一种能提高温控精度的氢燃料电池冷却系统的制作方法

1.本实用新型涉及氢燃料电池技术领域，具体而言，特别涉及一种能提高温控精度的氢燃料电池冷却系统。


背景技术：

2.氢能源作为一个可持续的解决方案在能源危机的大环境下被人们定为“终极能源”。氢燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置， 是一种高效、环保的新型发电装置，在各个领域都有广泛地应用。氢燃料电池是使用氢这种化学元素，制造成储存能量的电池，由于氢燃料电池的反应中只生成水，因此是一种绿色环保的能源. 在当前碳达峰、碳中和的要求下，氢燃料电池进入了快速发展阶段，市场的需求不断增长。氢燃料电池一直在不断的进步，无论是在零部件和是系统方面，寿命、稳定性，可靠性、安全性、及性能都不断在提升。而效率是非要主要的性能参数，效率提升在正常的市场化过程中能降低氢气消耗，增加运营营收。
3.目前氢燃料电池系统，因为工作温度控制不准，其工作温度远低于质子交换膜允许的温度，其工作温度与质子交换膜允许的温度留有很大的余量，防止温度没控制住超过质子交换膜允许的温度而损坏质子交换膜，使氢燃料电池的性能不能发挥出来。具体体现在以下几个方面：1、氢燃料电池工作温度降低使质子定向运动而消耗的能量增加，提高低极化内阻导致运行电压降低，使氢燃料电池系统发电效率降低；2、氢燃料电池工作温度降低使冷却系统的换热器与空气的换热效率降低、与环境的传导散热效率降低、反应排出水温度提升导致带出的热量减少，最终增加冷却系统的能耗，降低系统的效率；3、氢燃料电池工作温度降低使排气带出的水分减少，为解决电堆水淹的问题，使双极板流道设计复杂，增加双极板的体积和重量。


技术实现要素：

4.本实用新型要解决的技术问题是提供一种能提高氢燃料电池工作温度的冷却系统。
5.为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种能提高温控精度的氢燃料电池冷却系统，用于连接电堆出水口和进水口，包括电子节温器、散热水箱、水泵和管道加热器，所述电堆出水口通过管道连通于所述电子节温器进水口，所述散热水箱一端通过管道连通于所述电子节温器第一出水口，所述散热水箱另一端通过管道连通于所述水泵的进水口，所述水泵出水口通过管道连通于电堆进水口；所述电子节温器第二出水口通过管道连通于所述水泵的进水口，并且所述管道上设有管道加热器。
6.根据本实用新型的一个实施例，所述冷却系统还设有中冷器和膨胀水箱，所述中冷器和所述膨胀水箱通过管道串联，所述中冷器的一端连通于所述水泵的进水口，所述膨胀水箱的一端连通于所述水泵的出水口。
7.根据本实用新型的一个实施例，所述水泵出水口与所述电堆进水口连通的管道之
间设有y形过滤器。
8.根据本实用新型的一个实施例，所述水泵出水口和所述电堆出水口之间连接有去离子水过滤器。
9.根据本实用新型的一个实施例，所述电堆进水口处的管道上设有压力传感器和第一温度传感器。
10.根据本实用新型的一个实施例，所述电堆出水口处的管道上设有第二温度传感器。
11.根据本实用新型的一个实施例，所述冷却系统还设有控制器。
12.根据本实用新型的一个实施例，所述冷却系统还设有加速度传感器和坡度传感器，所述加速度传感器和所述坡度传感器与控制器电气连接。
13.本实用新型的技术效果在于：
14.1、本实用新型提供了一种能提高温控精度的氢燃料电池冷却系统，该系统分为高温冷却液和相对温度较低冷却液的两种冷却路径：高温冷却液从氢燃料电堆出水口流入电子节温器入水口，经电子节温器第一出水口流出，再进入散热水箱与空气换热降温，降温后的冷却液经水泵、y形过滤器进入氢燃料电堆；在冷却液相对温度较低的时候，冷却液经电子节温器第二出水口流出不需要散热，在冷却液温度低于电堆允许工作温度时，管道加热器开启给冷却液加热升温。通过这两种路径该系统实现了提高氢燃料电池工作温度这一有益效果。
15.2、本实用新型提供一种能提高温控精度的氢燃料电池冷却系统，通过控制器对系统中的压力传感器、第一温度传感器、第二温度传感器、散热水箱、水泵、管道加热器以及电子节温器进行控制，提高了氢燃料电池电堆和系统的效率、改善电堆水淹的问题、优化双极板的质量和体积设计。
16.3、本氢燃料电池冷却系统中配置的坡度和加速度传感器，还能探测出车辆发生车祸时快速切断氢气供应，提高了氢燃料电池使用的安全性。
附图说明
17.图1是一种能提高温控精度的氢燃料电池冷却系统的原理图；
18.图2是一种能提高温控精度的氢燃料电池冷却系统的控制流程图。
19.附图标记：1-中冷器；2-膨胀水箱；3-散热水箱；4-加速度传感器；5-坡度传感器；6-控制器；7-水泵；71-水泵进水口；72-水泵出水口；8-y形过滤器；9-去离子水过滤器；10-管道加热器；11-电子节温器；111-电子节温器进水口；112-电子节温器第一出水口；113-电子节温器第二出水口；12-压力传感器；13-第一温度传感器；14-第二温度传感器；15-电堆；151-电堆出水口；152-电堆进水口。
具体实施方式
20.下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。
21.如图1所示，一种能提高温控精度的氢燃料电池冷却系统，主要由中冷器1、膨胀水箱2、散热水箱3、加速度传感器4、坡度传感器5、控制器6、水泵7、y形过滤器8、去离子水过滤
器9、管道加热器10、电子节温器11、压力传感器12、第一温度传感器13、第二温度传感器14组成。控制器6与加速度传感器4、坡度传感器5、压力传感器12、第一温度传感器13、第二温度传感器14、散热水箱3、水泵7、管道加热器10、电子节温器11之间按照附图所示电气连接。中冷器1、膨胀水箱2、散热水箱3、水泵7、y形过滤器8、去离子水过滤器9、管道加热器10、电子节温器11之间按照附图所示通过管道连接。
22.如图1所述，中冷器1与膨胀水箱2通过管道串联，中冷器1的一端连通于所述水泵的进水口71，所述膨胀水箱2的一端连通于所述水泵的出水口72，中冷器1用于给压缩空气降温、膨胀水箱2用于缓冲冷却液由于压力和温度的变化引起的体积变化。
23.如图1所示，高温冷却液在氢燃料电堆出水口151进入电子节温器的进水口111，再经电子节能器第一出水口112，进入散热水箱,3与空气换热降温，降温后的冷却液经水泵7、y形过滤器8进入氢燃料电堆15。氢燃料电堆出水口151和水泵出水口72间连接有去离子水过滤器9用于降低冷却水的电导率。电子节温器第二出水口113与水泵进水口71间连接有管道加热器10，在冷却液相对温度较低的时候，冷却液经电子节温器第二出水口113流出不需要散热，在冷却液温度低于电堆15允许工作温度时，管道加热器10开启给冷却液加热升温。
24.如图1所示，压力传感器12、第一温度传感器13安装在氢燃料电堆进水口152管道上，将进水口152的压力和温度信号上传给控制器6，第二温度传感器14安装在氢燃料电堆出水口151管道上，将出水口151的温度信号上传给控制器6。控制器6根据第一温度传感器13与第二温度传感器14的温差来通过can总线控制水泵7的转速，根据第一温度传感器13的温度来通过pwm控制散热水箱3风机的转速、通过can来控制电子节温器11的通道选择、通过can来控制管道加热器10的启停。
25.如图1和图2所示，加速度传感器4用于检测氢燃料电池车辆的变速情况a，坡度传感器5用于检测氢燃料电池车辆运行道路的坡度i，加速度a和坡度i对氢燃料电池冷却液的流阻r的影响，用以r为因变量，a、i、v为自变量的关系方程r=f(a，i，v)表征（其中v为冷却液的实时流量，可以用水泵7的转速换算），该方程在空间上表征一个实体（由无数个曲面叠加而成）。按照车辆的允许运行坡度范围及加速性能范围内标定测试若干工作点，根据若干工作点数据求出拟合方程，在车辆运行过程中，根据实时检测的加速度和坡度使用拟合方程计算出冷却液实时流阻的变化，再根据流阻的变化去修正水泵和散热水箱风扇的转速，实现在温度传感器检测到真实温度之前，提前把温度控制住（控制流程见附图2）。实时检测的加速度和坡度计算出冷却液实时流阻的变化，具体实现时除了用多项式拟合方程，还可以用查表等其他方式实现。配置的加速度传感器4、坡度传感器5，还能探测出车辆发生车祸时快速切断氢气供应，提高安全性。
26.需要说明的是，在本说明书的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或者暗示相对重要性。
27.以上所述实施例仅是为充分说明本实用新型而所举的较佳的实施例，本实用新型的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本实用新型基础上所作的等同替代或变换，均在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围以权利要求书为准。