口a3可选择性地与第一三通阀5的第一接口a1、第一三通阀5的第二接口a2。
52.也就是说，通过设置第一三通阀5，可通过且切换第一三通阀5的第三接口a3与第一三通阀5的第一接口a1、第一三通阀5的第二接口a2的连通状态，以选择第一三通阀5的第三接口a3与冷却回路的接通状态，即可实现选择泄压电阻3对冷却回路中的冷却液进行加热，结构简单，安装方便，且第一三通阀 5的操作简单，利于操作人员进行相应的切换操作。
53.在一些实施例中，燃料电池的冷却系统100，还包括：散热器7，散热器7 的换热管路的入口端可与冷却回路选择性地连通，散热器7的换热管路的出口端与循环水泵4的入口端连通。
54.其中，冷却回路中的冷却液在循环过程中，可选择性地进入到散热器7的换热管路，以通过散热器7实现散热和降温。也就是说，操作人员可根据实际的散热需要灵活切换散热器7的换热管路与冷却回路的连通状态。如在燃料电池1的温度过高时，可将散热器7的换热管路的入口端与冷却回路连通，以使冷却液进入到散热器7实现散热和降温，从而增强冷却液对燃料电池1的散热效果。如在燃料电池1的温度过低或不需散热时，可将散热器7的换热管路的入口端与冷却回路断开，以使冷却液正常循环流动。
55.散热器7的换热管路的出口端可选择性地与溢液罐6的入口端连通，这样，经过散热器7实现散热和降温后的冷却液可进入到溢液罐6中以减少冷却液中的气泡，避免冷却液在流动过程中产生气阻，保证冷却液在冷却系统中顺畅地流通。其中，散热器7与风扇配合，以增大散热器7的散热效果。
56.在一些实施例中，如图1所示，散热器7的换热管路并联于冷却回路，冷却系统还包括：第二三通阀8。
57.第二三通阀8的第一接口b1、第二三通阀8的第二接口b2串联于冷却回路中，且第二三通阀8的第一接口b1、第二三通阀8的第二接口b2位于循环水泵4的入口端，冷却液流经循环水泵4前，依次进入第二三通阀8的第一接口b1、第二三通阀8的第二接口b2，第二三通阀8的第三接口b3、第二三通阀8的第二接口b2均可选择性地与第二三通阀8的第一接口b1连通，且第二三通阀8的第三接口b3与散热器7的换热管路的入口端连通。
58.也就是说，通过设置第二三通阀8，可通过且切换第二三通阀8的第三接口b3与第二三通阀8的第一接口b1、第二三通阀8的第二接口b2的连通状态，以选择第二三通阀8的第三接口b3与冷却回路的接通状态，即可实现选择散热器7对冷却回路中的冷却液进行散热，结构简单，安装方便，且第二三通阀8 的操作简单，利于操作人员进行相应的切换操作。
59.在一些实施例中，气体加热器2的换热管路中串联有去离子器9。其中，去离子器9
可将冷却液内部的离子吸收过滤的装置。冷却系统各个零部件会产生一定量的离子进入冷却液，随着冷却液内离子的积累，造成冷却系统绝缘阻值降低，对燃料电池1安全运行造成风险。而本技术中通过设置去离子器9可将冷却液中的离子有效地去除，以保证燃料电池1安全运行，提高燃料电池1 的安全性。
60.下面参考如图2-图4描述本技术的燃料电池的冷却系统100在不同工作状态下的连接示意图。
61.如图2所示，燃料电池的冷却系统100在冷启动状态时，第一三通阀5的第三接口a3与第一三通阀5的第一接口a1、第一三通阀5的第二接口a2连通，且第二三通阀8的第一接口b1与第二三通阀8的第二接口b2连通，第二三通阀8的第三接口b3与第二三通阀8的第一接口b1断开。此时，泄压电阻3的换热管路和冷却回路同时开启，燃料电池1自产热的同时，泄压电阻3加热冷却液帮助燃料电池1升温。同时关闭散热器7回路，减少冷却系统内部热量流失。
62.如图3所示，燃料电池的冷却系统100在紧急停车状态时，第一三通阀5 的第三接口a3与第一三通阀5的第一接口a1、第一三通阀5的第二接口a2连通，且第二三通阀8的第一接口b1与第二三通阀8的第二接口b2断开，第二三通阀8的第三接口b3与第二三通阀8的第一接口b1连通。此时，泄压电阻 3的换热管路和冷却回路同时开启，泄压电阻3消耗燃料电池1残余电能，给燃料电池1迅速降压。同时开启散热器7回路，迅速将系统内部热量散发到外界环境。
63.如图4所示，燃料电池的冷却系统100在稳定运行状态时，第一三通阀5 的第三接口a3与第一三通阀5的第一接口a1、第一三通阀5的第二接口a2断开，且第二三通阀8的第一接口b1与第二三通阀8的第二接口b2断开，第二三通阀8的第三接口b3与第二三通阀8的第一接口b1连通。此时，泄压电阻 3的换热管路关闭。散热器7的换热回路开启，迅速将系统内部热量散发到外界环境。且调节循环水泵4转速和散热风扇转速控制燃料电池1进口水温。
64.其中，如图2-图4所示，在三种工作状态中，循环水泵4出口的高温冷却液一直流经气体加热器2的换热管路，以使气体加热器2对氢气的加热效果稳定。
65.本技术还提出了一种燃料电池1总成。
66.根据本技术实施例的燃料电池总成，设置有上述任一种实施例所述的燃料电池的冷却系统100，燃料电池1总成通过设置该冷却系统，一方面可实现对氢气的加热，避免电池水淹，同时很好地利用了燃料电池1产生的废热，实现了能源的再次利用，提高能源利用率；另一方面进入到气体加热器2的换热管路中的冷却液的流速高，对氢气的加热效果好，且回流至冷却回路中的冷却液中气泡少，不会产生严重气阻，利于促进冷却液循环。
67.本技术还提出了一种车辆。
68.根据本技术实施例的车辆，设置有上述实施例的燃料电池总成，可保证车辆运行的安全性。
69.以上所述仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。