【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及燃料电池电堆热管理，特别涉及一种燃料电池电堆热管理系统及设置有该系统的车辆。
技术介绍
1、燃料电池电堆汽车作为一种高效、清洁的能源转换装置，受到汽车界的普遍重视。质子交换膜燃料电池电堆)燃料电池电堆具有工作温度低、启动速度快、发电效率高、技术成熟等优点，成为最适合的汽车动力源，温度对燃料电池电堆的性能有重要影响，合适的温度可以提升电化学反应的活性，增加膜的导电率，进而提高燃料电池电堆的效率
2、通常，质子交换膜燃料电池的最佳工作温度范围为60℃～80℃，现有大部分燃料电池冷却方式均采用冷却液水冷+水-空气散热器的方式，利用节温器实现其热管理回路的具体导通方式，从而将燃料电池电化学反应产生的热量释放出去。
3、但目前对于热管理系统仅仅只涉及到空间燃料电池电堆的高温冷却问题，无法兼顾到低温启动的情况，导致电池工作过程中产生的水会以液态或气态的形式运动到扩散层，再通过阴极流道排出。但温度过低后冷却水结冰覆盖在催化剂层，导致燃料电池电堆的启动失败，无法正常运行，且燃料电池电堆汽车主要依靠散热器带走多余的热量，当散热需求较大时，需要匹配一个大功率的散热器，这种方法不仅增加能耗，同时散热器占据前机舱的空间，造成空间浪费，因此，本申请提供了一种燃料电池电堆热管理系统及设置有该系统的车辆来满足需求。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是提供一种燃料电池电堆热管理系统及设置有该系统的车辆以解决现有的对于热管理系统仅仅只涉及到空间燃料电池电堆的高温冷却
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种燃料电池电堆热管理系统及设置有该系统的车辆，包括：燃料电池电堆；液态氢储存罐；液态氢换热器，所述液态氢换热器与所述燃料电池电堆相连通，所述燃料电池电堆设置有冷却水进口和冷却水出口，所述液态氢换热器用于与所述燃料电池电堆中流出的冷却水进行热交换，经过所述液态氢换热器的冷却水流向所述燃料电池电堆，并且所述液态氢换热器与所述液态氢储存罐相连通，用于将所述液态氢储存罐中的液态氢汽化；以及气态氢储存罐，设置在所述液态氢换热器的下游，并与所述液态氢换热相连通，用于接收汽化后的氢气，所述气态氢储存罐与液态氢换热器之间设置有汽化稳压器，所述汽化稳压器用于汽化后的气态氢的稳压工作，所述液态氢储存罐与液态氢换热器之间设置有第一阀门。
4、进一步的，还包括循环水泵，所述循环水泵与燃料电池电堆的冷却水出口连通，所述循环水泵配置有流量传感器，所述循环水泵用于加快来自所述燃料电池电堆的冷却水的流速；
5、所述热管理系统还包括加热管，所述加热管位于燃料电池电堆下游，所述加热管与所述燃料电池电堆连接，用于对来自所述燃料电池电堆中的冷却水进行加热；
6、所述热管理系统还包括散热器，所述散热器设置在所述燃料电池电堆下游并与所述燃料电池电堆连通，用于对来自所述燃料电池电堆中的冷却水进行散热。
7、进一步的，所述热管理系统还包括四通阀，所述四通阀的一端与所述燃料电池电堆的冷却水出口相连通，另一端分别与所述液态氢换热器、所述加热管以及所述散热器相连通。
8、进一步的，所述热管理系统还包括过滤箱，所述过滤箱位于冷却水的冷流管道上，所述过滤箱用于冷却水的过滤工作。
9、进一步的，所述热管理系统还包括去离子器，所述去离子器一端位于所述燃料电池电堆的入水口的上游，另一端位于所述燃料电池电堆的出水口的下游，用以保持热管理系统中管道的离子浓度。
10、进一步的，所述热管理系统还包括储液罐，和相互串联连接的第二阀门、空调换热器和压缩机，所述压缩机用于将空调制冷媒介压缩为高温高压的制冷剂，所述第二阀门用于将中温高压的制冷剂形成低温低压的液态制冷剂，所述空调换热器用于将来自第二阀门的低温低压的液态制冷剂与空气进行换热，吸收空气中的热量，使空调吹出冷风。
11、进一步的，所述热管理系统还包括第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器，所述第一温度传感器位于燃料电池电堆的冷却水进口处，所述第二温度传感器位于燃料电池电堆的冷却水出口处，所述第三温度传感器位于储液罐的回流处。
12、进一步的，所述热管理系统还包括以下方法：
13、s1、汽车启动后，热管理系统控制第一阀门打开，位于液态氢储存罐中的液氢通往液态氢换热器中进行热交换，成为气态氢气后，经过汽化稳压器进入到气态氢储存罐中，当燃料电池汽车处于冷启动阶段时，应用s2；当燃料电池电堆工作在大功率区间时，应用s3；当汽车内部需要空调制冷时，应用s4；
14、s2、当燃料电池汽车处于冷启动阶段时；
15、s201、管路中的水经循环水泵后，通过四通阀流向加热管，循环水被加热后流向燃料电池电堆，对燃料电池电堆进行加热，实现燃料电池电堆的快速启动；
16、s202、在燃料电池电堆冷却水出口处的第二温度传感器对冷却水的温度进行监测，当出口处的冷却水温高于15℃时，则燃料电池电堆已完成冷启动，此时控制器控制四通阀关闭流入加热装置的通路，停止对冷却水加热；
17、s203、燃料电池电堆正常工作后，燃料电池电堆冷却水出口处的第二温度传感器监测到冷却水温高于60℃时，控制器控制四通阀打开进入液态氢换热器的通路；
18、s204、冷却水通过四通阀进入液态氢换热器中，利用液态氢汽化吸热的特性，与冷却水进行热交换，带走冷却水的热量，降温后的冷却水随着循环管道再次对燃料电池电堆进行冷却；
19、s3、当燃料电池电堆工作在大功率区间时；
20、s301、液态氢换热器的换热量已不能满足燃料电池电堆的散热需求，此时通过控制器控制四通阀来控制冷却水的流向，使得一部分冷却水流向液态氢换热器，利用液态氢汽化吸热的特性带走冷却水中的热量，另一部分冷却水通过四通阀后流向散热器；
21、s302、通过散热器将热量散至大气中，两路冷却水经循环管路汇合后进入燃料电池电堆进行冷却，同时，循环水泵加快循环水的流速，加快换热效率，使得燃料电池电堆工作在合适的温度范围内；
22、s4、当汽车内部需要空调制冷时；
23、s401、压缩机将空调制冷媒介压缩为高温高压的制冷剂后排出，排出后的制冷剂通入液态氢换热器，冷凝换热后的制冷剂进入到储液罐中储存，制冷剂经过干燥，过滤之后进入第二阀门形成低温低压的液态制冷剂；
24、s402、液态制冷剂经管路流至空调换热器中，与空气进行换热，吸收空气中的热量，使得空调吹出冷风，产生制冷效果，换热后的制冷剂经压缩机压缩后进入下一循环；
25、根据本申请另一方面，提供一种车辆，该车辆设置有上述的用于燃料电池电堆的热管理系统。
26、本专利技术与现有技术相比，至少具有如下有益效果：
27、上述方案中，
28、一、管路中的水经循环水泵后，通过四通阀流向加热管，循环水被加热后流向本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种燃料电池电堆(1)热管理系统，其特征在于，包括：燃料电池电堆(1)；液态氢储存罐(11)；液态氢换热器(13)，所述液态氢换热器(13)与所述燃料电池电堆(1)相连通，所述燃料电池电堆(1)设置有冷却水进口(102)和冷却水出口(101)，所述液态氢换热器(13)用于与所述燃料电池电堆(1)中流出的冷却水进行热交换，经过所述液态氢换热器(13)的冷却水流向所述燃料电池电堆(1)，并且所述液态氢换热器(13)与所述液态氢储存罐(11)相连通，用于将所述液态氢储存罐(11)中的液态氢汽化；以及气态氢储存罐(15)，设置在所述液态氢换热器(13)的下游，并与所述液态氢换热相连通，用于接收汽化后的氢气，所述气态氢储存罐(15)与液态氢换热器(13)之间设置有汽化稳压器(14)，所述汽化稳压器(14)用于汽化后的气态氢的稳压工作，所述液态氢储存罐(11)与液态氢换热器(13)之间设置有第一阀门(12)。
2.根据权利要求1所述的燃料电池电堆(1)热管理系统，其特征在于，还包括循环水泵(2)，所述循环水泵(2)与燃料电池电堆(1)的冷却水出口(101)连通，所述循环水泵(
3.根据权利要求2所述的燃料电池电堆(1)热管理系统，其特征在于，所述热管理系统还包括四通阀(4)，所述四通阀(4)的一端与所述燃料电池电堆(1)的冷却水出口(101)相连通，另一端分别与所述液态氢换热器(13)、所述加热管(5)以及所述散热器(6)相连通。
4.根据权利要求1所述的燃料电池电堆(1)热管理系统，其特征在于，所述热管理系统还包括过滤箱(7)，所述过滤箱(7)位于冷却水的冷流管道上，所述过滤箱(7)用于冷却水的过滤工作。
5.根据权利要求1所述的燃料电池电堆(1)热管理系统，其特征在于，所述热管理系统还包括去离子器(8)，所述去离子器(8)一端位于所述燃料电池电堆(1)的入水口的上游，另一端位于所述燃料电池电堆(1)的出水口的下游，用以保持热管理系统中管道的离子浓度。
6.根据权利要求1所述的燃料电池电堆(1)热管理系统，其特征在于，所述热管理系统还包括储液罐(16)，和相互串联连接的第二阀门(18)、空调换热器(19)和压缩机(20)，所述压缩机(20)用于将空调制冷媒介压缩为高温高压的制冷剂，所述第二阀门(18)用于将中温高压的制冷剂形成低温低压的液态制冷剂，所述空调换热器(19)用于将来自第二阀门(18)的低温低压的液态制冷剂与空气进行换热，吸收空气中的热量，使空调吹出冷风。
7.根据权利要求1所述的燃料电池电堆(1)热管理系统，其特征在于，所述热管理系统还包括第一温度传感器(9)、第二温度传感器(10)和第三温度传感器(17)，所述第一温度传感器(9)位于燃料电池电堆(1)的冷却水进口(102)处，所述第二温度传感器(10)位于燃料电池电堆(1)的冷却水出口(101)处，所述第三温度传感器(17)位于储液罐(16)的回流处。
8.根据权利要求1所述的燃料电池电堆(1)热管理系统，其特征在于，所述热管理系统还包括以下方法：
9.一种车辆，其特征在于，所述车辆设置有根据权利要求1-8中任一项所述的用于燃料电池电堆(1)的热管理系统。
...【技术特征摘要】
1.一种燃料电池电堆(1)热管理系统，其特征在于，包括：燃料电池电堆(1)；液态氢储存罐(11)；液态氢换热器(13)，所述液态氢换热器(13)与所述燃料电池电堆(1)相连通，所述燃料电池电堆(1)设置有冷却水进口(102)和冷却水出口(101)，所述液态氢换热器(13)用于与所述燃料电池电堆(1)中流出的冷却水进行热交换，经过所述液态氢换热器(13)的冷却水流向所述燃料电池电堆(1)，并且所述液态氢换热器(13)与所述液态氢储存罐(11)相连通，用于将所述液态氢储存罐(11)中的液态氢汽化；以及气态氢储存罐(15)，设置在所述液态氢换热器(13)的下游，并与所述液态氢换热相连通，用于接收汽化后的氢气，所述气态氢储存罐(15)与液态氢换热器(13)之间设置有汽化稳压器(14)，所述汽化稳压器(14)用于汽化后的气态氢的稳压工作，所述液态氢储存罐(11)与液态氢换热器(13)之间设置有第一阀门(12)。
2.根据权利要求1所述的燃料电池电堆(1)热管理系统，其特征在于，还包括循环水泵(2)，所述循环水泵(2)与燃料电池电堆(1)的冷却水出口(101)连通，所述循环水泵(2)配置有流量传感器(3)，所述循环水泵(2)用于加快来自所述燃料电池电堆(1)的冷却水的流速；
3.根据权利要求2所述的燃料电池电堆(1)热管理系统，其特征在于，所述热管理系统还包括四通阀(4)，所述四通阀(4)的一端与所述燃料电池电堆(1)的冷却水出口(101)相连通，另一端分别与所述液态氢换热器(13)、所述加热管(5)以及所述散热器(6)相连通。
4.根据权利要求1所述的燃料电池电堆(1)热管理系统...
【专利技术属性】
技术研发人员：王海轩，熊树生，叶宣宏，姜琦，吴占宽，焦志筱，李岱泽，程俊杰，陈国栋，
申请(专利权)人：浙江大学嘉兴研究院，
类型：发明
国别省市：
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