一种燃料电池热管理装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种燃料电池热管理装置及其控制方法，所述热管理装置包括燃料电池热管理台架和燃料电池，两者构成循环回路；所述热管理台架的流通管路包括两段主流通管路和三段分支管路，前者分别为流出段管路和流入段管路，所述流出段管路上连接有压缩气体管路，所述流入段管路上连接有供水装置，三段分支管路中第一分支管路为连通管路，第二、第三分支管路上分别设有加热器和散热器。本发明专利技术所述热管理台架的结构设计，可以对燃料电池的加热或冷却等不同需求进行控制，也便于对热管理台架及燃料电池的注水、排水吹扫过程进行控制，将燃料电池台架测试的多种操作集成于同一装置内，节省测试时间，提高工作效率，节约设备及操作成本。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池热管理装置及其控制方法
本专利技术属于燃料电池
，涉及一种燃料电池热管理装置及其控制方法。
技术介绍
燃料电池是一种基于电化学反应将化学能转化为电能的装置，因具有燃料易获取、能量密度大、响应速度快等优点，成为目前最有潜能的能源之一，在电动汽车等领域具有极大的应用前景。然而，从燃料电池自身组成及特性来看，其使用效率受温度影响较大，同时散热困难的问题，温度过高会使得燃料电池膜脱水甚至破裂，严重影响其正常工作，温度过低会使燃料电池膜电极分层，影响燃料电池的使用寿命。鉴于燃料电池使用存在上述问题，现有技术中也有设计燃料电池热管理系统来解决受温度影响大及散热困难的问题，但往往存在能量消耗大，使用不便，功能单一的问题。CN209029484U公开了一种用于新能源汽车的燃料电池热管理系统，燃料电池模块包含燃料电池及热交换组件，热交换组件连通有主流通管路，主流通管路分两支，一支连接电磁阀，一支连接电子节温器，电磁阀与电子节温器之间连接有两个支路，第一支路上设有暖风加热器，第二支路上设有ATS风扇，主流通管路上连通有水温传感器、去离子水装置、过滤器以及电子水泵，所述电磁阀的另一个连通端还连通有膨胀壶；该热管理系统主要是车用热管理系统，未考虑台架使用的情形，只能实现燃料电池的加热或冷却，功能单一，且膨胀水壶靠三通阀控制是否进水，失去了自动补水的功能。CN209311114U公开了一种燃料电池热管理测试台架，包括台架本体及安装于台架本体上的燃料电池热管理测试系统，后者包括燃料电堆模拟器，膨胀水箱，排气口与膨胀水箱进气管连接的散热模块，补液口与膨胀水箱补液口连接的水泵，进水口与水泵出水口连接、大小循环出水口分别与散热模块进水口和燃料电堆模拟器进水口连接的节温器，进水口与燃料电堆模拟器出水口连接、出水口与水泵进水口连接的去离子器，进水口与散热模块出水口连接的中冷器，进水口与中冷器出水口连接、出水口与水泵进水口连接的PTC加热器，分设于管路中的流量计、温度传感器及压力传感器；该系统虽为热管理台架，但并非用于燃料电池测试，而是采用模拟电堆的形式，同样只考虑了电堆模拟器的降温散热情况，也未考虑台架使用过程中注水、排气以及电堆模拟器管路吹扫等操作的控制方法。综上所述，对于燃料电池热管理装置的结构设计，除了对燃料电池的加热与冷却控制外，还需要对台架及燃料电池的注水、吹扫等操作进行控制，以提高燃料电池热管理装置的使用灵活性，节省时间，减少能量消耗。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种燃料电池热管理装置及其控制方法，所述装置通过热管理台架的设置，可以对燃料电池电堆的加热与冷却进行快速调控，尤其是通过压缩气体管路的引入，还可以对燃料电池及热管理台架进行吹扫操作，使得两者的注水、吹扫等均可在同一装置内完成，提高了热管理装置的工作效率，节约时间及成本，实现了热管理装置的集成化操作。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供了一种燃料电池热管理装置，所述热管理装置包括燃料电池热管理台架和燃料电池，所述热管理台架的流通管路与燃料电池换热组件构成循环回路；所述热管理台架的流通管路包括两段主流通管路和三段分支管路，所述两段主流通管路分别为流出段管路和流入段管路，所述流出段管路上连接有压缩气体管路，所述流入段管路上连接有供水装置，所述三段分支管路中，第一分支管路为连通管路，第二分支管路上设有加热器，第三分支管路上设有散热器。本专利技术中，通过所述燃料电池热管理台架中管路连接关系的设置，其中主流通管路和分支管路的设计，可以对燃料电池的加热或冷却等不同需求进行分别控制，也便于对热管理台架及燃料电池的注水过程进行控制，而压缩气体管路的引入，使所述装置还可进行排水吹扫的操作，赋予了所述装置更多的功能，将燃料电池台架测试的多种操作集成于同一装置内，提高工作效率，节省测试时间，节约设备及操作成本。以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。作为本专利技术优选的技术方案，所述流出段管路上设有至少一个出口，例如一个、两个或三个等，所述流入段管路上设有至少一个入口，例如一个、两个或三个等。优选地，所述流出段管路的出口与流入段管路的入口数量相同。优选地，每个流出段管路的出口处和每个流入段管路的入口处均设有阀门。本专利技术中，所述热管理台架的流出段管路出口可以分为多个，除了连接燃料电池电堆，还可以通向中冷器或其他需要散热的部件，每个出口处设置阀门控制开闭，可以单独开启也可多个同时开启，连接设备后再由管路连接至流入段管路的入口，构成循环回路。优选地，所述流出段管路上，三段分支管路的汇合处与压缩气体管路的连接处之间设有阀门。优选地，所述压缩气体管路上设有阀门。本专利技术中，三段分支管路的汇合处与压缩气体管路的连接处之间阀门的设置即是为了通入压缩气体时，该阀门能够阻断管路，只留下气体流通管路，便于台架及燃料电池吹扫操作的进行。本专利技术中，所述压缩气体的气源可以使实验室压缩空气或者燃料电池系统空压机出口的空气。优选地，压缩气体管路的连接处与流出段管路的出口处之间设有第一温度压力测量计。作为本专利技术优选的技术方案，所述流入段管路上设有动力输送装置，优选为泵。优选地，所述流入段管路上还设有至少一个排出口，所述排出口的数量根据热管理台架的尺寸及操作需要进行调整，优选为两个。优选地，所述流入段管路上的排出口分别设置于动力输送装置的前后，每个排除口上均设置阀门。优选地，所述流入段管路的入口处与排出口之间设有第二温度压力测量计。优选地，所述供水装置的出口连接至动力输送装置的入口。优选地，所述供水装置包括膨胀水箱。作为本专利技术优选的技术方案，所述第一分支管路上设有去离子器。优选地，所述第二分支管路和第三分支管路的入口汇合处设有三通阀。优选地，所述三段分支管路的出口汇合处设有离子浓度计。本专利技术中，所述第一分支管路为常通支路，并设置去离子器净化水质，避免因离子浓度高而容易引起的结垢堵塞问题，影响传热效率。优选地，所述加热器包括PTC加热器或蒸汽换热器。优选地，所述散热器包括风扇散热器或冷冻水换热器。优选地，所述散热器的顶部连接供水装置的排气溢流口。本专利技术中，所述排气溢流口的设置，用于散热器注水前的排气，使散热器内可以充满水，注水后可作为溢流作用的接口，保证散热器高点不会聚集空气。另一方面，本专利技术提供了一种上述燃料电池热管理装置的控制方法，所述控制方法包括：所述燃料电池热管理台架的注水流程；所述燃料电池热管理台架的排水、吹扫流程；所述燃料电池热管理台架向燃料电池换热组件注水的流程；所述燃料电池热管理台架向燃料电池换热组件排水、吹扫的流程；所述燃料电池热管理台架向燃料电池加热或冷却的流程。本专利技术中，根据所述燃料电池热管理台架的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池热管理装置，其特征在于，所述热管理装置包括燃料电池热管理台架和燃料电池，所述热管理台架的流通管路与燃料电池换热组件构成循环回路；/n所述热管理台架的流通管路包括两段主流通管路和三段分支管路，所述两段主流通管路分别为流出段管路和流入段管路，所述流出段管路上连接有压缩气体管路，所述流入段管路上连接有供水装置，所述三段分支管路中，第一分支管路为连通管路，第二分支管路上设有加热器，第三分支管路上设有散热器。/n

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池热管理装置，其特征在于，所述热管理装置包括燃料电池热管理台架和燃料电池，所述热管理台架的流通管路与燃料电池换热组件构成循环回路；
所述热管理台架的流通管路包括两段主流通管路和三段分支管路，所述两段主流通管路分别为流出段管路和流入段管路，所述流出段管路上连接有压缩气体管路，所述流入段管路上连接有供水装置，所述三段分支管路中，第一分支管路为连通管路，第二分支管路上设有加热器，第三分支管路上设有散热器。


2.根据权利要求1所述的燃料电池热管理装置，其特征在于，所述流出段管路上设有至少一个出口，所述流入段管路上设有至少一个入口；
优选地，所述流出段管路的出口与流入段管路的入口数量相同；
优选地，每个流出段管路的出口处和每个流入段管路的入口处均设有阀门；
优选地，所述流出段管路上，三段分支管路的汇合处与压缩气体管路的连接处之间设有阀门；
优选地，所述压缩气体管路上设有阀门；
优选地，压缩气体管路的连接处与流出段管路的出口处之间设有第一温度压力测量计。


3.根据权利要求1或2所述的燃料电池热管理装置，其特征在于，所述流入段管路上设有动力输送装置，优选为泵；
优选地，所述流入段管路上还设有至少一个排出口，优选为两个；
优选地，所述流入段管路上的排出口分别设置于动力输送装置的前后；
优选地，所述流入段管路的入口处与排出口之间设有第二温度压力测量计；
优选地，所述供水装置的出口连接至动力输送装置的入口；
优选地，所述供水装置包括膨胀水箱。


4.根据权利要求1-3任一项所述的燃料电池热管理装置，其特征在于，所述第一分支管路上设有去离子器；
优选地，所述第二分支管路和第三分支管路的入口汇合处设有三通阀；
优选地，所述三段分支管路的出口汇合处设有离子浓度计；
优选地，所述加热器包括PTC加热器或蒸汽换热器；
优选地，所述散热器包括风扇散热器或冷冻水换热器；
优选地，所述散热器的顶部连接供水装置的排气溢流口。


5.一种权利要求1-4任一项所述的燃料电池热管理装置的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：
所述燃料电池热管理台架的注水流程；
所述燃料电池热管理台架的排水、吹扫流程；
所述燃料电池热管理台架向燃料电池换热组件注水的流程；
所述燃料电池热管理台架向燃料电池换热组件排水、吹扫的流程；
所述燃料电池热管理台架向燃料电池加热或冷却的流程。


6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述燃料电池热管理台架的注水流程包括：将流出段管路的出口和流入段管路的入口与外部管路连接构成回路，打开循环管路上的阀门，三通阀开口使流体流经第二分支管路，供水装置加水，直至液面不再下降，间歇开启、关闭动力输送装置，设定不同运行速度，监...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄兴，赵子亮，丁天威，赵洪辉，王宇鹏，曲禄成，都京，马秋玉，段盼，郝志强，
申请(专利权)人：中国第一汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林;22