低温冷启动的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种低温冷启动的装置及方法，该装置中冷却系统以及加热器均设置在燃料电池电堆的冷却液出口和冷却液进口之间，冷却系统和燃料电池电堆形成冷却液的主循环回路，加热器和燃料电池电堆形成冷却液的副循环回路，分别在主循环回路和副循环回路中设置切换装置，并设置与切换装置、加热器连接的控制装置，在燃料电池发动机处于低温冷启动状态，控制切换装置将冷却液的循环回路由主循环回路切换为副循环回路，并控制加热器仅对副循环回路中的冷却液加热。利用加热器仅对副循环回路中现存的少量冷却液进行加热，通过不断循环，可以快速将燃料电池电堆的温度升至起堆温度，缩短了冷启动时间。

Device and Method of Cold Start at Low Temperature

The invention provides a device and method for cold start at low temperature. The cooling system and heater in the device are arranged between the cooling liquid outlet and the cooling liquid inlet of the fuel cell stack. The cooling system and the fuel cell stack form the main circulation loop of the cooling liquid, and the heater and the fuel cell stack form the secondary circulation loop of the cooling liquid, respectively, in the main circulation loop and the secondary circulation loop. A switching device is set up in the system, and a control device connected with the switching device and heater is set up. The fuel cell engine is in a cold start state at low temperature. The control switching device switches the circulating circuit of coolant from the main circulating circuit to the secondary circulating circuit, and controls the heater to heat only the coolant in the secondary circulating circuit. The heater is used to heat only a small amount of coolant existing in the secondary circulation circuit. Through continuous circulation, the temperature of fuel cell stack can be rapidly raised to the start-up temperature and the cold start time can be shortened.

【技术实现步骤摘要】
低温冷启动的装置及方法
本专利技术属于燃料电池
，尤其涉及一种低温冷启动的装置及方法。
技术介绍
燃料电池具有功率密度高，开关能力好等多种优势，但其低温冷启动性能较差。现有技术中为了解决燃料电池低温冷启动性能差的问题，采用在燃料电池的冷却系统中加入一个加热器，在低温冷启动阶段，先使冷却系统运转，形成冷却液的循环回路，通过加入的加热器对循环回路中的冷却液进行加热，以使循环回路中冷却液的温度升至燃料电池的起堆温度。这种加热方式需要较长时间才能将整个循环回路中的冷却液加热到燃料电池电堆的起堆温度。导致低温冷启动时间长。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种低温冷启动的装置及方法，以解决现有技术低温冷启动时间长的问题。技术方案如下：本专利技术提供一种低温冷启动的装置，应用于燃料电池发动机系统，包括：设置于燃料电池发动机系统中燃料电池电堆的冷却液出口和冷却液进口之间的冷却系统，所述冷却系统和所述燃料电池电堆形成冷却液的主循环回路；设置于所述燃料电池电堆的冷却液出口和冷却液进口之间的加热器，所述加热器和所述燃料电池电堆形成冷却液的副循环回路；所述主循环回路和所述副循环回路上分别设置有切换装置；与所述加热器、切换装置连接的控制装置，所述控制装置用于在燃料电池发动机处于低温冷启动状态，控制所述切换装置将冷却液的循环回路由主循环回路切换为副循环回路并控制所述加热器对冷却液进行加热。优选地，所述切换装置为三通阀，其中，所述主循环回路和所述副循环回路上分别设置有切换装置包括：在所述燃料电池电堆的冷却液出口处设置第一三通阀；所述第一三通阀的输入端连接所述燃料电池电堆的冷却液出口，所述第一三通阀的第一输出端连接所述冷却系统的第一端，所述第一三通阀的第二输出端连接所述加热器的第一端；在所述燃料电池电堆的冷却液进口处设置第二三通阀；所述第二三通阀的输入端连接所述燃料电池电堆的冷却液进口，所述第二三通阀的第一输出端连接所述冷却系统的第二端，所述第一三通阀的第二输出端连接所述加热器的第二端。优选地，所述切换装置为开关阀；其中，所述主循环回路和所述副循环回路上分别设置有切换装置包括：在所述主循环回路的冷却系统两端分别设置一个开关阀；在所述副循环回路的加热器两端分别设置一个开关阀。优选地，还包括：设置在所述燃料电池电堆的冷却液出口或冷却液出口位置处，与所述控制装置连接的温度传感器；所述温度传感器用于检测所述燃料电池电堆的温度，并发送至所述控制装置，使得所述控制装置根据所述燃料电池电堆的温度确定所述燃料电池发动机是否处于低温冷启动状态。优选地，所述控制装置还用于：在确定所述燃料电池发动机不处于低温冷启动状态，则控制所述切换装置将冷却液的循环回路由副循环回路切换为主循环回路。优选地，所述冷却系统包括：设置于所述主循环回路上的散热器，以及为所述主循环回路补充冷却液的膨胀水箱。本专利技术还提供了一种基于上述所述装置的低温冷启动方法，包括：在燃料电池发动机启动时，确定燃料电池发动机是否处于低温冷启动状态；若确定所述燃料电池发动机处于低温冷启动状态，则控制将冷却液的循环回路由主循环回路切换为副循环回路并控制加热器对冷却液进行加热。优选地，所述控制将冷却液的循环回路由主循环回路切换为副循环回路，包括：控制主循环回路上的切换装置断开与燃料电池电堆两端连接的冷却系统的连接；控制副循环回路上的切换装置导通与燃料电池电堆两端连接的加热器的连接。优选地，所述控制将冷却液的循环回路由主循环回路切换为副循环回路并控制加热器对冷却液进行加热之后还包括：确定燃料电池发动机不处于低温冷启动状态，则控制主循环回路上的切换装置导通与燃料电池电堆两端连接的冷却系统的连接，且控制副循环回路上的切换装置断开与燃料电池电堆两端连接的加热器的连接；控制所述冷却系统对所述主循环回路中的冷却液进行冷却。优选地，所述确定燃料电池发动机是否处于低温冷启动状态包括：检测燃料电池电堆的温度；判断燃料电池电堆的温度是否小于预设温度；若燃料电池电堆的温度小于预设温度，则确定燃料电池发动机处于低温冷启动状态。与现有技术相比，本专利技术提供的上述技术方案具有如下优点：从上述技术方案可知，本申请中冷却系统以及加热器均设置在燃料电池电堆的冷却液出口和冷却液进口之间，冷却系统和燃料电池电堆形成冷却液的主循环回路，加热器和燃料电池电堆形成冷却液的副循环回路，分别在主循环回路和副循环回路中设置切换装置，并设置与切换装置、加热器连接的控制装置，在燃料电池发动机处于低温冷启动状态，控制切换装置将冷却液的循环回路由主循环回路切换为副循环回路，并控制加热器仅对副循环回路中的冷却液加热。由于副循环回路中的冷却液并不流经冷却系统，因此冷却系统中的散热器不会对升温后的冷却液再次降温，且冷却系统中的膨胀水箱也不会为副循环回路补充冷却液，不会由于新补充的冷却液的温度低而降低副循环回路中冷却液的温度，因此，利用加热器仅对副循环回路中现存的少量冷却液进行加热，通过不断循环，可以快速将燃料电池电堆的温度升至起堆温度，缩短了冷启动时间。附图说明为了更清楚地说明本专利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，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，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是现有技术中燃料电池低温冷启动装置的结构示意图；图2是本专利技术实施例提供的一种低温冷启动装置的结构示意图；图3是本专利技术实施例提供的另一种低温冷启动装置的结构示意图；图4是本专利技术实施例提供的一种低温冷启动方法的流程图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。现有技术中，为了解决燃料电池冷启动性能差的问题，采用在燃料电池的冷却系统中加入一个加热器，参见图1所示，为现有技术中燃料电池发动机的低温冷启动装置的结构示意图；包括由散热器以及膨胀水箱组成的冷却系统；设置在散热器与膨胀水箱之间，一端与散热器连接，另一端与燃料电池电堆的冷却液进口连接的加热器。燃料电池发动机处于低温冷启动状态，先使冷却系统开始运转，形成冷却液的循环回路，通过加入的加热器对循环回路中的冷却液进行加热，冷却液流转到燃料电池电堆后，提升燃料电池电堆的温度以达到起堆温度，进而使得燃料电池电堆在低温情况下能够快速启动。但是，由于冷却系统中包括对冷却液进行降温的装置，如散热器，使得加热器对冷却液加热的同时散热器对冷却液降温，因此系统功耗大且冷却液升温慢，导致冷启动时间长。且冷却系统中包括补充冷却液的装置，如膨胀水箱，为冷却回路补充冷却液后，由于新补充的冷却液温度相较于加热器所在冷却回路中的冷却液温度低，因此，加重了加热器的工作量，导致冷启动时间长。针对此，本实施例提供了一种低温冷启动的装置，应用于燃料电池发动机系统中，燃料电池发送机系统中包括至少一个燃料电池电堆，参见图2，本实施例中低温冷启动的装置包括：设置于燃料电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低温冷启动的装置，其特征在于，应用于燃料电池发动机系统，包括：设置于燃料电池发动机系统中燃料电池电堆的冷却液出口和冷却液进口之间的冷却系统，所述冷却系统和所述燃料电池电堆形成冷却液的主循环回路；设置于所述燃料电池电堆的冷却液出口和冷却液进口之间的加热器，所述加热器和所述燃料电池电堆形成冷却液的副循环回路；所述主循环回路和所述副循环回路上分别设置有切换装置；与所述加热器、切换装置连接的控制装置，所述控制装置用于在燃料电池发动机处于低温冷启动状态，控制所述切换装置将冷却液的循环回路由主循环回路切换为副循环回路并控制所述加热器对冷却液进行加热。

【技术特征摘要】
1.一种低温冷启动的装置，其特征在于，应用于燃料电池发动机系统，包括：设置于燃料电池发动机系统中燃料电池电堆的冷却液出口和冷却液进口之间的冷却系统，所述冷却系统和所述燃料电池电堆形成冷却液的主循环回路；设置于所述燃料电池电堆的冷却液出口和冷却液进口之间的加热器，所述加热器和所述燃料电池电堆形成冷却液的副循环回路；所述主循环回路和所述副循环回路上分别设置有切换装置；与所述加热器、切换装置连接的控制装置，所述控制装置用于在燃料电池发动机处于低温冷启动状态，控制所述切换装置将冷却液的循环回路由主循环回路切换为副循环回路并控制所述加热器对冷却液进行加热。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述切换装置为三通阀，其中，所述主循环回路和所述副循环回路上分别设置有切换装置包括：在所述燃料电池电堆的冷却液出口处设置第一三通阀；所述第一三通阀的输入端连接所述燃料电池电堆的冷却液出口，所述第一三通阀的第一输出端连接所述冷却系统的第一端，所述第一三通阀的第二输出端连接所述加热器的第一端；在所述燃料电池电堆的冷却液进口处设置第二三通阀；所述第二三通阀的输入端连接所述燃料电池电堆的冷却液进口，所述第二三通阀的第一输出端连接所述冷却系统的第二端，所述第一三通阀的第二输出端连接所述加热器的第二端。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述切换装置为开关阀；其中，所述主循环回路和所述副循环回路上分别设置有切换装置包括：在所述主循环回路的冷却系统两端分别设置一个开关阀；在所述副循环回路的加热器两端分别设置一个开关阀。4.根据权利要求1-3任意一项所述装置，其特征在于，还包括：设置在所述燃料电池电堆的冷却液出口或冷却液出口位置处，与所述控制装置连接的温度传感器；所述温度传感器用于检测所述燃料电池电堆的温度，并发送至所述控制装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫仕钊，赵莹，郗富强，陈宾，刘晓辉，张学伟，王晓阳，
申请(专利权)人：潍柴动力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37