本发明专利技术提供一种多堆燃料电池系统的水热管理集成装置及其工作方法，水热管理集成装置包括：热交换单元、空气中冷单元及并联冷却液管道单元，其中，热交换单元包括节温器、与节温器的一个流道阀口相连通的加热器、与节温器的另一个流道阀口相连通的散热器、与加热器相连通的去离子器、水箱、与水箱相连接的水泵、及与水泵相连接的热交换旁通阀，且去离子器和散热器均与水箱相连通；并联冷却液管道单元包括入堆冷却液管路和出堆冷却液管路，全部入堆冷却液管路分别与全部燃料电池单堆的入口相连通；全部出堆冷却液管路分别与全部燃料电池单堆的出口相连通。本水热管理集成装置及其工作方法，能提高多堆燃料电池系统的启动速度和运行稳定性。稳定性。稳定性。
【技术实现步骤摘要】
一种多堆燃料电池系统的水热管理集成装置及其工作方法
[0001]本专利技术涉及燃料电池
，特别是涉及一种多堆燃料电池系统的水热管理集成装置及其工作方法。
技术介绍
[0002]作为以氢气为燃料的能量转换装置，质子交换膜燃料电池具有工作温度低、比能量高、启动速度快和寿命较长等优点，在包括汽车动力源在内的多个领域都得到了广泛应用。多个单堆燃料电池进行组合后构成多堆燃料电池系统不仅可以提高燃料电池系统的输出功率从而满足高功率需求，还可以增加系统输出的冗余度，提高系统工作的可靠性。
[0003]燃料电池的工作过程是一个产热过程，其产热量与输出功率基本相同，因此需要配置一个热管理子系统来维持电堆的工作温度始终保持在合理的区间。多堆燃料电池系统的水热耦合强、迟滞大且各燃料电池单堆会由于老化程度不同，产热量有所不同，也需要用冷却液循环来保证各单堆温度均一化，防止出现局部热点，影响多堆燃料电池系统性能。尽管目前市面上的单电堆水热管理子系统已经有了成熟的方案，但是从结构设计和成本等角度考虑，目前的方案并不适合直接移植到多堆燃料电池系统上。另外，现有的水热管理子系统在应用到多堆燃料电池系统中时，无法解决多堆燃料电池系统在启动阶段因冷却液温度较低而导致启动速度慢的问题，也无法解决因冷却液中含有导电离子而影响多堆燃料电池的正常电化学反应、进而导致多堆燃料电池系统运行稳定性较低的问题。
技术实现思路
[0004]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种多堆燃料电池系统的水热管理集成装置，该水热管理集成装置能使多堆燃料电池系统快速启动、并能提高多堆燃料电池系统运行的稳定性。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供一种多堆燃料电池系统的水热管理集成装置，包括：
[0006]热交换单元，包括节温器、与节温器的一个流道阀口相连通的加热器、与节温器的另一个流道阀口相连通的散热器、与加热器相连通的去离子器、水箱、与水箱相连接的水泵、及与水泵相连接的热交换旁通阀，且所述去离子器和散热器均与水箱相连通；
[0007]空气中冷单元，包括中冷器组，所述中冷器组的进水端与热交换旁通阀的一个出水端相连接，所述中冷器组的出水端与节温器的进水阀口相连通；
[0008]并联冷却液管道单元，包括入堆冷却液管路和出堆冷却液管路，所述入堆冷却液管路和出堆冷却液管路的数量均与多堆燃料电池中的燃料电池单堆的数量相等；全部入堆冷却液管路分别与全部燃料电池单堆的入口相连通，且全部入堆冷却液管路均与热交换旁通阀的另一个出水端相连接；全部出堆冷却液管路分别与全部燃料电池单堆的出口相连通，且全部出堆冷却液管路均与节温器的进水阀口相连通。
[0009]进一步地，所述散热器包括散热风扇。
[0010]进一步地，所述空气中冷单元还包括中冷器入口旁通阀组，所述中冷器组的进水
端通过中冷器入口旁通阀组与热交换旁通阀的一个出水端相连接。
[0011]进一步地，所述空气中冷单元还包括中冷器出口混合器，所述中冷器组中全部中冷器的出水口均与中冷器出口混合器相连通，且所述中冷器出口混合器与节温器的进水阀口相连通。
[0012]进一步地，所述空气中冷单元还包括空气进气模块，所述空气进气模块与中冷器组相连通。
[0013]进一步地，所述空气进气模块与中冷器组之间的连通管路上设有空气流量传感器和空气压力表。
[0014]进一步地，所述并联冷却液管道单元还包括分流器组，全部所述入堆冷却液管路通过分流器组与热交换旁通阀的另一个出水端相连接。
[0015]进一步地，所述多堆燃料电池系统的水热管理集成装置，还包括控制器，所述节温器、散热器、水泵、热交换旁通阀及分流器组均与控制器相连接。
[0016]进一步地，所述并联冷却液管道单元还包括出堆混合器，全部所述出堆冷却液管路均与出堆混合器相连通，所述出堆混合器与节温器的进水阀口相连通。
[0017]如上所述，本专利技术涉及的水热管理集成装置，具有以下有益效果：
[0018]本多堆燃料电池系统的水热管理集成装置的工作原理为：在多堆燃料电池系统启动阶段，且当多堆燃料电池系统中的冷却液的温度小于或等于设定温度值时；热交换单元中的节温器，关闭流向散热器方向的流道阀口、并开启流向加热器方向的流道阀口，多堆燃料电池中流出的冷却液依次经过节温器、加热器、以及去离子器后流入水箱，且加热器对流经的冷却液进行加热，去离子器去除流经的冷却液中的导电离子，水泵再将水箱中冷却液输送至多堆燃料电池中；而在启动成功后或多堆燃料电池正常输出功率阶段，冷却液的温度处于设定温度范围，热交换单元中的节温器，关闭流向加热器方向的流道阀口、并开启流向散热器方向的流道阀口，多堆燃料电池中流出的冷却液依次经过节温器、散热器后流入水箱，水泵再将水箱中冷却液输送至多堆燃料电池中，且冷却液流经散热器后会降温。本水热管理集成装置，通过设置加热器能在启动阶段，对冷却液进行加热，以保证多堆燃料电池系统能快速、顺利启动；同时利用去离子器去除冷却液中的导电离子，以避免导电离子随冷却液进入多堆燃料电池中时，对多堆燃料电池的正常电化学反应造成影响，提高了多堆燃料电池系统运行的稳定性。
[0019]本专利技术要解决的另一个技术问题在于提供一种能使多堆燃料电池系统快速启动、并能提高多堆燃料电池系统运行稳定性的工作方法。
[0020]为实现上述目的，本专利技术提供一种所述多堆燃料电池系统的水热管理集成装置的工作方法，包括如下步骤：
[0021]在多堆燃料电池系统启动阶段，且当多堆燃料电池系统中的冷却液的温度小于或等于设定温度值时；热交换单元中的节温器，关闭流向散热器方向的流道阀口、并开启流向加热器方向的流道阀口，多堆燃料电池中流出的冷却液依次经过节温器、加热器、以及去离子器后流入水箱，且加热器对流经的冷却液进行加热，去离子器去除流经的冷却液中的导电离子，水泵再将水箱中冷却液输送至多堆燃料电池中；
[0022]在多堆燃料电池系统启动成功后或多堆燃料电池正常输出功率阶段，冷却液的温度处于设定温度范围，热交换单元中的节温器，关闭流向加热器方向的流道阀口、并开启流
向散热器方向的流道阀口，多堆燃料电池中流出的冷却液依次经过节温器、散热器后流入水箱，水泵再将水箱中冷却液输送至多堆燃料电池中，且冷却液流经散热器后会降温。
[0023]如上所述，本专利技术涉及的工作方法，具有以下有益效果：
[0024]本工作方法，在多堆燃料电池启动阶段，利用加热器对冷却液进行加热，使得冷却液及多堆燃料电池快速升温，进而使得多堆燃料电池能快速顺利启动；同时，利用去离子器去除冷却液中的导电离子，以避免导电离子随冷却液进入多堆燃料电池时对其电化学反应造成影响，进而提高多堆燃料电池系统运行的稳定性。
附图说明
[0025]图1为本专利技术实施例中多堆燃料电池系统的水热管理集成装置的结构示意图。
[0026]图2为本实施例采用本水热管理集成装置测试电流负载工况的示意图。
[0027]图3为本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种多堆燃料电池系统的水热管理集成装置，其特征在于，包括：热交换单元，包括节温器(4)、与节温器(4)的一个流道阀口相连通的加热器(5)、与节温器(4)的另一个流道阀口相连通的散热器、与加热器(5)相连通的去离子器(9)、水箱(11)、与水箱(11)相连接的水泵(12)、及与水泵(12)相连接的热交换旁通阀(16)，且所述去离子器(9)和散热器均与水箱(11)相连通；空气中冷单元，包括中冷器组(31)，所述中冷器组(31)的进水端与热交换旁通阀(16)的一个出水端相连接，所述中冷器组(31)的出水端与节温器(4)的进水阀口相连通；并联冷却液管道单元，包括入堆冷却液管路(19)和出堆冷却液管路(23)，所述入堆冷却液管路(19)和出堆冷却液管路(23)的数量均与多堆燃料电池(21)中的燃料电池单堆(22)的数量相等；全部入堆冷却液管路(19)分别与全部燃料电池单堆(22)的入口相连通，且全部入堆冷却液管路(19)均与热交换旁通阀(16)的另一个出水端相连接；全部出堆冷却液管路(23)分别与全部燃料电池单堆(22)的出口相连通，且全部出堆冷却液管路(23)均与节温器(4)的进水阀口相连通。2.根据权利要求1所述多堆燃料电池系统的水热管理集成装置，其特征在于，所述散热器包括散热风扇(7)。3.根据权利要求1所述多堆燃料电池系统的水热管理集成装置，其特征在于，所述空气中冷单元还包括中冷器入口旁通阀组(29)，所述中冷器组(31)的进水端通过中冷器入口旁通阀组(29)与热交换旁通阀(16)的一个出水端相连接。4.根据权利要求1所述多堆燃料电池系统的水热管理集成装置，其特征在于，所述空气中冷单元还包括中冷器出口混合器(30)，所述中冷器组(31)中全部中冷器的出水口均与中冷器出口混合器(30)相连通，且所述中冷器出口混合器(30)与节温器(4)的进水阀口相连通。5.根据权利要求1所述多堆燃料电池系统的水热管理集成装置，其特征在于，所述空气中冷单元还包括空气进气模块(1)，所述空气进气模块(1)与中冷器组(31)相...
【专利技术属性】
技术研发人员：周苏，谢正春，胡哲，翟双，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：
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