一种电站燃料电池冷却系统的制作方法

1.本实用新型涉及电站用燃料电池技术领域，具体涉及一种电站燃料电池冷却系统。


背景技术：

2.燃料电池发电站是燃料电池的一个重要应用方向，因为现有的汽车发动机无论从性能上还是从可靠性方面，都属十分成熟的技术，给汽车加油和维修的基础设施也已十分健全，这就造成了短期内燃料电池汽车无法同传统汽车相竞争的局面。由于燃料电池的成本已降低到只烧矿物燃料电站的2倍，所以，第一个成熟的生产产品是燃料电池发电机。目前现有的发电站的功率一般都较大，如：100mw，但是燃料电池系统的额定一般为100kw，所以需要多个燃料电池系统并联设计。这样的设计会造成燃料电池系统散热问题和所有燃料电池冷却流体分配不均匀的问题。


技术实现要素：

3.本实用新型解决的一个主要问题是电站燃料电池系统散热问题和其中所有燃料电池冷却流体分配不均匀的问题。
4.本实用新型提供一种电站燃料电池冷却系统，其特征在于，包括：冷却塔、第一冷却水泵、换热器、第二冷却水泵、第一压力传感器、第一流量计、第一温度传感器和第一燃料电池模组；
5.所述冷却塔的出水端和所述第一冷却水泵的进水端连通；
6.所述第一冷却水泵的出水端和所述换热器的第一进水端连通；
7.所述换热器的第一出水端和所述第二冷却水泵的进水端连通；
8.所述第二冷却水泵的出水端和所述燃料电池模组进水口连通；
9.所述燃料电池模组的出水口和所述换热器的第二进水端连通；
10.所述换热器的第二出水端和所述冷却塔的进水端连通；
11.所述第一压力传感器设置在所述第一冷却水泵的出水口端；
12.所述燃料电池模组的进水口处设置有所述第一流量计和所述第一温度传感器。
13.进一步地，所述电站燃料电池冷却系统还包括：
14.与所述第一燃料电池模组并联的第二燃料电池模组。
15.进一步地，所述第二燃料电池模组的进水口处设置有第二压力传感器。
16.进一步地，所述第二燃料电池模组的进水口处设置有第二流量计。
17.进一步地，所述第二燃料电池模组的进水口处设置有第二温度传感器。
18.进一步地，所述第二燃料电池模组的出水口与第二换热器的第二进水口连通，所述换热器的第二出水口与所述冷却塔的进水端连通，所述第二换热器的第一进水口与所述第一换热器的第一出水口连通，所述第二换热器的第二出水口与所述冷却塔的进水端连通。
19.进一步地，所述燃料电池模组至少由两个并联的电池包组成。
20.进一步地，所述电池包的进水口端还设置有比例阀。
21.进一步地，所述电池包的出水口端还设置有温度传感器。
22.本实用新型提供的电站燃料电池冷却系统能够解决大功率燃料电站的燃料电池系统散热问题，可以解决所有燃料电池冷却流体分配不均匀问题，可以独立控制不同电堆的流量，使燃料电池系统性能更佳，且能减少流量计的使用数量，节约成本。
附图说明
23.本实用新型构成说明书的一部分附图描述了本实用新型的实施例，并且连同说明书一起用于解释本实用新型的原理。
24.图1为本实用新型实施例中一种电站燃料电池冷却系统的结构示意图。
具体实施方式
25.下面将结合附图来详细描述本实用新型的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。
26.同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
27.以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。
28.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。
29.对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
30.在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
31.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
32.如图1所示，为本实用新型一个实施例中的一种电站燃料电池冷却系统，
33.a-1为冷却水泵，p11为压力传感器，e11为第一燃料电池模组的流量计，t11为第一燃料电池模组的入水口水温传感器，c-11、c-21、c-31、c-41为模组编号1的比例阀，第一燃料电池模组由并联的燃料电池包pack11、pack21、pack31和pack41组成，即不同燃料电池模组可为单堆也可为多堆；t110、t210、t310、t410为分别设置在燃料电池包pack11、pack21、pack31、pack41的冷却液出水口的温度传感器；
34.电站燃料电池冷却系统还包括与第一燃料电池模组并联的燃料电池模组n，其中，p1n为压力传感器，e1n为模组编号n的流量计，t1n为燃料电池模组n的入水口冷却液温度传感器，c-1n、c-2n、c-3n、c-4n为燃料电池模组n中与设置在每个电池包进水口端的比例阀，燃料电池模组n分别包含燃料电池包模块pack1n、pack2n、pack3n、pack4n，燃料电池模组可为单堆也可为多堆，t1n0、t2n0、t3n0、t4n0分别为燃料电池模组n中并联的燃料电池包
pack1n、pack2n、pack3n、pack4n的冷却液出水口的温度传感器；
35.b-11为第一燃料电池模组的换热器、b-1n为燃料电池模组n的换热器，a-2为冷却水泵、c1为散热器或者冷却塔。
36.其中，冷却塔的出水端和冷却水泵a-2的进水端连通；冷却泵a-2的出水端和换热器b-11的第一进水端连通；换热器b-11的第一出水端和冷却泵a-1的进水端连通；冷却泵a-1和第一燃料电池模组进水口连通；第一燃料电池模组的出水口和换热器b-11的第二进水端连通；换热器b-11的第二出水端和冷却塔c1的进水端连通；压力传感器p11设置在冷却泵a-2的出水口端；流量计e11和温度传感器t11分别设置在第一燃料电池模组的进水口处。
37.冷却系统的冷却原理为：
38.冷却泵a-1通过增压使冷却液流动，冷却泵出水口压力为p，冷却液经过压力传感器p11，分为两路；
39.一路流过第一燃料电池模组，另外一路则流向燃料电池模组n。流入第一燃料电池模组的冷却液，分别通过流量计e11和温度传感器t11，然后分为四路，分别流入燃料电池模组的电池包pack11、pack21、pack31和pack41，四条冷却液路分别经过比例阀c-11、c-21、c-31和c-41，流过四个电池包，之后再经过电池包出水口的温度传感器t110、t120、t130和t140，最后汇流；
40.汇流后的冷却液流路通过板式换热器b-11将系统热量散到冷却塔c1端，进而使第一燃料电池模组产生的热通过换热器b-11换到外循环，最后通过冷却塔将热量散到大气中。
41.流向燃料电池模组n的冷却液路，(n＝0，1，2，3
…
)，该冷却系统有几个并联的燃料电池模组，冷却液路就又分为几路，流向每个燃料电池模组冷却液的冷却方式同前述第一燃料电池模组的冷却方式相同，每个燃料电池模组n分别配有一个独立的换热器b-1n，(n＝0，1，2，3
…
)，汇流后的冷却液回路均通过板式换热器b-1n将系统热量散到冷却塔c1端，进而使燃料电池模组n产生的热换到外循环，最后通过冷却塔将热量散到大气中。
42.本实施例中还公开电站燃料电池冷却系统的控制方式：
43.燃料电池模组的功率为p，热功率为p0，目标冷却液的流量为q1，入水口目标水温为t；燃料电池模组包含四个电池包，分别为：pack11、pack21、pack31和pack41；第一燃料电池模组的入水口水温通过调节冷却塔的冷却能力来控制，使第一燃料电池模组实际入水口水温与目标入水口水温偏差趋于0。
44.燃料电池模组中电池包pack11的功率p-1，热功率为p-0，第一燃料电池模组的目标出水口水温为t-1；pack11出水口水温通过调节比例阀c-11的开度调节冷却流量，从而调节第一燃料电池模组目标出水口水温，使pack11的出水口水温与第一燃料电池模组目标水温t的差值趋于0。
45.其他电池包pack12、pack13、pack14的控制方式与前述pack11的控制方式相同，且其他燃料电池模组n包含的不同燃料电池包(pack1n、pack2n、pack3n、pack4n)，其燃料电池模组的温度控制方式同前述第一燃料电池模组。
46.本实施例中公开的燃料电池模组故障诊断方式为：
47.当燃料电池模组的功率相同时，控制实际流入每个燃料电池模组的冷却液流量与目标流量偏差趋于0，控制每个燃料电池模组的实际入水口水温与目标入水口水温偏差趋
于0，进而对不同燃料电池模组的运行情况进行故障诊断；
48.第一燃料电池模组的功率为p，热功率为p0，待测电池包pack11的冷却液的流量为q1，每个燃料电池模组冷却液出水口实际温度与目标入水口温度差值δt，如，pack11在功率为p-1时，电池包pack11出水口实际温度为tact110，燃料电池模组的目标出水口水温为t-1，则燃料电池模组pack11出水口实际温度与目标出水口水温差值为δt11，实现通过判断燃料电池模组实际出水口温度与目标出水口水温差值δt，进而判断燃料电池模组运行的健康度；
49.具体判断方为：如燃料电池模组pack11实际出水口水温与目标出水口水温差值为δt11，当温度偏差δt11大于3℃时，则故障等级为3级，说明燃料电池模组pack11散热量与目标值相比偏大，pack11运行健康度一般；
50.温度偏差δt11大于5℃，则故障等级为2级，燃料电池模组pack11需要降低功率运行，燃料电池模组pack11的运行功率为目标功率的50％，燃料电池模组pack11健康度为不健康；
51.温度偏差δt11大于8℃，则故障等级为1级，燃料电池模组pack11停止运行，模块pack11故障。
52.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则范围之内所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
53.还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。