燃料电池热管理系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种燃料电池热管理系统，包括电堆、循环罐、换热器、第一循环水管线、第二循环水管线、电子三向阀和冷却水循环管线。电子三向阀连通第一循环水管线和第二循环水管线，并根据电堆中的热量而分别控制第一循环水管线或第二循环水管线的导通。本实用新型专利技术的技术方案中，当电堆需要较大的散热量时，电子三向阀开启第二循环水管线的导通，即循环水沿第二循环内回路流动。当电堆需要小的散热量时，电子三向阀开启第一循环水管线的导通，即循环水沿第一循环内回路流动。因而，本实用新型专利技术的燃料电池热管理系统可以精准、方便、及时的控制电堆的出入口温度差到最小，达到电堆电化学反应的最佳温度，最大化电堆的输出功率。最大化电堆的输出功率。最大化电堆的输出功率。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池热管理系统


[0001]本技术涉及燃料电池
，尤其涉及燃料电池热管理系统。

技术介绍

[0002]影响燃料电池发动机性能的因素很多，其中温度对电堆性能的影响很大。燃料电池发动机工作时电堆连续产生热量，如果产生的热量不及时排掉，电堆温度将逐渐升高。一方面，温度升高可提高催化剂活性，提高质子交换膜上的质子传递速度，从而提高电化学反应速度，反应电流升高，电堆性能变好。但燃料电池反应生成的水随反映气体排出的速度也会升高。由于水含量会影响质子交换膜的湿润条件，所以温度过高时，质子交换膜会产生脱水现象，电导率下降，电堆性能变差。另外，由于质子交换膜为聚合物电解质，当温度接近100℃时，膜的强度将下降，如不及时降温，膜会出现微孔通过微孔与空气混合，影响运行安全。当电堆内部温度过低时，催化剂活性下降，输出电压降低，电堆性能变差。因此，维持电堆内部正常电化学反应的最佳工作温度范围应保持在70～80℃。
[0003]故燃料电池热管理系统对燃料电池的性能、寿命和安全起着重要作用，所以一个有效的热管理系统可以维持燃料电池在70～80℃之间安全、稳定、高效运行。燃料电池的热管理系统主要是通过冷却液在燃料电池电堆内部流动，传递热量，对氢气与空气的反应温度进行控制，保持电堆内的热平衡。
[0004]而目前的燃料电池热管理系统要么比较单一，仅通过单一水路循环系统，冷却液采用价格昂贵的去离子水冷却液，故需要定期更换去离子水冷却液及其装置，其运行维护成本较高，且其仅能起到降温的目的，而在低温环境下无法向电堆提供热量，催化剂活性较低，电堆中的电化学反应较慢。虽然也有研究，采用具有换热器的两水路循环系统进行热管理系统，其中一条循环水路用于电堆中的热量于换热器中进行热交换，另外一条循环水路是向换热器中提供冷凝水，但是电堆中产生的热量通常变化很大，仅通过一条循环水路进行热交换，无法及时的将电堆中的温度控制为到最佳工作温度范围。

技术实现思路

[0005]基于上述问题，本技术的目的在于提供一种燃料电池热管理系统，其可精准、方便、及时的控制电堆的出入口温度差到很小，使电堆内达到最佳工作温度范围，最大化电堆的输出功率。
[0006]为实现上述目的，本技术提供了一种燃料电池热管理系统，包括：
[0007]电堆，所述电堆供氢气和空气进行电化学反应；
[0008]循环罐，所述循环罐用于存储水且内设有加热件；
[0009]换热器，所述换热器连通一冷却水循环管线，所述冷却水循环管线向所述换热器内提供冷却水；
[0010]第一循环水管线，所述第一循环水管线独立于所述冷却水循环管线并贯通所述电堆和所述换热器以形成第一循环内回路；
[0011]第二循环水管线，所述第二循环水管线独立于所述冷却水循环管线并贯通所述电堆、所述换热器和所述循环罐以形成第二循环内回路；
[0012]电子三向阀，所述电子三向阀连通所述第一循环水管线和所述第二循环水管线，并根据所述电堆中的热量而分别控制所述第一循环水管线或所述第二循环水管线的导通。
[0013]本技术采用的技术方案中，冷却水循环管线向换热器内提供冷却水以使换热器进行热交换，且冷却水循环管线和第一循环水管线及第二循环水管线独立设置，可方便更换冷却水及相应装置，运行成本低。另外，循环罐内设有加热件，于电堆电化学反应的初期阶段，加热件对循环罐内的水进行加热，从而可向电堆内部提供热量而使电化学反应达到的最佳反应温度。电子三向阀连通第一循环水管线和第二循环水管线，并根据电堆中的热量而分别控制第一循环水管线或第二循环水管线的导通，换言之，当电堆需要较大的散热量时，电子三向阀开启第二循环水管线的导通，即循环水沿第二循环内回路流动。当电堆需要小的散热量时，电子三向阀开启第一循环水管线的导通，即循环水沿第一循环内回路流动。因而，本技术的燃料电池热管理系统可以精准、方便、及时的控制电堆的出入口温度差到最小，达到电堆电化学反应的最佳温度，最大化电堆的输出功率。
[0014]作为一实施例，所述电堆和所述循环罐之间设有一第一循环水泵，所述第一循环水泵和所述循环罐之间设有一单向阀。
[0015]作为一实施例，所述电堆的出口侧设有一温度传感器，所述温度传感器和所述电子三向阀皆连接于一中央控制器。
[0016]作为一实施例，所述电堆和所述换热器之间设有一电动球阀，所述中央控制器连接一PID控制器，所述中央控制器接收所述温度传感器提供的电信号并提供降温指令给所述PID控制器，所述PID控制器控制所述电动球阀的开启程度。
[0017]作为一实施例，所述第一循环水管线依次连接所述电堆、所述温度传感器、所述电动球阀、所述换热器、所述电子三向阀和所述第一循环水泵而构成所述第一循环内回路，所述第二循环水管线依次连接所述电堆、所述温度传感器、所述电动球阀、所述换热器、所述电子三向阀、所述循环罐、所述单向阀和所述第一循环水泵而构成所述第二循环内回路。
[0018]作为一实施例，所述循环罐的上部设有一入水口，下部设有一出水口，所述入水口连接所述电子三向阀，所述出水口连接所述单向阀。
[0019]作为一实施例，所述换热器包括第一腔体和与所述第一腔体隔开且围绕所述第一腔体的第二腔体，所述第一腔体容纳来自所述电堆中的循环水，所述第二腔体容纳来自所述冷却水循环管线中的冷却水。
[0020]作为一实施例，所述换热器的顶部设有连接所述第一循环水管线的循环水出口和循环水入口，侧壁设有连接所述冷却水循环管线的冷却水入口和冷却水出口。
[0021]作为一实施例，所述冷却水循环管线连接一冷却塔和一第二循环水泵，所述冷却水循环管线依次连接所述冷却塔、所述第二循环水泵和所述换热器而构成外循环回路。
[0022]作为一实施例，所述换热器为板式换热器。
附图说明
[0023]图1为本技术的燃料电池热管理系统的示意图。
[0024]元件符号说明
[0025]100
‑
燃料电池热管理系统；10
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电堆；11
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进水口；13
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出水口；15
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中央控制器； 17
‑
PID控制器；20
‑
循环罐；21
‑
加热件；23
‑
入水口；25
‑
出水口；30
‑
换热器； 31
‑
第一腔体；32
‑
第二腔体；33
‑
循环水入口；34
‑
循环水出口；35
‑
冷却水出口； 36
‑
冷却水入口；40
‑
冷却水循环管线；41
‑
第二循环水泵；43
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冷却塔；50
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第一循环水管线；51
‑
温度传感器；53
‑
电动球阀；60
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池热管理系统，其特征在于，包括：电堆，所述电堆供氢气和空气进行电化学反应；循环罐，所述循环罐用于存储水且内设有加热件；换热器，所述换热器连通一冷却水循环管线，所述冷却水循环管线向所述换热器内提供冷却水；第一循环水管线，所述第一循环水管线独立于所述冷却水循环管线并贯通所述电堆和所述换热器以形成第一循环内回路；第二循环水管线，所述第二循环水管线独立于所述冷却水循环管线并贯通所述电堆、所述换热器和所述循环罐以形成第二循环内回路；电子三向阀，所述电子三向阀连通所述第一循环水管线和所述第二循环水管线，并根据所述电堆中的热量而分别控制所述第一循环水管线或所述第二循环水管线的导通。2.根据权利要求1所述的燃料电池热管理系统，其特征在于，所述电堆和所述循环罐之间设有一第一循环水泵，所述第一循环水泵和所述循环罐之间设有一单向阀。3.根据权利要求2所述的燃料电池热管理系统，其特征在于，所述电堆的出口侧设有一温度传感器，所述温度传感器和所述电子三向阀皆连接于一中央控制器。4.根据权利要求3所述的燃料电池热管理系统，其特征在于，所述电堆和所述换热器之间设有一电动球阀，所述中央控制器连接一PID控制器，所述中央控制器接收所述温度传感器提供的电信号并提供降温指令给所述PID控制器，所述PID控制器控制所述电动球阀的开启程度。5.根据权利要求4所述的燃料电池...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭孝坤，洪瑶，
申请(专利权)人：东莞氢宇新能源科技有限公司，
类型：新型
国别省市：