一种冷启动辅助集成化端板、控制方法以及汽车技术

一种冷启动辅助集成化端板、控制方法以及汽车，属于燃料电池电堆技术领域。所述集成化端板包括阳极端板和阴极端板；所述阳极端板和阴极端板布置在集成化端板两侧；所述第一冷却液加热流场通过中间贯通，四周均匀分布的方式设置在阳极端板上；所述第一传感器设置在阳极端板的四周；所述第一加热器设置在阳极端板的正中间位置；所述连通阀设置在阳极端板冷却液出入口的位置；所述冷却液水泵设置在连通阀与阳极端板冷却液入口之间；所述第二冷却液加热流场通过中间贯通，四周均匀分布的方式设置在阴极端板上；所述第二传感器设置在阴极端板的四周；所述第二加热器设置在阴极端板的正中间位置。位置。位置。

【技术实现步骤摘要】
一种冷启动辅助集成化端板、控制方法以及汽车


[0001]本专利技术涉及燃料电池电堆
，具体涉及一种冷启动辅助集成化端板、控制方法以及汽车。

技术介绍

[0002]燃料电池电堆由双极板、膜电极、绝缘板、集流板、端板堆叠而成，阴极端板与阳极端板分别位于电堆两侧，燃料电池端板主要起到控制接触压力、集成组装各零部件的作用。燃料电池利用氢气和氧气在双极板流场区域发生氧化还原反应产生的电荷转移形成电流。氢燃料电池内部发生的氢气和氧气的氧化还原反应为放热反应，产物为纯水，在燃料电池运行过程中，会释放大量的余热，生成水多数会以气态形式随空气和氢气从出口处流出，且在电堆运行过程中需要循环冷却液对电堆进行冷却降温。但在低温且未启动时，燃料电池电堆内部温度低于0℃，残留在双极板流场区域的生成水会冻结成冰，堵塞双极板流场，导致部分反应气体无法进行氧化还原反应，进而影响电堆的正常运行。因此，在低温条件下加速电堆冷启动起着关键的作用。
[0003]但是，在电堆运行过程中存在的缺陷为：由于阴阳极端板位于电堆两侧，且多为铝合金机加而成，散热较快，导致电堆中间温度高，两侧温度低，影响整堆效率。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决了现有的燃料电池电堆运行过程中由于阴阳极端板位于电堆两侧，且多为铝合金机加而成，散热较快，导致电堆中间温度高，两侧温度低，影响整堆效率的问题。
[0005]本专利技术所述的一种冷启动辅助集成化端板，所述集成化端板包括阳极端板和阴极端板；
[0006]所述阳极端板和阴极端板布置在集成化端板两侧；
[0007]所述阳极端板包括第一冷却液加热流场1、第一传感器单元2、第一加热器3、连通阀4和冷却液水泵5；
[0008]所述第一冷却液加热流场1通过中间贯通，四周均匀分布的方式设置在阳极端板上；
[0009]所述第一传感器2设置在阳极端板的四周；
[0010]所述第一加热器3设置在阳极端板的正中间位置；
[0011]所述连通阀4设置在阳极端板冷却液出入口的位置；
[0012]所述冷却液水泵5设置在连通阀4与阳极端板冷却液入口之间；
[0013]所述阴极端板包括第二冷却液加热流场6、第二传感器单元7和第二加热器8；
[0014]所述第二冷却液加热流场6通过中间贯通，四周均匀分布的方式设置在阴极端板上；
[0015]所述第二传感器7设置在阴极端板的四周；
[0016]所述第二加热器8设置在阴极端板的正中间位置。
[0017]进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述第一传感器2和第二传感器7分别至少为四个；
[0018]所述第一传感器2和第二传感器7均为温度传感器。
[0019]本专利技术所述的一种冷启动辅助集成化端板的控制方法，所述控制方法是采用上述方法所述的一种冷启动辅助集成化端板实现的，包括以下步骤：
[0020]步骤S1，点火启动后，第一传感器2和第二传感器7分别采集阳极端板和阴极端板的四周温度，获得阳极端板和阴极端板的平均温度信号；
[0021]步骤S2，判断是否满足指定条件，若是，则控制器控制连通阀4关闭，其开启冷却液内循环模式，同时第一加热器3和第二加热器8分别以W
max
功率进行加热辅助燃料电池电堆冷启动，若否，则执行步骤S3；
[0022]步骤S3，判断是否满足指定条件，若是，则控制器控制连通阀4关闭，其开启冷却液内循环模式，同时第一加热器3和第二加热器8分别以W
min
功率进行加热辅助燃料电池电堆冷启动，若否，则执行步骤S4；
[0023]步骤S4，控制器控制连通阀4打开，其启动冷却液内外循环模式，同时第一加热器3和第二加热器8分别以W
min
功率进行辅助燃料电池电堆运行，直至满足指定条件时，关闭第一加热器3和第二加热器8；
[0024]步骤S5，燃料电池电堆冷启动后，控制器实时监控燃料电池电堆中间与两侧端板的温度，若达到指定条件时，则控制冷却液水泵5加速循环，直至燃料电池电堆中间与两侧端板的温度达到平衡后恢复冷却液水泵5正常转速。
[0025]进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述阳极端板和阴极端板的平均温度信号是通过分别求取第一传感器2和第二传感器7采集的四周温度的算术平均值。
[0026]进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述步骤S2中，所述指定条件为：
[0027]阳极端板的平均温度信号＜冷却液启动内循环温度，且阴极端板的平均温度信号＜冷却液启动内循环温度。
[0028]进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述步骤S3中，所述指定条件为：
[0029]阳极端板的平均温度信号＜常温启动温度，或阴极端板的平均温度信号＜常温启动温度。
[0030]进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述步骤S4中，所述指定条件为：
[0031]阳极端板的温差信号≤终止温差，且阴极端板的温差信号≤终止温差；
[0032]所述阳极端板的温差信号是燃料电池电堆正常运行温度与阳极端板的平均温度信号的差值；
[0033]所述阴极端板的温差信号是燃料电池电堆正常运行温度与阴极端板的平均温度信号的差值。
[0034]进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述步骤S5中，所述指定条件为：
[0035]阳极端板内部的温差信号≥启动温差，且阴极端板内部的温差信号≥启动温差；
[0036]所述阳极端板内部的温差信号是燃料电池电堆内部温度与阳极端板的平均温度信号的差值；
[0037]所述阴极端板内部的温差信号是燃料电池电堆内部温度与阴极端板的平均温度信号的差值。
[0038]本专利技术所述的一种汽车，该汽车内部安装有上述方法所述的集成化端板。
[0039]本专利技术解决了现有的燃料电池电堆运行过程中由于阴阳极端板位于电堆两侧，且多为铝合金机加而成，散热较快，导致电堆中间温度高，两侧温度低，影响整堆效率的问题。具体有益效果包括：
[0040]1、本专利技术所述的一种冷启动辅助集成化端板，通过集成化阴阳极端板结构，并通过植入端板内的温度信号传感器及加热器精准控制电堆内部冷却液加热情况，通过控制水泵速率和连通阀开关情况精准控制电堆内部冷却液的循环速率，使得燃料电池电堆能够：1)在低温下实现快速冷启动，有效缩短燃料电池冷启动时间；2)在常温条件下快速实现高功率输出，缩短启动时间；3)在运行过程中提升燃料电池电堆的整堆效率。
[0041]2、本专利技术所述的一种冷启动辅助集成化端板，采用冷却液流场直接加工在阴阳极端板上，且采用温度传感器与加热器集成在端板内，避免采用预热板，达到高度集成化。
[0042]3、本专利技术所述的一种冷启动辅助集成化端板，端板结构中增加传感器装置，传感器位于端板四个位置，能够更准确地测量电堆温度。
[0043]4、本专利技术所述的一种冷启动辅助集成化端板，端板结构中增设加热器装置，加热器位于端板最中间位置，可以最快速实现冷却液融化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种冷启动辅助集成化端板，其特征在于，所述集成化端板包括阳极端板和阴极端板；所述阳极端板和阴极端板布置在集成化端板两侧；所述阳极端板包括第一冷却液加热流场(1)、第一传感器单元(2)、第一加热器(3)、连通阀(4)和冷却液水泵(5)；所述第一冷却液加热流场(1)通过中间贯通，四周均匀分布的方式设置在阳极端板上；所述第一传感器(2)设置在阳极端板的四周；所述第一加热器(3)设置在阳极端板的正中间位置；所述连通阀(4)设置在阳极端板冷却液出入口的位置；所述冷却液水泵(5)设置在连通阀(4)与阳极端板冷却液入口之间；所述阴极端板包括第二冷却液加热流场(6)、第二传感器单元(7)和第二加热器(8)；所述第二冷却液加热流场(6)通过中间贯通，四周均匀分布的方式设置在阴极端板上；所述第二传感器(7)设置在阴极端板的四周；所述第二加热器(8)设置在阴极端板的正中间位置。2.根据权利要求1所述的一种冷启动辅助集成化端板，其特征在于，所述第一传感器(2)和第二传感器(7)分别至少为四个；所述第一传感器(2)和第二传感器(7)均为温度传感器。3.一种冷启动辅助集成化端板的控制方法，所述控制方法是采用权利要求1所述的一种冷启动辅助集成化端板实现的，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，点火启动后，第一传感器(2)和第二传感器(7)分别采集阳极端板和阴极端板的四周温度，获得阳极端板和阴极端板的平均温度信号；步骤S2，判断是否满足指定条件，若是，则控制器控制连通阀(4)关闭，其开启冷却液内循环模式，同时第一加热器(3)和第二加热器(8)分别以W
max
功率进行加热辅助燃料电池电堆冷启动，若否，则执行步骤S3；步骤S3，判断是否满足指定条件，若是，则控制器控制连通阀(4)关闭，其开启冷却液内循环模式，同时第一加热器(3)和第二加热器(8)分别以W
min
功率进行加热辅助燃料电池电堆冷启动，若否，则执行步骤S4；步骤S4，控制器控制连通阀(4)打开，其启动...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘颖，盛夏，潘兴龙，金守一，许德超，丁磊，汝春宇，赵洪辉，韩令海，李金成，赵慧超，
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：