一种燃料电池多路循环冷却装置及其控制方法与流程

本发明涉及燃料电池台架测试系统，具体涉及一种燃料电池多路循环冷却装置及其控制方法。

背景技术：

1、电堆是燃料电池系统的核心部件，燃料电池电堆性能测试是研发燃料电池发电机系统的重要内容，特别是电堆产品性能的标定需要通过燃料电池测试台架完成。现有燃料电池测试台系统由空气系统、氢气系统、冷却系统以及相应电气控制系统组成，其中，冷却系统中电堆水温的稳定控制直接影响电堆的测试性能，这对电堆的活化及性能测试造成很大影响。一般现有技术中有采用散热器和排气补水的方式对水温进行控制，这种方式测试台架管路复杂且占用测试台的空间很大，此外还带来水路排气困难且时间较长，特别是在启动时水温上升很慢，在加载或减载时水温波动很大，对电堆的性能造成不利影响。

2、由于电堆在不同工况下的工作边界不同，在不同功率段下对进堆水温的要求不同，因此对进堆水温进行快速的温度控制并稳定在合适范围内，这对电堆测试台架系统提出了较高的技术要求，既能满足电堆全功率段稳定且精确控制，又要在电堆进行功率加减载时尽可能及时快速响应，这是一个亟需解决的问题。

3、针对上述问题，本发明采用一种燃料电池多路循环冷却装置及其控制方法，旨在一定程度上解决相关技术中的技术问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种燃料电池多路循环冷却装置及其控制方法，旨在一定程度上解决相关技术中的技术问题。

2、为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

3、一种燃料电池多路循环冷却装置，包括水泵、换热器、加热器一和三通阀，三通阀、水泵、加热器一依次连接并与电堆相连形成闭合循环回路，电堆冷却水出口连接三通阀一端，电堆冷却水入口连接水泵一端；其中，水泵与电堆入口之间设有颗粒过滤器，换热器与水泵之间设有排气水罐，排气水罐顶端设有排气阀，排气水罐底端设有排水阀，排气水罐内设有加热器三；三通阀一端分别连接有开关阀一和开关阀二，开关阀一与排气水罐之间通过加热器二相连，换热器外循环端还连接有外冷却水泵送装置，换热器外循环进出口分别连接外冷却水泵送装置进出口，换热器内循环入口端连接开关阀二，换热器内循环出口端连接排气水罐，外冷却水泵送装置出口与换热器入口之间设有调节阀和温度传感器四。

4、在上述技术方案的基础上，颗粒过滤器并联连接去离子器，水泵与颗粒过滤器之间设有流量传感器，颗粒过滤器与电堆入口端之间设有温度传感器一和压力传感器一。

5、在上述技术方案的基础上，三通阀与电堆出口之间设有温度传感器二和压力传感器二。

6、在上述技术方案的基础上，排气水罐内壁分别设有液位传感器一和液位传感器二，且液位传感器一和液位传感器二分别设置于不同预定高度处。

7、在上述技术方案的基础上，排气水罐内还设有电导率传感器和温度传感器三，加热器三设置于排气水罐内腔体中心位置处。

8、在上述技术方案的基础上，排气水罐入口端连接有补水阀，补水阀连接外部去离子水源。

9、在上述技术方案的基础上，排水阀一端接入排气水罐且另一端连接外部集水罐。

10、在上述技术方案的基础上，排气阀入口端连接排气水罐顶端预留开孔，且排气阀另一出口端连接外部大气排空。

11、在上述技术方案的基础上，三通阀内三条正交的管道相互联通且可控制三条通道中任一通断状态。

12、在上述技术方案的基础上，一种燃料电池多路循环冷却装置的控制方法，该方法包括以下步骤：

13、步骤一、启动燃料电池电堆测试台架，开始测试程序，进入下一步；

14、步骤二、冷启动状态及低功率段：开关阀一、开关阀二保持关闭；控制三通阀将冷却水导通进入加热器一中加热，控制水泵转速保持电堆循环冷却水流量至预定值一，进入下一步；

15、步骤三、开启排气阀并保持打开状态，控制加热器三加热使排气水罐内冷却水至预定温度，进入下一步；

16、步骤四、中功率段：打开开关阀一，关闭开关阀二，控制三通阀使冷却水经过加热器二加热后再进入排气水罐，控制水泵转速来控制电堆循环冷却水流量至预定值二，进入下一步；

17、步骤五、通过pid算法控制加热器一、加热器二和加热器三同时加热从而控制水温快速上升，进入下一步；

18、步骤六、高功率段：控制三通阀断开加热器一并接通开关阀二，关闭开关阀一，关闭加热器一和加热器二，打开开关阀二；控制水泵转速使电堆循环冷却水流量值预定值三，进入下一步；

19、步骤七、通过控制调节阀开度以及加热器三对电堆循环冷却水的温度进行调节控制；

20、步骤八、完成测试程序，结束。

21、与现有技术相比，本发明的优点在于：

22、（1）本发明中的一种燃料电池多路循环冷却装置与现有技术相比，能够实现待测电堆工作温度快速上升，并在加载减载测试阶段保持温度控制的高稳定性，提高了台架测试温控系统执行操作的精准性，并且精简了冷却水管路。

23、（2）本发明中的一种燃料电池多路循环冷却装置通过设置三通阀和三个加热器单独控制回路，实现了燃料电池测试台多阶梯加热调温功能，获得电堆测试快速升温控温能力，解决了燃料电池电堆冷启动及中低功率阶段电堆升温慢的问题。

24、（3）本发明中的一种燃料电池多路循环冷却装置在电堆冷却主回路上设置可控的排气水罐使进出堆水热容量增大，减小冷却水水温波动很小，有利于进出堆水温控制。

25、（4）本发明中的一种燃料电池多路循环冷却装置通过设置排气水罐代替一般的排气补水水壶更有利于将测试台集成化布置，解决了常规管路布置导致侵占过多空间的问题，节约了测试实验室占地面积。

技术特征：

1.一种燃料电池多路循环冷却装置，其特征在于：包括水泵、换热器、加热器一和三通阀，三通阀、水泵、加热器一依次连接并与电堆相连形成闭合循环回路，电堆冷却水出口连接三通阀一端，电堆冷却水入口连接水泵一端；其中，水泵与电堆入口之间设有颗粒过滤器，换热器与水泵之间设有排气水罐，排气水罐顶端设有排气阀，排气水罐底端设有排水阀，排气水罐内设有加热器三；三通阀一端分别连接有开关阀一和开关阀二，开关阀一与排气水罐之间通过加热器二相连，换热器外循环端还连接有外冷却水泵送装置，换热器外循环进出口分别连接外冷却水泵送装置进出口，换热器内循环入口端连接开关阀二，换热器内循环出口端连接排气水罐，外冷却水泵送装置出口与换热器入口之间设有调节阀和温度传感器四。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池多路循环冷却装置，其特征在于：所述颗粒过滤器并联连接去离子器，水泵与颗粒过滤器之间设有流量传感器，颗粒过滤器与电堆入口端之间设有温度传感器一和压力传感器一。

3.根据权利要求1所述的一种燃料电池多路循环冷却装置，其特征在于：所述三通阀与电堆出口之间设有温度传感器二和压力传感器二。

4.根据权利要求1所述的一种燃料电池多路循环冷却装置，其特征在于：所述排气水罐内壁分别设有液位传感器一和液位传感器二，且液位传感器一和液位传感器二分别设置于不同预定高度处。

5.根据权利要求1所述的一种燃料电池多路循环冷却装置，其特征在于：所述排气水罐内还设有电导率传感器和温度传感器三，加热器三设置于排气水罐内腔体中心位置处。

6.根据权利要求1所述的一种燃料电池多路循环冷却装置，其特征在于：所述排气水罐入口端连接有补水阀，补水阀连接外部去离子水源。

7.根据权利要求1所述的一种燃料电池多路循环冷却装置，其特征在于：所述排水阀一端接入排气水罐且另一端连接外部集水罐。

8.根据权利要求1所述的一种燃料电池多路循环冷却装置，其特征在于：所述排气阀入口端连接排气水罐顶端预留开孔，且排气阀另一出口端连接外部大气排空。

9.根据权利要求1所述的一种燃料电池多路循环冷却装置，其特征在于：所述三通阀内三条正交的管道相互联通且可控制三条通道中任一通道的通断状态。

10.基于权利要求1-9任意一项一种燃料电池多路循环冷却装置的控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种燃料电池多路循环冷却装置及其控制方法，涉及燃料电池台架测试系统技术领域，包括水泵、换热器、加热器一和三通阀，三通阀、水泵、加热器一依次连接并与电堆相连形成闭合循环回路，电堆冷却水出口连接三通阀一端，电堆冷却水入口连接水泵一端；换热器与水泵之间设有排气水罐，排气水罐顶端设有排气阀，排气水罐底端设有排水阀，排气水罐内设有加热器三；三通阀一端分别连接有开关阀一和开关阀二，开关阀一与排气水罐之间通过加热器二相连，换热器外循环端还连接有外冷却水泵送装置；本申请中的技术方案能够控制待测电堆温度快速上升，以及精确控制电堆加载减载时的温度变化，实现燃料电池测试台架高效稳定的热管理功能。

技术研发人员：徐行胜,全琎,全书海
受保护的技术使用者：武汉海亿新能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/29