一种具有极寒低温启动功能的燃料电池发动机制造技术

本发明专利技术提供了一种具有极寒低温启动功能的燃料电池发动机，属于燃料电池技术领域，解决了现有技术空侧的三通阀无法耐高温且低温低温化冰效果差

【技术实现步骤摘要】
一种具有极寒低温启动功能的燃料电池发动机


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，尤其涉及一种具有极寒低温启动功能的燃料电池发动机
。

技术介绍

[0002]面对传统化石能源紧缺和污染物排放的现状，新能源汽车逐渐成为汽车行业发展的主流方向
。
燃料电池由于其零排放
、
续航里程长的独特优势，在新能源汽车领域的应用广泛
。
燃料电池系统中，低温洁净的氢气经供氢系统
、
板换加热后，进入电堆内部氢腔，空气经膨胀机压缩后进入电堆内部，与氢气发生化学反应，生成电能，以驱动汽车电机输出动力
。
[0003]燃料电池系统中未反应完的气体具有一定的动能和热能，若将此部分气体直接通过尾排管路排出，会造成能量浪费
。
现有技术通过膨胀机对尾排气体进行能量回收，将尾排中的水
、
气分离后，气体进入膨胀机涡轮端加以利用
。
为解决膨胀机及分水件结冰的潜在风险，在膨胀机压轮端后设置空侧的三通阀引一股压缩后的高温空气对涡端进行化冰操作，但气体经压缩后，温度较高，最高能到达
210
多
℃
，远超过空侧的三通阀的极限耐温
125℃
左右，导致空侧的三通阀的橡胶密封圈
、
执行器及传动装置等都存在极高的可靠性失效风险
。
当应用于极寒低温场景时，低温空气虽经压轮压缩，但升温后温度仍然较低，低温化冰效果较差且时间较长，影响冷启动开机时间
。
此外，若燃料电池在关机吹扫过程中遇到紧急停机或突然断电，吹扫不完全，因现有空侧的三通阀旁通结构为断电常开状态，大量未排除出的水气会通过旁通管路反流到膨胀机压轮端，遇冷后结冰，导致压轮端启动失败
。

技术实现思路

[0004]鉴于上述的分析，本专利技术实施例旨在提供一种具有极寒低温启动功能的燃料电池发动机，用以解决现有技术空侧的三通阀无法耐高温且低温低温化冰效果差
、
时间长
、
存在遇冷结冰的问题
。
[0005]一方面，本专利技术实施例提供了一种具有极寒低温启动功能的燃料电池发动机，包括电堆
、
尾排管路，以及与电堆分别连接的空气系统
、
供氢系统
、
冷却系统，空气系统进一步包括膨胀机
、
增湿器
、
三通阀
、
空气换热器
、
中冷器
、
分水器
、
尾排节气门
、
旁通节气门，以及密封节气门；其中，
[0006]电堆的空气入口依次经增湿器的干侧支路
、
密封节气门
、
中冷器的支路一接三通阀的输出端一，其空气尾气出口依次经增湿器的湿侧支路
、
尾排节气门
、
分水件的排气口接膨胀机的涡轮端入口；三通阀的输入端经空气换热器的支路一接膨胀机的压轮端出口，以对膨胀机输出的压缩空气与冷却系统中的冷却液换热，其输出端二经旁通节气门接膨胀机的涡轮端入口，以在发动机冷启动时通过旁通节气门对膨胀机的涡轮端
、
分水件的排水端以及尾排进行吹扫；中冷器
、
空气换热器的支路二均接入冷却系统，以在低温环境下对低于冷却液的压缩空气加热，并通过加热后的空气进一步对冷却系统的冷却液加热
。
[0007]上述技术方案的有益效果如下：针对现有技术中三通阀无法耐高温的问题，由于
三通阀无法耐受
125℃
以上高温
、
其内的橡胶密封圈无法长期高温工作，上述方法在空侧的三通阀前端设置空气换热器，解决了散热问题，当流道气体温度达到
125℃
以上时，空气换热器作为散热器工作，使旁通节气门工作在安全温度范围内，避免了密封圈
、
执行器及传动装置的高温耐受出问题
。
针对现有技术中低温化冰效果较差且时间较长的问题，在极寒低温应用场景应用时，冷却系统中经
PTC
加热后的冷却水对低于冷却液的压缩空气进行加热，提高气体化冰效果，由于进一步设置旁通节气门，可通过三通阀引一股膨胀机压轮端压缩后的高温空气对涡端进行进一步低温化冰
。
针对现有技术关机时吹扫不完全导致水气反流到压轮端存在遇冷结冰风险的问题，通过进一步设置密封节气门节气门
、
尾排节气门
、
旁通节气门，保证了密封效果，保证了燃料电池系统的可靠性，加速了工程化应用
。
[0008]基于上述装置的进一步改进，供氢系统进一步包括氢源
、
氢气换热器
、
喷射阀；其中，
[0009]电堆的氢气入口依次经喷射阀
、
氢气换热器的支路一接氢源的输出端；氢气换热器的支路二也接入冷却系统，以使加热后的冷却液对氢源输出的低温氢气进一步加热
。
[0010]进一步，该燃料电池发动机还包括两位三通电磁阀
、
调节阀；其中，
[0011]两位三通电磁阀具有用于输入的端口一，以及用于输出的端口二
、
端口三，其开度处于可调状态；
[0012]冷却系统输出的冷却液分为三路，第一路直接进入电堆内，第二路依次经调节阀进入两位三通电磁阀的端口一，第三路依次经中冷器
、
氢气换热器进入冷却系统的输入端；两位三通电磁阀的端口二依次经空气换热器
、
氢气换热器接冷却系统的输入端，端口三仅经氢气换热器接冷却系统的输入端
。
[0013]进一步，该燃料电池发动机还包括第一温度传感器
、
控制器；其中，
[0014]第一温度传感器设于膨胀机压轮端进口处，用于获取膨胀机的环境进气温度，发送至控制器；
[0015]控制器具有极寒低温启动功能；
[0016]控制器的输入端接第一温度传感器的输出端，其输出端分别接膨胀机
、
尾排节气门
、
密封节气门
、
两位三通电磁阀
、
调节阀
、
喷射阀的控制端
。
[0017]进一步，控制器执行如下程序以完成所述极寒低温启动功能：
[0018]S1.
接收到燃料电池的开机指令后，识别膨胀机的环境进气温度是否是否低于
‑
10℃
；如果是，执行步骤
S2
，否则，执行步骤
S3
；
[0019]S2.
控制两位三通电磁阀的端口二关闭
、
端口三打开，以使冷却系统中的冷却液不流经空气换热器，膨胀机输出的压缩空气不经冷却，再执行步骤
S4
；
[0020]S3.
控制两位三通电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种具有极寒低温启动功能的燃料电池发动机，包括电堆
、
尾排管路，以及与电堆分别连接的空气系统
、
供氢系统
、
冷却系统，其特征在于，空气系统进一步包括膨胀机
、
增湿器
、
三通阀
、
空气换热器
、
中冷器
、
分水器
、
尾排节气门
、
旁通节气门，以及密封节气门；其中，电堆的空气入口依次经增湿器的干侧支路
、
密封节气门
、
中冷器的支路一接三通阀的输出端一，其空气尾气出口依次经增湿器的湿侧支路
、
尾排节气门
、
分水件的排气口接膨胀机的涡轮端入口；三通阀的输入端经空气换热器的支路一接膨胀机的压轮端出口，以对膨胀机输出的压缩空气与冷却系统中的冷却液换热，其输出端二经旁通节气门接膨胀机的涡轮端入口，以在发动机冷启动时通过旁通节气门对膨胀机的涡轮端
、
分水件的排水端以及尾排进行吹扫；中冷器
、
空气换热器的支路二均接入冷却系统，以在低温环境下对低于冷却液的压缩空气加热，并通过加热后的空气进一步对冷却系统的冷却液加热
。2.
根据权利要求1所述的具有极寒低温启动功能的燃料电池发动机，其特征在于，供氢系统进一步包括氢源
、
氢气换热器
、
喷射阀；其中，电堆的氢气入口依次经喷射阀
、
氢气换热器的支路一接氢源的输出端；氢气换热器的支路二也接入冷却系统，以使加热后的冷却液对氢源输出的低温氢气进一步加热
。3.
根据权利要求2所述的具有极寒低温启动功能的燃料电池发动机，其特征在于，还包括两位三通电磁阀
、
调节阀；其中，两位三通电磁阀具有用于输入的端口一，以及用于输出的端口二
、
端口三，其开度处于可调状态；冷却系统输出的冷却液分为三路，第一路直接进入电堆内，第二路依次经调节阀进入两位三通电磁阀的端口一，第三路依次经中冷器
、
氢气换热器进入冷却系统的输入端；两位三通电磁阀的端口二依次经空气换热器
、
氢气换热器接冷却系统的输入端，端口三仅经氢气换热器接冷却系统的输入端
。4.
根据权利要求3所述的具有极寒低温启动功能的燃料电池发动机，其特征在于，还包括第一温度传感器
、
控制器；其中，第一温度传感器设于膨胀机压轮端进口处，用于获取膨胀机的环境进气温度，发送至控制器；控制器具有极寒低温启动功能；控制器的输入端接第一温度传感器的输出端，其输出端分别接膨胀机
、
尾排节气门
、
密封节气门
、
两位三通电磁阀
、
调节阀
、
喷射阀的控制端
。5.
根据权利要求4所述的具有极寒低温启动功能的燃料电池发动机，其特征在于，控制器执行如下程序以完成所述极寒低温启动功能：
S1.
接收到燃料电池的开机指令后，识别膨胀机的环境进气温度是否是否低于
‑
10℃
；如果是，执行步骤
S2
，否则，执行步骤
S3
；
S2.
控制两位三通电磁阀的端口二关闭
、
端口三打开，以使冷却系统中的冷却液不流经空气换热器，膨胀机输出的压缩空气不经冷却，再执行步骤
S4
；
S3.
控制两位三通电磁阀的端口二开启
、
端口三关闭，以使冷却液流经空气换热器对膨胀机输出的低于冷却液温度的压缩空气进行加热，再执行步骤
S4
；
S4.
控制膨胀机启动
、
旁通节气门开启
、
密封节气门关闭，以通过膨胀机输出的压缩空气对膨胀机涡轮端
、
分水件及尾排管路进行开机吹扫；
S5.
吹扫结束后，实时调节密封节气门
、
旁通节气门的开度，使得实际入堆空气达...

【专利技术属性】
技术研发人员：尚泽，司宗正，渠海洋，于泽帆，韩钦飞，肖东，周宝，
申请(专利权)人：北京亿华通科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：