一种辅助燃料电池系统冷启动的装置及其使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及燃料电池技术领域的一种辅助燃料电池系统冷启动的装置及其使用方法，散热水泵、电热丝、节温器通过管道连成一个用于进行热量传递的小循环回路；在单刀开关处于闭合状态时蓄电池组与电热丝构成一电流回路；在单刀双掷开关切换到a端时蓄电池组、负荷装置、燃料电池堆、DC/DC变换器、单刀双掷开关的a端构成一电流回路；在单刀双掷开关切换到b端、且单刀开关处于闭合状态时，蓄电池组、负荷装置、燃料电池堆、DC/DC变换器、单刀双掷开关的b端、单刀开关、电热丝构成一电流回路。结合利用蓄电池组、燃料电池堆在冷启动过程中产生的电能，降低了冷启动过程中蓄电池组的供电负荷，同时缩短了冷启动时间。

【技术实现步骤摘要】
一种辅助燃料电池系统冷启动的装置及其使用方法
本专利技术涉及燃料电池
，具体来说，是一种辅助燃料电池系统冷启动的装置。
技术介绍
质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种直接将氢气和氧气中的化学能转化为电能的电化学装置。其反应副产物只有水，且能量转化效率可高达60％～70％。随着新能源汽车的导向性政策的开展，质子交换膜燃料电池在汽车(FCV)动力领域受到广泛关注。目前FCV的商业化推广仍有多方面的困难和挑战。燃料电池系统(FCS)冷启动的制约就是FCV商业化的主要屏障之一。如何快速可靠的使FCS在0℃以下，甚至更低的-30℃时启动并且尽可能的缩短启动时间是迫切需要解决的问题。由于结冰会对电堆造成不可逆的损伤，在冷启动中需尽量避免电堆经历“结冰/解冻”过程。除了对电堆材料提出针对冷启动的改进措施外，相比于自启动策略，辅助启动策略主要通过停机吹扫和辅助电堆加热来实现，但大大增加了冷启动可靠性并获得更好的启动性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种辅助燃料电池系统冷启动的装置，结合利用蓄电池组、燃料电池堆在冷启动过程中产生的电能，降低了冷启动过程中蓄电池组的供电负荷，同时缩短了冷启动时间。本专利技术的目的是这样实现的：一种辅助燃料电池系统冷启动的装置,包括燃料电池堆、散热水泵、散热器、节温器、温控部件、贮液箱、蓄电池组、与散热器配套的风扇，所述散热水泵、散热器、贮液箱、节温器、燃料电池堆通过管道连成一个用于进行热量传递的大循环回路，该系统还包括电热丝、单刀开关、单刀双掷开关、DC/DC变换器，其中单刀双掷开关的接电端分为a端和b端；所述散热水泵、电热丝、节温器、燃料电池堆通过管道连成一个用于进行热量传递的小循环回路；所述蓄电池组与电热丝电性连接，且在单刀开关处于闭合状态时蓄电池组与电热丝构成一电流回路；在所述单刀双掷开关切换到a端时所述蓄电池组、负荷装置、燃料电池堆、DC/DC变换器、单刀双掷开关的a端构成一电流回路；在所述单刀双掷开关切换到b端、且单刀开关处于闭合状态时，所述蓄电池组、负荷装置、燃料电池堆、DC/DC变换器、单刀双掷开关的b端、单刀开关、电热丝构成一电流回路；所述温控部件形成两个分别监测大循环回路、小循环回路温度的感应部，且所述温控部件的输出部与单刀双掷开关、单刀开关形成控制关联关系。进一步地，所述温控部件包括同时处于大循环回路以及小循环回路上的温度传感器一，所述温度传感器一对应温控部件的其中一个感应部，且所述温度传感器一接近燃料电池堆。进一步地，所述温控部件包括温度传感器二，所述温度传感器二处于上述大循环回路上，所述温度传感器二对应温控部件的另一个感应部。进一步地，所述温控部件还包括控制管理单元，所述控制管理单元对应温控部件的输出部，所述温度传感器一、温度传感器二通过信号线与控制管理单元连接。进一步地，所述单刀双掷开关、单刀开关通过信号线与控制管理单元连接。进一步地，所述电热丝由导热导电材料制成。进一步地，所述大循环回路、小循环回路均贯穿燃料电池堆。一种辅助燃料电池系统冷启动的装置的冷启动方法，至少包含下述步骤：a)在整个系统处于零下温度的环境时，在上一次停机过程中利用空气压缩机吸入的空气流吹扫燃料电池堆的空气腔和氢气腔，直至燃料电池堆的空气腔和氢气腔处于相对干燥状态；b)温度传感器一将小循环回路中的温度信号传递给控制管理单元，控制管理单元处理温度传感器一传回的温度信号，当测得的小循环温度T22小于等于单刀开关闭合的温度值T26set时，冷启动开始，控制管理单元控制单刀开关闭合；蓄电池组与电热丝电相连，电热丝以系统额定功率的20％的功率对小循环内的循环水/防冻液加热；当小循环温度T22大于等于单刀双掷开关b端闭合的温度值Tbset，且小于等于单刀开关闭合的温度值T26set时，控制管理单元控制单刀双掷开关b端闭合，启动燃料电池堆，并以系统额定功率40％的功率持续运行。当小循环温度T22大于等于所述单刀开关闭合的温度值T26set时，所述控制管理单元控制所述节温器开启，使得小循环与大循环流量比α＝0.5，大循环内低温循环水/防冻液逐渐与小循环内高温循环水/防冻液混合，循环水/防冻液流经大循环中的所述散热器，所述风扇不启动，整个系统以额定功率80％的功率运行。温度传感器二将大循环回路中的温度信号传递给控制管理单元，控制管理单元处理温度传感器二传回的温度信号，当大循环温度T23大于等于所述单刀双掷开关a端闭合的温度值Taset时，所述控制管理单元控制所述单刀开关断开，所述单刀双掷开关a端闭合，所述电热丝停止加热，所述燃料电池堆发出的电经所述DC/DC变换器和所述蓄电池组并用于负载装置。本专利技术的有益效果在于：充分利用了蓄电池组、燃料电池堆在冷启动过程中产生的电能，降低了冷启动过程中蓄电池组的供电负荷，同时缩短了冷启动时间；通过对节温器和电热丝的调节和控制，可使得整个系统能够平稳地进行升温，以避免整个系统经历冻结、解冻的反复交替现象，从而避免上述冻结、解冻现象燃料电池堆造成的损害。附图说明图1是本专利技术的总体布置示意图。图2为本专利技术的冷启动方法流程示意图。图3为本专利技术实施例一的温度变化图。图中，11燃料电池堆，12散热水泵，13电热丝，14散热器，15风扇，16节温器，21控制管理单元，22温度传感器一，23温度传感器二，24DC/DC变换器，25单刀双掷开关，26单刀开关，27蓄电池组，28负荷装置，29贮液箱。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进一步说明。如图1所示，辅助燃料电池系统冷启动的装置包括燃料电池堆11、散热水泵12、散热器14、节温器16、温控部件、贮液箱29、蓄电池组27、与散热器14配套的风扇15，散热水泵12、散热器14、贮液箱29、节温器16、燃料电池堆11通过管道连成一个用于进行热量传递的大循环回路，该系统还包括电热丝13、单刀开关26、单刀双掷开关25、DC/DC变换器24，其中单刀双掷开关25的接电端分为a端和b端。上述散热水泵12、电热丝13、节温器16、燃料电池堆11通过管道连成一个用于进行热量传递的小循环回路。上述蓄电池组27与电热丝13电性连接，且在单刀开关26处于闭合状态时蓄电池组27与电热丝13构成一电流回路。在单刀双掷开关25切换到a端时蓄电池组27、负荷装置28、燃料电池堆11、DC/DC变换器24、单刀双掷开关25的a端构成一电流回路。在单刀双掷开关25切换到b端、且单刀开关26处于闭合状态时，蓄电池组27、负荷装置28、燃料电池堆11、DC/DC变换器24、单刀双掷开关25的b端、单刀开关26、电热丝13构成一电流回路。上述温控部件形成两个分别监测大循环回路、小循环回路温度的感应部，且温控部件的输出部与单刀双掷开关25、单刀开关26形成控制关联关系。上述温控部件包括同时处于大循环回路以及小循环回路上的温度传感器一22，温度传感器一22对应温控部件的其中一个感应部，且温度传感器一22接近燃料电池堆11。上述温控部件包括温度传感器二23，温度传感器二23处于上述大循环回路上，温度传感器二23对应温控部件的另一个感应部。上述温控部件还包括控制管理单元21，控制管理单元21对应温控部件的输出部，温度传感器一22、温度传感器二23通过信号线本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种辅助燃料电池系统冷启动的装置,包括燃料电池堆(11)、散热水泵(12)、散热器(14)、节温器(16)、温控部件、贮液箱(29)、蓄电池组(27)、与散热器(14)配套的风扇(15)，所述散热水泵(12)、散热器(14)、贮液箱(29)、节温器(16)、燃料电池堆(11)通过管道连成一个用于进行热量传递的大循环回路，其特征在于：该系统还包括电热丝(13)、单刀开关(26)、单刀双掷开关(25)、DC/DC变换器(24)，其中单刀双掷开关(25)的接电端分为a端和b端；所述散热水泵(12)、电热丝(13)、节温器(16)、燃料电池堆(11)通过管道连成一个用于进行热量传递的小循环回路；所述蓄电池组(27)与电热丝(13)电性连接，且在单刀开关(26)处于闭合状态时蓄电池组(27)与电热丝(13)构成一电流回路；在所述单刀双掷开关(25)切换到a端时所述蓄电池组(27)、负荷装置(28)、燃料电池堆(11)、DC/DC变换器(24)、单刀双掷开关(25)的a端构成一电流回路；在所述单刀双掷开关(25)切换到b端、且单刀开关(26)处于闭合状态时，所述蓄电池组(27)、负荷装置(28)、燃料电池堆(11)、DC/DC变换器(24)、单刀双掷开关(25)的b端、单刀开关(26)、电热丝(13)构成一电流回路；所述温控部件形成两个分别监测大循环回路、小循环回路温度的感应部，且所述温控部件的输出部与单刀双掷开关(25)、单刀开关(26)形成控制关联关系。...

【技术特征摘要】
1.一种辅助燃料电池系统冷启动的装置,包括燃料电池堆(11)、散热水泵(12)、散热器(14)、节温器(16)、温控部件、贮液箱(29)、蓄电池组(27)、与散热器(14)配套的风扇(15)，所述散热水泵(12)、散热器(14)、贮液箱(29)、节温器(16)、燃料电池堆(11)通过管道连成一个用于进行热量传递的大循环回路，其特征在于：该系统还包括电热丝(13)、单刀开关(26)、单刀双掷开关(25)、DC/DC变换器(24)，其中单刀双掷开关(25)的接电端分为a端和b端；所述散热水泵(12)、电热丝(13)、节温器(16)、燃料电池堆(11)通过管道连成一个用于进行热量传递的小循环回路；所述蓄电池组(27)与电热丝(13)电性连接，且在单刀开关(26)处于闭合状态时蓄电池组(27)与电热丝(13)构成一电流回路；在所述单刀双掷开关(25)切换到a端时所述蓄电池组(27)、负荷装置(28)、燃料电池堆(11)、DC/DC变换器(24)、单刀双掷开关(25)的a端构成一电流回路；在所述单刀双掷开关(25)切换到b端、且单刀开关(26)处于闭合状态时，所述蓄电池组(27)、负荷装置(28)、燃料电池堆(11)、DC/DC变换器(24)、单刀双掷开关(25)的b端、单刀开关(26)、电热丝(13)构成一电流回路；所述温控部件形成两个分别监测大循环回路、小循环回路温度的感应部，且所述温控部件的输出部与单刀双掷开关(25)、单刀开关(26)形成控制关联关系。2.根据权利要求1所述的一种辅助燃料电池系统冷启动的装置，其特征在于：所述温控部件包括同时处于大循环回路以及小循环回路上的温度传感器一(22)，所述温度传感器一(22)对应温控部件的其中一个感应部，且所述温度传感器一(22)接近燃料电池堆(11)。3.根据权利要求2所述的一种辅助燃料电池系统冷启动的装置，其特征在于：所述温控部件包括温度传感器二(23)，所述温度传感器二(23)处于上述大循环回路上，所述温度传感器二(23)对应温控部件的另一个感应部。4.根据权利要求3所述的一种辅助燃料电池系统冷启动的装置，其特征在于：所述温控部件还包括控制管理单元(21)，所述控制管理单元(21)对应温控部件的输出部，所述温度传感器一(22)、温度传感器二(23)通过信号线与控制管理单元(21)连接。5.根据权利要求4所述的一种辅助燃料电池系统冷启动的装置，其特征在于：所述单刀双掷...

【专利技术属性】
技术研发人员：周筠，黄腾达，马原蔚，胡军，
申请(专利权)人：上海新源动力有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31