一种氢燃料电池发动机冷却系统的制作方法

本发明涉及氢燃料电池，具体涉及一种氢燃料电池发动机冷却系统。

背景技术：

1、燃料电池汽车(fcv)是一种用车载燃料电池装置产生的电力作为动力的汽车。车载燃料电池装置所使用的燃料为高纯度氢气或含氢燃料经重整所得到的高含氢重整气。与通常的电动汽车比较,其动力方面的不同在于fcv用的电力来自车载燃料电池装置,电动汽车所用的电力来自由电网充电的蓄电池。

2、为满足汽车的使用要求,车用氢燃料电池必须具有高比能量、低工作温度、起动快、无泄漏等特性，目前氢燃料电池发动机冷却系统采用大小循环的设计方案，为解决低温冷启动问题，通常在小循环回路中布置wptc加热器用于辅助加热，大小循环通过节温器切换。

3、目前方案存在以下缺点：

4、冷启动状态下，由于通常大功率电堆系统设计的水容积较大，温升时间长，在电堆启动后，电堆产生的热量除了一部分转化为电堆本身的温升，有相当一部分被冷却液带走，冷启动效率不高。

5、在电堆温度上升完成后，冷却系统需从小循环切换为大循环模式，此时散热器中存在较多低温未被加热的水，大小循环切换过程中，不可避免的低温水会进入电堆，使得电堆温度突变，影响电堆功率的稳定输出。

6、由于wptc加热器本身在大流量散热模式下流阻较大，一般无法布置在主回路上，有一定的布置局限性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种氢燃料电池发动机冷却系统，以解决现有技术中的冷却系统冷启动效率不高、影响电堆功率的稳定输出，及wptc加热器有一定的布置局限性的问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种氢燃料电池发动机冷却系统，包括电堆、wptc加热器、水泵、过滤器以及散热器，所述电堆出水口与所述散热器进水口连接，所述散热器出水口与所述过滤器进水口连接，所述过滤器出水口与所述水泵进水口连接，所述水泵出水口与所述wptc加热器进水口连接，所述wptc加热器出水口与所述电堆进水口连接，还包括电性连接于所述wptc加热器与所述散热器之间的热管理控制单元，所述热管理控制单元可根据所述电堆的实时温度切换相应模式，实现对冷却系统的精准调节。

4、作为本发明进一步的方案：所述热管理控制单元包括五通球阀、流量阀以及控制模块；所述五通球阀具有五个管道连接口，其中0号管道连接口封堵无外接，1号管道连接口连接于所述wptc加热器出水口与所述电堆进水口之间，2号管道连接口连接于所述散热器出水口与所述过滤器进水口之间，3号管道连接口与所述散热器的进水口连接，4号管道连接口与所述电堆出水口连接，5号管道连接口于所述水泵出水口与所述wptc加热器进水口之间；所述流量阀设置于所述3号管道连接口与所述4号管道连接口之间；所述控制模块与所述五通球阀、流量阀通信连接。

5、作为本发明进一步的方案：所述五通球阀内设置有可同步转动的一号流道和二号流道，所述一号流道用于连通所述五通球阀的两个相邻管道连接口，所述二号流道用于连通所述五通球阀的两个间隔管道连接口，两个管道连接口之间只间隔一个隔管道连接口。

6、作为本发明进一步的方案：所述流量阀的开度设置为0、0.1-0.5、1三种模式。

7、作为本发明进一步的方案：所述热管理控制单元还包括分别与所述控制模块通信连接的一号温度传感器和二号温度传感器，所述一号温度传感器设置于所述电堆内，用于实时测量所述电堆温度并上传至所述控制模块；所述二号温度传感器设置于所述散热器出水口处，用于实时测量所述散热器出水口温度并上传至所述控制模块。

8、作为本发明进一步的方案：所述热管理控制单元具有四种模式，分别如下：

9、模式一：一号流道连接于0号管道连接口与1号管道连接口之间，二号流道连接于2号管道连接口与4号管道连接口之间，且wptc加热器打开、散热器关闭、流量阀开度为0；

10、模式二：一号流道连接于0号管道连接口与5号管道连接口之间，二号流道连接于1号管道连接口与3号管道连接口之间，且wptc加热器打开、散热器关闭、流量阀开度为0.1-0.5；

11、模式三：一号流道连接于3号管道连接口与4号管道连接口之间，二号流道连接于1号管道连接口与5号管道连接口之间，且wptc加热器打开、散热器关闭、流量阀开度为1；

12、模式四：一号流道连接于3号管道连接口与4号管道连接口之间，二号流道连接于1号管道连接口与5号管道连接口之间，且wptc加热器关闭、散热器打开、流量阀开度为1。

13、作为本发明进一步的方案：当ts≤t0时，热管理控制单元启动模式一；

14、当t0＜ts＜20℃时，且在电堆启动运行30s后，热管理控制单元由模式一切换为模式二；

15、当20℃≤ts＜t1时，若δt＞5℃，热管理控制单元保持模式二运行；若δt≤5℃时，热管理控制单元由模式二切换为模式三；

16、当ts≥t1时，热管理控制单元由模式三切换为模式四。

17、其中，ts为电堆温度、t0为电堆允许启动温度、t1为电堆需求冷却温度、δt＝|tc-ts|，tc为散热器出水温度。

18、作为本发明进一步的方案：本发明还包括膨胀水壶和去离子器，所述膨胀水壶出水口连接于所述过滤器进水口与所述2号管道连接口之间，所述去离子器进水口与所述电堆出水口连接，所述去离子器出水口与所述膨胀水壶进水口连接。

19、本发明具有以下有益效果：

20、本发明通过设置热管理控制单元可以实现电堆从低温冷启动到高温散热的全过程多模式切换，使电堆具有快速冷启动及高效的高温散热性能。同时，通过模式切换功能，可以防止冷却液与电堆的温差过大，而导致电堆输出功率不稳定的问题，且wptc加热器的布置不再受限制，可以直接布置在冷却系统主回路上。

技术特征：

1.一种氢燃料电池发动机冷却系统，包括电堆、wptc加热器、水泵、过滤器以及散热器，所述电堆出水口与所述散热器进水口连接，所述散热器出水口与所述过滤器进水口连接，所述过滤器出水口与所述水泵进水口连接，所述水泵出水口与所述wptc加热器进水口连接，所述wptc加热器出水口与所述电堆进水口连接，其特征在于：还包括电性连接于所述wptc加热器与所述散热器之间的热管理控制单元，所述热管理控制单元可根据所述电堆的实时温度切换相应模式，实现对冷却系统的精准调节。

2.根据权利要求1所述的一种氢燃料电池发动机冷却系统,其特征在于：所述热管理控制单元包括五通球阀、流量阀以及控制模块；所述五通球阀具有五个管道连接口，其中0号管道连接口封堵无外接，1号管道连接口连接于所述wptc加热器出水口与所述电堆进水口之间，2号管道连接口连接于所述散热器出水口与所述过滤器进水口之间，3号管道连接口与所述散热器的进水口连接，4号管道连接口与所述电堆出水口连接，5号管道连接口于所述水泵出水口与所述wptc加热器进水口之间；所述流量阀设置于所述3号管道连接口与所述4号管道连接口之间；所述控制模块与所述五通球阀、流量阀通信连接。

3.根据权利要求2所述的一种氢燃料电池发动机冷却系统,其特征在于：所述五通球阀内设置有可同步转动的一号流道和二号流道，所述一号流道用于连通所述五通球阀的两个相邻管道连接口，所述二号流道用于连通所述五通球阀的两个间隔管道连接口，两个管道连接口之间只间隔一个隔管道连接口。

4.根据权利要3所述的一种氢燃料电池发动机冷却系统,其特征在于：所述流量阀的开度设置为0、0.1-0.5、1三种模式。

5.根据权利要4所述的一种氢燃料电池发动机冷却系统,其特征在于：所述热管理控制单元还包括分别与所述控制模块通信连接的一号温度传感器和二号温度传感器，所述一号温度传感器设置于所述电堆内，用于实时测量所述电堆温度并上传至所述控制模块；所述二号温度传感器设置于所述散热器出水口处，用于实时测量所述散热器出水口温度并上传至所述控制模块。

6.根据权利要求5所述的一种氢燃料电池发动机冷却系统,其特征在于:所述热管理控制单元具有四种模式，分别如下：

7.根据权利要求6所述的一种氢燃料电池发动机冷却系统,其特征在于：

8.根据权利要求2-7任一项所述的一种氢燃料电池发动机冷却系统,其特征在于：还包括膨胀水壶和去离子器，所述膨胀水壶出水口连接于所述过滤器进水口与所述2号管道连接口之间，所述去离子器进水口与所述电堆出水口连接，所述去离子器出水口与所述膨胀水壶进水口连接。

技术总结
本发明公开了一种氢燃料电池发动机冷却系统，包括电堆、WPTC加热器、水泵、过滤器、散热器、膨胀水壶、去离子器以及热管理控制单元。本发明通过设置热管理控制单元可以实现电堆从低温冷启动到高温散热的全过程多模式切换，使电堆具有快速冷启动及高效的高温散热性能。同时，通过模式切换功能，可以防止冷却液与电堆的温差过大，而导致电堆输出功率不稳定的问题，且WPTC加热器的布置不再受限制，可以直接布置在冷却系统主回路上。

技术研发人员：王书林,霍亮,吴洁,王鹏
受保护的技术使用者：上海明天观谛氢能科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/25