一种高效燃料电池发动机热管理系统技术方案

本实用新型专利技术的一种高效燃料电池发动机热管理系统，包括燃料电池散热系统即从燃料电池电堆的冷却液出口到燃料电池电堆的冷却液入口依次连接设置的温度传感器一、冷却水泵、中冷器、节温器二、节温器三、节温器四、PTC加热器一、主散热器、散热风扇一、膨胀水箱一、去离子器一、氢气预热换热器、节温器一、颗粒过滤器一、压力传感器、温度传感器二；还包括取暖系统即依次连接设置的余热交换器、PTC加热器二、节温器五、取暖水泵、膨胀水箱二、去离子器二、取暖散热器、取暖风扇二、温度传感器三及颗粒过滤器二；本实用新型专利技术可实现不同温度不同热量的取暖需求，也可控制冷却液流动路径，降低在燃料电池发动机余热满足采暖需求时取暖水泵的功耗。功耗。功耗。

【技术实现步骤摘要】
一种高效燃料电池发动机热管理系统


[0001]本技术涉及氢燃料电池动力能源
，具体涉及一种高效燃料电池发动机热管理系统。

技术介绍

[0002]随着环境问题日益突出以及世界各国环保意识增强，氢能作为一种清洁无污染的可再生绿色能源受到了世界各国的广泛关注。氢燃料电池作为一种使用氢能的能量转换装置，可以直接将氢气中的化学能转换为电能，具有能量转换效率高、无污染等优点。目前，氢燃料电池受到了世界主要国家的大力发展和推广，如中国、美国、日本、韩国、欧洲等。氢燃料电池发动机系统是在燃料电池电堆的基础上集成电堆高效稳定工作所需的所有零部件而成的，在燃料电池发动机系统中热管理系统是其重要组成部分，负责具有一定温度、压力、流量的冷却液的供应以及燃料电池发动机余热的处理。燃料电池发动机在正常工作时，燃料电池电堆及经过空压机压缩后的高温空气具有较多的余热，这部分余热如果不加以回收利用会导致燃料电池发动机的能量利用率较低及取暖功耗增加，不利于能源的最大化利用和环境保护。因此，燃料电池发动机热管理系统的余热回收利用就显得格外重要。而燃料电池发动机热管理系统的合理有效优化设计可以降低燃料电池发动机的寄生功率，最大化燃料电池发动机的能量利用率，从而提升燃料电池发动机的整机效率和净输出功率。

技术实现思路

[0003]本技术提出的一种高效燃料电池发动机热管理系统，可至少解决上述技术问题之一。
[0004]为实现上述目的，本技术采用了以下技术方案：
[0005]一种高效燃料电池发动机热管理系统，包括该燃料电池发动机热管理系统包括两个部分，第一个部分是燃料电池散热系统，包括从燃料电池电堆的冷却液出口到燃料电池电堆的冷却液入口依次连接设置的温度传感器一、冷却水泵、中冷器、节温器二、节温器三、节温器四、PTC加热器一、主散热器、散热风扇一、膨胀水箱一、去离子器一、氢气预热换热器、节温器一、颗粒过滤器一、压力传感器、温度传感器二；
[0006]第二部分是取暖系统包括依次连接设置的余热交换器、PTC加热器二、节温器五、取暖水泵、膨胀水箱二、去离子器二、取暖散热器、取暖风扇二、温度传感器三及颗粒过滤器二；
[0007]燃料电池散热系统和取暖系统通过余热交换器交换热量。
[0008]该热管理系统具有低温快速启动、燃料电池电堆和高温空气余热高效回收利用、实现冬天较低环境温度下不同温度的取暖需求、氢气高效预热与燃料电池电堆性能提升、燃料电池发动机寄生功率降低等功能；一方面能够充分回收利用燃料电池电堆和高温压缩空气的余热，提高燃料电池发动机的能量利用率，实现能量的最大化利用，降低功耗；另一方面，能够实现燃料电池发动机的低温快速启动，减少燃料电池发动机低温启动时间。该实
用新型提供的一种高效燃料电池发动机热管理系统不仅可以用于燃料电池整车，为整车车舱取暖，也可以用于固定式燃料电池发电装置，为房屋等取暖。
[0009]进一步地，所述的低温快速启动功能，低温启动时通过组合使用燃料电池发动机PTC加热器一和取暖PTC加热器二可以使燃料电池电堆温度快速上升，从而实现燃料电池发动机低温快速启动。
[0010]具体为：在燃料电池发动机低温启动期间，燃料电池散热系统的冷却液的流动顺序为冷却水泵、节温器二、节温器三、余热交换器、节温器四、PTC加热器一、节温器一、颗粒过滤器一、燃料电池电堆，取暖系统的冷却液的流动顺序为取暖水泵、节温器五、PTC加热器二、余热交换器、颗粒过滤器二、取暖散热器，在此期间PTC加热器一和PTC加热器二满功率运行加热冷却液，从而使取暖系统中的冷却液在流经余热交换器时将热量传递给燃料电池散热系统中的冷却液，燃料电池散热系统中的冷却液在流经余热交换器时与取暖系统中温度较高的冷却液进行第一次升温，在经过PTC加热器一时进行第二次升温，从而加速冷却液的温升速率以提高冷却液进入电堆时的温度，经过两次升温的温度较高的冷却液在流经温度较低的电堆时给电堆传热，使电堆温度快速上升，从而实现燃料电池发动机的低温快速启动，使燃料电池发动机能够更快地输出净功率以供使用。
[0011]进一步地，所述的燃料电池电堆和高温空气余热高效回收利用功能，通过使用余热交换器可以将燃料电池电堆和高温空气中的余热回收给取暖利用；
[0012]具体为：当燃料电池发动机正常工作时，电堆产生的余热较多，为了保持燃料电池电堆的正常工作，需要将电堆产生的多余的热量散掉，从而避免电堆温度超过其正常工作温度范围，而这部分多余的热量，通过冷却液携带并在流经余热交换器时传递给取暖系统供取暖利用，此时冷却液的部分流动顺序为燃料电池电堆、冷却水泵、节温器二、节温器三、余热交换器。另外，经过空压机压缩后的空气具有较高的温度，不经过冷却直接进入到电堆中会对电堆造成不可逆损伤，因此通过中冷器将空压机压缩后的高温空气中的多余热量带走，这部分热量由流经中冷器的冷却液携带，在与流经电堆的冷却液汇合后一同流经余热交换器，在携带电堆以及高温空气多余热量的冷却液经过余热换热器时传递给取暖系统中的冷却液，取暖系统中的冷却液携带交换的热量在流经取暖散热器时通过取暖风扇二散出以利用。根据取暖系统的取暖需求通过调节节温器三的角度控制进入余热交换器的冷却液流量，当取暖系统的取暖需求较低时，则通过调节节温器三的角度使部分冷却液不流经余热交换器，降低冷却液的压力损失。通过燃料电池电堆和高温空气中余热回收利用系统可以降低取暖能耗以及燃料电池发动机散热功耗，提高燃料电池发动机能量利用率及效率。
[0013]进一步地，所述的实现冬天较低环境温度下不同温度的取暖需求功能，通过使用余热交换器和取暖PTC加热器二，控制节温器开度和开关阀的开闭，实现不同温度的取暖需求，并可以最大化利用燃料电池发动机余热，提高燃料电池发动机的能量利用率，降低取暖PTC加热器二功耗。
[0014]具体为：当燃料电池电堆和高温空气余热超过取暖系统的需求（需求的取暖温度较低）时，通过控制节温器三的角度使燃料电池散热系统的冷却液部分流经余热交换器，以此来降低取暖系统中冷却液的温度，保持较低的取暖温度，此时取暖系统冷却液的流动顺序为取暖水泵、节温器五、余热交换器、颗粒过滤器二、取暖散热器。当燃料电池电堆和高温空气余热刚好满足取暖系统的需求时，通过控制节温器三的角度使燃料电池散热系统的冷
却液全部流经余热交换器，以此来达到取暖系统所需求的取暖温度，此时取暖系统冷却液的流动顺序不变。当燃料电池电堆和空气余热无法满足取暖系统的需求时，通过控制节温器三的角度使燃料电池散热系统的冷却液全部流经余热交换器进行热量传递，而取暖系统冷却液的流动顺序为取暖水泵、节温器五、PTC加热器二、余热交换器、颗粒过滤器二、取暖散热器，此时PTC加热器二的工作状态为加热，当取暖系统冷却液流经PTC加热器二时进行第一次传热升温，在流经余热交换器时与燃料电池散热系统中冷却液进行第二次换热升温，以此提高取暖系统冷却液温度来满足取暖系统较高的取暖温度需求。另外，可以根据取暖系统需求取暖温度的大小调整PTC加热器二的加热功率，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高效燃料电池发动机热管理系统，包括燃料电池散热系统和取暖系统，其特征在于，所述燃料电池散热系统，包括从燃料电池电堆的冷却液出口到燃料电池电堆的冷却液入口依次连接设置的温度传感器一、冷却水泵、中冷器、节温器二、节温器三、节温器四、PTC加热器一、主散热器、散热风扇一、膨胀水箱一、去离子器一、氢气预热换热器、节温器一、颗粒过滤器一、压力传感器、温度传感器...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈睿杨，张国卿，李超明，孙震东，王健，桂旺胜，
申请(专利权)人：安徽理安极科技有限公司，
类型：新型
国别省市：