一种超低温质子交换膜燃料电池车温控系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种超低温质子交换膜燃料电池车温控系统，其包括：燃料电池堆、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、四通阀、蒸发器、压缩机、第一气液分离器、第二气液分离器、相变蓄热器、第一过滤器、第二过滤器、第三过滤器、第一热力膨胀阀、第二热力膨胀阀、第三热力膨胀阀、第一止回阀和第二止回阀，其中：第四电磁阀与燃料电池堆的入口连接，第一电磁阀和第二电磁阀与燃料电池堆的出口连接，四通阀与第四电磁阀、蒸发器、第二气液分离器和压缩机连接，第一过滤器连接在第一电磁阀和第一热力膨胀阀之间，相变蓄热器与第二电磁阀、第三电磁阀、第一气液分离器、第一热力膨胀阀、第三热力膨胀阀和第一止回阀连接。

A Temperature Control System for Ultra-low Temperature Proton Exchange Membrane Fuel Cell Vehicle

The utility model discloses a temperature control system for ultra-low temperature proton exchange membrane fuel cell vehicle, which comprises a fuel cell stack, a first solenoid valve, a second solenoid valve, a third solenoid valve, a fourth solenoid valve, a four-way valve, an evaporator, a compressor, a first gas-liquid separator, a second gas-liquid separator, a phase change heat accumulator, a first filter, a second filter, a third filter and a first filter. Thermal expansion valve, second thermal expansion valve, third thermal expansion valve, first check valve and second check valve, in which the fourth solenoid valve is connected with the inlet of fuel cell stack, the first solenoid valve and the second solenoid valve are connected with the outlet of fuel cell stack, the four-way valve is connected with the fourth solenoid valve, evaporator, the second gas-liquid separator and compressor, and the first filter is connected with the first electric valve. Between the magnetic valve and the first thermal expansion valve, the phase change accumulator is connected with the second solenoid valve, the third solenoid valve, the first gas-liquid separator, the first thermal expansion valve, the third thermal expansion valve and the first check valve.

【技术实现步骤摘要】
一种超低温质子交换膜燃料电池车温控系统
本技术涉及燃料电池车
，具体而言，涉及一种超低温质子交换膜燃料电池车温控系统。
技术介绍
质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有工作温度低、启动停机快、能量密度高等优点、质子交换膜燃料电池车具有很好的应用与发展前景。但是，目前仍存在很多亟待解决的问题，如制造成本、电池寿命、冷启动能力等，制约着PEMFC车的商业化进程。其中，燃料电池车的冷启动能力是PEMFC车实际普及应用中必须面临的重要课题。目前，质子交换膜燃料电池车的冷启动能力主要集中在PEMFC冷启动研究上。HOTHNENL等通过实验研究发现，在较大电流密度下，电化学反应放出的热量可以防止质子交换膜燃料电池内部生成的水冻结，保证电池稳定运行，但是由于电池由内而外存在温度梯度，在阴极集流板的外侧有冰形成。ROBERTS发现了一种充分利用反应热实现快速启动的方法，通过减少反应气体的供应或者短暂多次的大电流放电，使质子交换膜燃料电池内部产生较大过电势，与之伴随的大量放热可对电池进行加热。BLANK等把质子交换膜燃料电池堆分成两部分，用于冷启动的那部分体积小易于实现冷启动，可以向外供电，而电堆的其余部分可以借助先启动的那部分进行加热，从而实现整个电堆的启动。罗晓宽等提出在质子交换膜燃料电池集流板外侧布置电加热丝的方法，提高PEMFC的冷启动能力。而GEBHARDT则提出直接把电加热丝布置在膜电极表面，用于解决燃料电池冷启动问题。以上研究均未涉及质子交换膜燃料电池车超低温空气源相变蓄热热泵温控技术，也未见有采用超低温空气源相变蓄热热泵温控技术，实现超低能耗的质子交换膜燃料电池车内燃料电池在-20℃环境下的非工作状态的低温(6℃以上，该值可以通过控制器自行设置)维护、快速启动的燃料电池车温控系统的相关专利、文献和实用化产品。
技术实现思路
本技术提供一种超低温质子交换膜燃料电池车温控系统，用以质子交换膜燃料电池车的温度进行控制。为达到上述目的，本技术提供了一种超低温质子交换膜燃料电池车温控系统，其包括：燃料电池堆、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、四通阀、蒸发器、压缩机、第一气液分离器、第二气液分离器、相变蓄热器、第一过滤器、第二过滤器、第三过滤器、第一热力膨胀阀、第二热力膨胀阀、第三热力膨胀阀、第一止回阀和第二止回阀，其中：第四电磁阀与燃料电池堆的入口连接，第一电磁阀和第二电磁阀与燃料电池堆的出口连接，四通阀与第四电磁阀、蒸发器、第二气液分离器和压缩机连接，第一过滤器连接在第一电磁阀和第一热力膨胀阀之间，相变蓄热器与第二电磁阀、第三电磁阀、第一气液分离器、第一热力膨胀阀、第三热力膨胀阀和第一止回阀连接，第三热力膨胀阀依次连接第二过滤器和第二止回阀后连接至蒸发器，第一止回阀依次连接第三过滤器和第二膨胀阀后连接至蒸发器。本技术提供的超低温质子交换膜燃料电池车温控系统采用超低温空气源相变蓄热热泵温控技术，实现了燃料电池在-20℃环境下的非工作状态的低温(6℃以上，该值可以通过控制器自行设置)维护，-25℃环境下本技术的制热性能系数达到2，大大降低了质子交换膜燃料电池车非运行工作状态下的燃料电池的低温维护能耗，彻底克服了质子交换膜燃料电池车低温启动问题。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本技术提供的超低温质子交换膜燃料电池车温控系统的结构示意图。附图标记说明：R1-燃料电池堆；F1-第一电磁阀；F2-第二电磁阀；F6-第三电磁阀；F7-第四电磁阀；S1-四通阀；Z-蒸发器；Y1-压缩机；Q1-第一气液分离器；Q2-第二气液分离器；X1-相变蓄热器；G1-第一过滤器；G2-第二过滤器；G3-第三过滤器；F3-第一热力膨胀阀；F5-第二热力膨胀阀；F4-第三热力膨胀阀；Z1-第一止回阀；Z2-第二止回阀。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。图1为本技术提供的超低温质子交换膜燃料电池车温控系统的结构示意图，如图1所示，本技术提供的超低温质子交换膜燃料电池车温控系统包括：燃料电池堆R1、第一电磁阀F1、第二电磁阀F2、第三电磁阀F6、第四电磁阀F7、四通阀S1、蒸发器Z、压缩机Y1、第一气液分离器Q1、第二气液分离器Q2、相变蓄热器X1、第一过滤器G1、第二过滤器G2、第三过滤器G3、第一热力膨胀阀F3、第二热力膨胀阀F5、第三热力膨胀阀F4、第一止回阀Z1和第二止回阀Z2，其中：第四电磁阀F7与燃料电池堆R1的入口连接，第一电磁阀F1和第二电磁阀F2与燃料电池堆R1的出口连接，四通阀S1与第四电磁阀F7、蒸发器Z、第二气液分离器Q2和压缩机Y1连接，第一过滤器G1连接在第一电磁阀F1和第一热力膨胀阀F3之间，相变蓄热器X1与第二电磁阀F2、第三电磁阀F6、第一气液分离器Q1、第一热力膨胀阀F3、第三热力膨胀阀F4和第一止回阀Z1连接，第三热力膨胀阀F4依次连接第二过滤器G2和第二止回阀Z2后连接至蒸发器Z，第一止回阀Z1依次连接第三过滤器G3和第二膨胀阀F5后连接至蒸发器Z。本技术提供的超低温质子交换膜燃料电池车温控系统共有三种运行模式：供热—蓄热模式，供热—放热模式和除霜模式。供热—蓄热模式下，第二电磁阀F2、第四电磁阀F7开启，第一电磁阀F1、第三电磁阀F6关闭。压缩机Y1排出的高温高压气态制冷剂经过四通阀S1、第四电磁阀F7进入燃料电池堆R1放热，未被充分冷却的气态制冷剂通过第二电磁阀F2进入相变蓄热器X1中的蓄热管路进一步冷却，将热量蓄存起来。从相变蓄热器X1中输出的液态制冷剂经过第一止回阀Z1、第三过滤器G3、第二热力膨胀阀F5节流为汽液混合态，进入蒸发器Z吸收外界环境中的热量蒸发，蒸发器Z出口的制冷剂通过四通阀S1流入第二气液分离器Q2进行气液分离，分离出的气态制冷剂通过吸气口进入压缩机Y1压缩并排出高温高压制冷工质气体，完成一次循环。供热—放热模式下，第一电磁阀F1、第二电磁阀F2、第四电磁阀F7开启，第三电磁阀F6关闭。制冷工质流程如下：压缩机Y1排出的高压高温气态制冷工质经四通阀S1、第四电磁阀F7进入燃料电池堆R1放热，未被充分冷却的气态制冷剂通过第二电磁阀F2进入相变蓄热器X1中的蓄热管路进一步冷却，将热量蓄存起来。冷却后的制冷剂分两路完成循环：第一路：从相变蓄热器X1中出来的液态制冷剂经过第一止回阀Z1、第三过滤器G3、第二热力膨胀阀F5节流为汽液混合态，进入蒸发器Z吸收外界环境中的热量蒸发，蒸发器Z出口的制冷剂通过四通阀S1流入第二气液分离器Q2进行气液分离，分离出的气态制冷剂通过吸气口进入压缩机Y1压缩并排出高温高压制冷工质气体完成一次循环；第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超低温质子交换膜燃料电池车温控系统，其特征在于，包括：燃料电池堆、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、四通阀、蒸发器、压缩机、第一气液分离器、第二气液分离器、相变蓄热器、第一过滤器、第二过滤器、第三过滤器、第一热力膨胀阀、第二热力膨胀阀、第三热力膨胀阀、第一止回阀和第二止回阀，其中：第四电磁阀与燃料电池堆的入口连接，第一电磁阀和第二电磁阀与燃料电池堆的出口连接，四通阀与第四电磁阀、蒸发器、第二气液分离器和压缩机连接，第一过滤器连接在第一电磁阀和第一热力膨胀阀之间，相变蓄热器与第二电磁阀、第三电磁阀、第一气液分离器、第一热力膨胀阀、第三热力膨胀阀和第一止回阀连接，第三热力膨胀阀依次连接第二过滤器和第二止回阀后连接至蒸发器，第一止回阀依次连接第三过滤器和第二膨胀阀后连接至蒸发器。

【技术特征摘要】
1.一种超低温质子交换膜燃料电池车温控系统，其特征在于，包括：燃料电池堆、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、四通阀、蒸发器、压缩机、第一气液分离器、第二气液分离器、相变蓄热器、第一过滤器、第二过滤器、第三过滤器、第一热力膨胀阀、第二热力膨胀阀、第三热力膨胀阀、第一止回阀和第二止回阀，其中：第四电磁阀与燃料电池堆的入口连接，第一电磁阀和第...

【专利技术属性】
技术研发人员：华青松，马永志，周琼琼，魏建新，
申请(专利权)人：北京稳力科技有限公司，
类型：新型
国别省市：北京,11