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一种燃料电池电堆分布式冷启动装置、系统和方法制造方法及图纸

技术编号:18974233 阅读:43 留言:0更新日期:2018-09-19 04:20
本申请提出一种燃料电池电堆分布式冷启动装置、系统和方法,所述装置包括:分布式加热棒、控制机构、针阀机构和管道机构,管道机构与燃料电池电堆、换热器、空气压缩机、分布式加热棒、水泵相连接,用于将氢气和空气循环加热传输至燃料电池电堆内部;分布式加热棒分别设置于针阀机构和换热器的通路上和冷却液的循环通路上;控制机构,用于根据数据采集装置采集的目标区域的温度信号确定冷却液的温度,并控制针阀机构的开度,还用于根据温度信号控制外接电源为分布式加热棒提供电压或燃料电池电堆产生的电源为分布式加热棒提供电压;针阀机构设置于水泵与分布式加热棒之间的通路上,针阀机构的受控端连接于控制机构,用于根据控制机构的信号控制通过换热器的冷却液的流量。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池电堆分布式冷启动装置、系统和方法
本专利技术涉及燃料电池的热管理
,具体涉及一种燃料电池电堆分布式冷启动装置、系统和方法。
技术介绍
燃料电池(例如质子交换膜燃料电池(PEMFC))发电正以急起直追的势头快步进入工业化规模应用的阶段,将成为21世纪继火电、水电、核电后的第四代发电方式,燃料电池发动机低温冷启动性能对于其产业化至关重要,其冷启动能力主要由电堆自身电化学和传热传质特性决定。目前电堆的独立冷启动能力在-15~-20摄氏度之间,更低温度的冷启动目前尚没有解决方案。
技术实现思路
本专利技术提供一种燃料电池电堆分布式冷启动装置、系统和方法,实现低温环境启动燃料电池电堆。为了实现上述专利技术目的,本专利技术采取的技术方案如下:第一方面,本专利技术提供一种燃料电池电堆分布式冷启动装置,包括:分布式加热棒、控制机构、针阀机构和管道机构,所述管道机构与燃料电池电堆、换热器、空气压缩机、分布式加热棒、水泵相连接,用于将氢气和空气循环加热传输至所述燃料电池电堆内部;分布式加热棒分别设置于针阀机构和换热器的通路上和冷却液的循环通路上;所述控制机构与数据采集装置相连接,用于根据所述数据采集装置采集的目标区域的温度信号确定冷却液的温度,根据所述目标区域的温度信号控制针阀机构的开度,还用于根据所述目标区域的温度信号控制外接电源为分布式加热棒提供电压或燃料电池电堆产生的电源为分布式加热棒提供电压;所述针阀机构设置于水泵与分布式加热棒之间的通路上,所述针阀机构的受控端连接于控制机构,用于根据控制机构的信号控制通过换热器的冷却液的流量。优选地,所述管道机构包括排气管道,所述排气管道设置于所述燃料电池电堆的氢气排出口和换热器出口的通路上,用于将燃料电池电堆中排出的氢气循环至燃料电池电堆内部。优选地,所述控制机构,还用于根据所述数据采集装置采集的目标区域的温度信号确定分布式加热棒是否加热。优选地,所述数据采集装置包括:设置于燃料电池电堆的冷却液出口处的温度传感器。优选地,所述控制机构,还用于根据所述目标区域的温度信号控制节温器的开度。优选地,所述控制机构,还用于根据所述目标区域的温度信号控制散热器的风扇的转速。第二方面,本专利技术提供一种燃料电池电堆分布式冷启动系统,包括:上述的燃料电池电堆分布式冷启动装置、数据采集装置、换热器、空气压缩机和外接电源。优选地,所述数据采集装置包括:设置于燃料电池电堆的冷却液出口处的温度传感器。第三方面,本专利技术提供一种燃料电池电堆分布式冷启动方法,包括:采集目标区域的温度信号并确定冷却液的温度;根据所述目标区域的温度信号控制针阀机构的开度,并根据所述目标区域的温度信号控制外接电源为分布式加热棒提供电压或燃料电池电堆产生的电源为分布式加热棒提供电压。优选地,所述的方法还包括:根据所述数据采集装置采集的目标区域的温度信号确定分布式加热棒是否加热。优选地,所述的方法还包括:根据所述目标区域的温度信号控制节温器的开度。优选地,所述的方法还包括:根据所述目标区域的温度信号控制散热器的风扇的转速。本专利技术和现有技术相比,具有如下有益效果:本专利技术的技术方案将加热棒采用多点分布式方式安装,例如,安装两个加热棒,一个主要给冷却液加热,一个主要用于对进气进行加热。可以减小加热棒的体积便于安装,可以用于实现燃料电池电堆在零下30℃启动。以对低温环境下燃料电池电堆启动时间最短为目标,以及低温启动过程中电流加载和冷却液温度控制,实现无热源-30℃低温启动功能。附图说明图1为本专利技术实施例的一种燃料电池电堆分布式冷启动装置的结构示意图;图2为本专利技术实施例的一种燃料电池电堆分布式冷启动方法的流程图;图3为本专利技术实施例的一种燃料电池电堆分布式冷启动系统的结构示意图;其中,1为空气过滤器;2为空气压缩机;3为燃料电池电堆;4为空气排气阀;5为流量计;6为氢气排气阀;7为节温器;8为水泵;9为针阀机构;10为第一加热棒;11为第二加热棒;12为换热器;13为循环泵;14为DC/DC转换器;15为动力电池;16为电源线。具体实施方式为使本专利技术的专利技术目的、技术方案和有益效果更加清楚明了,下面结合附图对本专利技术的实施例进行说明,需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例和实施例中的特征可以相互任意组合。如图1所示,本专利技术实施例提供一种燃料电池电堆分布式冷启动装置,包括:分布式加热棒、控制机构、针阀机构和管道机构,所述管道机构与燃料电池电堆、换热器、空气压缩机、分布式加热棒、水泵相连接,用于将氢气和空气循环加热传输至所述燃料电池电堆内部;分布式加热棒分别设置于针阀机构和换热器的通路上和冷却液的循环通路上;所述控制机构与数据采集装置相连接,用于根据所述数据采集装置采集的目标区域的温度信号确定冷却液的温度,根据所述目标区域的温度信号控制针阀机构的开度,还用于根据所述目标区域的温度信号控制外接电源为分布式加热棒提供电压或燃料电池电堆产生的电源为分布式加热棒提供电压;所述针阀机构设置于水泵与分布式加热棒之间的通路上,所述针阀机构的受控端连接于控制机构,用于根据控制机构的信号控制通过换热器的冷却液的流量。本专利技术实施例中,所述控制机构控制针阀机构的开度,可以控制通过换热器的冷却液的流量,进而使得氢气经过换热器传输至所述燃料电池电堆内部的温度在预设温度范围内。所述控制机构控制外接电源与燃料电池电堆产生的电源切换时,采用所述目标区域的温度作为依据,可以设定当所述目标区域的温度小于或者等于第一预设温度时,由外接电源为分布式加热棒提供电压,当所述目标区域的温度大于第一预设温度时,由燃料电池电堆产生的电源为分布式加热棒提供电压。本专利技术实施例中,所述管道机构包括排气管道,所述排气管道设置于所述燃料电池电堆的氢气排出口和换热器出口的通路上,用于将燃料电池电堆中排出的氢气循环至燃料电池电堆内部。本专利技术实施例中,所述控制机构,还用于根据所述数据采集装置采集的目标区域的温度信号确定分布式加热棒是否加热。所述控制机构控制分布式加热棒停止加热时,采用所述目标区域的温度作为依据,可以设定当所述目标区域的温度大于第二预设温度时,控制分布式加热棒停止加热。一般情况,第二预设温度大于或者等于第一预设温度。本专利技术实施例中,所述数据采集装置包括:设置于燃料电池电堆的冷却液出口处的温度传感器。本专利技术实施例中,所述控制机构,还用于根据所述目标区域的温度信号控制节温器的开度,进而控制冷却液流入散热器的流量。本专利技术实施例中,所述控制机构,还用于根据所述目标区域的温度信号控制散热器的风扇的转速,使得冷却液的温度在预设温度范围内。本专利技术实施例还提供一种燃料电池电堆分布式冷启动系统,包括上述的燃料电池电堆分布式冷启动装置、数据采集装置、换热器、空气压缩机和外接电源。本专利技术实施例中所述数据采集装置包括:设置于燃料电池电堆的冷却液出口处的温度传感器。如图2所示,本专利技术实施例还提供一种燃料电池电堆分布式冷启动方法,包括:S101、采集目标区域的温度信号并确定冷却液的温度;S102、根据所述目标区域的温度信号控制针阀机构的开度,并根据所述目标区域的温度信号控制外接电源为分布式加热棒提供电压或燃料电池电堆产生的电源为分布式加热棒提供电压。本专利技术实施例中,所述的方法还包括:根据所述数据采集装置采集的目标区本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池电堆分布式冷启动装置,其特征在于,包括:分布式加热棒、控制机构、针阀机构和管道机构,所述管道机构与燃料电池电堆、换热器、空气压缩机、分布式加热棒、水泵相连接,用于将氢气和空气循环加热传输至所述燃料电池电堆内部;分布式加热棒分别设置于针阀机构和换热器的通路上和冷却液的循环通路上;所述控制机构与数据采集装置相连接,用于根据所述数据采集装置采集的目标区域的温度信号确定冷却液的温度,根据所述目标区域的温度信号控制针阀机构的开度,还用于根据所述目标区域的温度信号控制外接电源为分布式加热棒提供电压或燃料电池电堆产生的电源为分布式加热棒提供电压;所述针阀机构设置于水泵与分布式加热棒之间的通路上,所述针阀机构的受控端连接于控制机构,用于根据控制机构的信号控制通过换热器的冷却液的流量。

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池电堆分布式冷启动装置,其特征在于,包括:分布式加热棒、控制机构、针阀机构和管道机构,所述管道机构与燃料电池电堆、换热器、空气压缩机、分布式加热棒、水泵相连接,用于将氢气和空气循环加热传输至所述燃料电池电堆内部;分布式加热棒分别设置于针阀机构和换热器的通路上和冷却液的循环通路上;所述控制机构与数据采集装置相连接,用于根据所述数据采集装置采集的目标区域的温度信号确定冷却液的温度,根据所述目标区域的温度信号控制针阀机构的开度,还用于根据所述目标区域的温度信号控制外接电源为分布式加热棒提供电压或燃料电池电堆产生的电源为分布式加热棒提供电压;所述针阀机构设置于水泵与分布式加热棒之间的通路上,所述针阀机构的受控端连接于控制机构,用于根据控制机构的信号控制通过换热器的冷却液的流量。2.如权利要求1所述的装置,其特征在于:所述管道机构包括排气管道,所述排气管道设置于所述燃料电池电堆的氢气排出口和换热器出口的通路上,用于将燃料电池电堆中排出的氢气循环至燃料电池电堆内部。3.如权利要求2所述的装置,其特征在于:所述控制机构,还用于根据所述数据采集装置采集的目标区域的温度信号确定分布式加热棒是否加热。4.如权利要求3所述的装置,其特征在于:所述数据采集装置包括:设置于燃料...

【专利技术属性】
技术研发人员:张钦国李建秋徐梁飞欧阳明高郭迪
申请(专利权)人:清华大学
类型:发明
国别省市:北京,11

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