燃料电池及低温环境运行控制方法技术

本发明专利技术属于燃料电池技术领域，公开了一种燃料电池及低温环境运行控制方法，燃料电池包括外壳体，设有第一开口；内壳体，设置在外壳体中，内壳体设有朝向第一开口的第二开口，内壳体与外壳体之间形成夹层通道；盖体，同时密封连接在第一开口和第二开口，盖体内部设有盖体通道，盖体通道和夹层通道连通形成外腔室，盖体和内壳体之间形成内腔室，内腔室和外腔室之间互不连通并分别保持真空。盖体通道和夹层通道连通形成外腔室，盖体和内壳体之间形成内腔室，内腔室和外腔室之间互不连通并分别保持真空，形成内外两层真空空间，在低温环境下，燃料电池的热量损失将极其缓慢，有利于热量聚集、快速升温。快速升温。快速升温。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池及低温环境运行控制方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，尤其涉及一种燃料电池及低温环境运行控制方法。

技术介绍

[0002]质子交换膜燃料电池车，具有高效率，零排放，燃料加注速率快等优点，是新能源车辆发展的主要方向之一，但其发电核心电堆，在发电的同时将会反应生成水，而水在零下的低温环境下将会结冰，阻碍电化学反应发生，导致启动失败。如何提高车辆在低温环境下冷启动成功率，一直是相关研究的重点。
[0003]现有技术中的电池保温壳的保温效果较差，导致在低温下，加热电堆的热量易被电池保温壳散出，影响低温环境下的电池加热效率，影响车辆在低温环境下冷启动成功率。
[0004]通常燃料电池需要在正常的工作温度区间(如70℃至80℃)进行工作，较低的工作温度将减慢燃料电池内部的电化学反应速率，降低发电效率，产生额外的热功率。但在低温环境下，燃料电池自身所产生的热功率，不足以抵消较大温差对流所带来的热功率耗散，通过外部PTC加热以维持燃料电池正常工作温度的传统方法，会带来额外的寄生功率消耗，影响燃料电池系统经济性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种燃料电池，以解决电池加热低温环境下的电池加热效率。
[0006]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]第一方面，一种电池保温壳，包括：
[0008]外壳体，设有第一开口；
[0009]内壳体，设置在所述外壳体中，所述内壳体设有朝向所述第一开口的第二开口，所述内壳体与所述外壳体之间形成夹层通道；
[0010]盖体，同时密封连接所述第一开口和所述第二开口，所述盖体内部设有盖体通道，所述盖体通道和所述夹层通道连通形成外腔室，所述盖体和所述内壳体之间形成内腔室，所述内腔室和所述外腔室之间互不连通并分别保持真空；
[0011]电堆，设置在所述内腔室，所述电堆设有散热管；以及
[0012]第一三通阀、第二三通阀、循环泵和PTC加热器，均设置所述内腔室中，所述第一三通阀的第一端连接进液管，所述第一三通阀的第二端连通至所述电堆的散热管入口，所述第一三通阀的第三端依次连通所述循环泵、所述PTC加热器和所述第二三通阀的第一端，所述第二三通阀的第二端连通至所述电堆的散热管出口，所述第二三通阀的第三端连通至出液管。
[0013]作为优选，所述外壳体设有第一通孔和第二通孔，所述内壳体设有第三通孔，所述第三通孔和所述第二通孔之间设有连接管；
[0014]燃料电池还包括第一真空泵和第二真空泵，所述第一真空泵与所述第一通孔连通，所述第二真空泵与所述第二通孔连通。
[0015]作为优选，所述盖体包括：
[0016]外盖板，与所述外壳体的边缘密封卡接；以及
[0017]内盖板，与所述内壳体的边缘密封卡接，所述内盖板和所述外盖板之间间隔布置并形成所述盖体通道。
[0018]作为优选，所述外盖板设有用于卡接所述外壳体的第一卡槽，所述内盖板设有用于卡接内壳体的第二卡槽，所述第一卡槽和所述第二卡槽的表面均设有密封垫。
[0019]作为优选，所述外壳体的内表面设有支撑部，所述支撑部抵接所述内壳体的外表面；和/或
[0020]所述内壳体的外表面设有所述支撑部，所述支撑部抵接所述外壳体的内表面。
[0021]第二方面，一种燃料电池低温环境运行控制方法，包括以下步骤：
[0022]获取环境温度；
[0023]若所述环境温度低于预设低温，且燃料电池温度大于第三预设电池温度，则打开第一三通阀和第二三通阀，调整空气计量比为第三计量比，其中，第三预设电池温度为所述燃料电池正常工作模式下的基准温度，所述第三计量比为燃料电池额定电压对应的基准计量比。
[0024]作为优选，若所述环境温度低于所述预设低温，且所述燃料电池温度等于或小于所述第三预设电池温度，之后还包括以下步骤：
[0025]调整空气计量比为第二计量比，关闭所述第一三通阀和所述第二三通阀，开启循环泵，其中，所述第二计量比为燃料电池的额定电压下降第一幅度后对应的计量比；
[0026]若所述燃料电池温度等于或小于第二预设电池温度，且燃料电池不为经济模式，则保持空气计量比为所述第二计量比，开启PTC加热器。
[0027]作为优选，所述第一幅度为10％。
[0028]作为优选，若所述燃料电池温度等于或小于第二预设电池温度，且燃料电池为经济模式，则调整空气计量比为第一计量比，电流加载至目标电流，且不超过当前上限电流，其中，所述第一计量比小于所述第二计量比；
[0029]开启PTC加热器，直到退出低温启动后结束。
[0030]作为优选，所述第一计量比为燃料电池正常运行时的下限计量比。
[0031]本专利技术的有益效果：
[0032]对于燃料电池，盖体通道和夹层通道连通形成外腔室，盖体和内壳体之间形成内腔室，内腔室和外腔室之间互不连通并分别保持真空，形成内外两层真空空间，在低温环境下，电池保温壳的热量损失将极其缓慢，有利于热量聚集、快速升温，提高冷启动成功率。
[0033]对于燃料电池低温环境运行控制方法，结合动力系统工作模式，综合考虑燃料电池工作温度与电、热功率分配，提升系统经济性与动力性。
附图说明
[0034]图1是本申请实施例一提供的燃料电池的第一视角的结构示意图；
[0035]图2是图1所示的燃料电池中的第二视角的结构示意图；
[0036]图3是图1所示的燃料电池的第三视角的结构示意图；
[0037]图4是图2中A
‑
A的剖视图；
[0038]图5是图4中C圈的放大图；
[0039]图6是图5中D圈的放大图；
[0040]图7是图5中E圈的放大图；
[0041]图8是图3中B
‑
B的剖视图；
[0042]图9是图1所示的燃料电池的第四视角的结构示意图；
[0043]图10是本申请实施例二提供的燃料电池低温环境运行控制方法的流程示意图；
[0044]图11为本申请实施例二中燃料电池的额定电压与运行温度关系的示意图；
[0045]图12为本申请实施例二中燃料电池V
‑
I特性曲线；
[0046]图13为本申请实施例二中燃料电池额定电压与空气计量比关系示意图。
[0047]图中：
[0048]1‑
外壳体；11
‑
第一通孔；12
‑
第二通孔；14
‑
连接管；
[0049]2‑
内壳体；21
‑
第三通孔；
[0050]3‑
盖体；31
‑
外盖板；32
‑
内盖板；300
‑
密封垫；330
‑
连通孔；34
‑
线束孔；
[0051]41
‑
第一真空泵本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池，其特征在于，包括：外壳体(1)，设有第一开口；内壳体(2)，设置在所述外壳体(1)中，所述内壳体(2)设有朝向所述第一开口的第二开口，所述内壳体(2)与所述外壳体(1)之间形成夹层通道；盖体(3)，同时密封连接所述第一开口和所述第二开口，所述盖体(3)内部设有盖体通道，所述盖体通道和所述夹层通道连通形成外腔室，所述盖体(3)和所述内壳体(2)之间形成内腔室，所述内腔室和所述外腔室之间互不连通并分别保持真空；电堆(6)，设置在所述内腔室，所述电堆(6)设有散热管；以及第一三通阀(7)、第二三通阀(8)、循环泵(9)和PTC加热器(10)，均设置所述内腔室中，所述第一三通阀(7)的第一端连接进液管，所述第一三通阀(7)的第二端连通至所述电堆(6)的散热管入口，所述第一三通阀(7)的第三端依次连通所述循环泵(9)、所述PTC加热器(10)和所述第二三通阀(8)的第一端，所述第二三通阀(8)的第二端连通至所述电堆(6)的散热管出口，所述第二三通阀(8)的第三端连通至出液管。2.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述外壳体(1)设有第一通孔(11)和第二通孔(12)，所述内壳体(2)设有第三通孔(21)，所述第三通孔(21)和所述第二通孔(12)之间设有连接管(14)；所述燃料电池还包括第一真空泵(41)和第二真空泵(42)，所述第一真空泵(41)与所述第一通孔(11)连通，所述第二真空泵(42)与所述第二通孔(12)连通。3.根据权利要求2所述的燃料电池，其特征在于，所述盖体(3)包括：外盖板(31)，与所述外壳体(1)的边缘密封卡接；以及内盖板(32)，与所述内壳体(2)的边缘密封卡接，所述内盖板(32)和所述外盖板(31)之间间隔布置并形成所述盖体通道。4.根据权利要求3所述的燃料电池，其特征在于，所述外盖板(31)设有用于卡接所述外壳体(1)的第一卡槽，所述内盖板(32)设有用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宇鹏，都京，黄兴，丁天威，赵洪辉，王恺，魏凯，李金成，韩令海，
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：