一种燃料电池热管理系统

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池热管理系统。

背景技术

在甲醇重整燃料电池领域中，高温甲醇重整燃料电池由于工作温度和环境温度差值在120℃以上，其热管理系统散热负担较小，需要通过热管理系统防止燃料电池电堆温度过低。目前的燃料电池热管理系统通常是将循环水泵和散热器直接串联，以实现对燃料电池电堆的温度控制，但是现有的热管理系统的冷却液在流过散热器时会被空气带走热量，导致燃料电池电堆存在温度过低的风险。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种燃料电池热管理系统，能够解决冷却液流过散热器时被空气带走热量，从而导致燃料电池电堆存在温度过低的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种燃料电池热管理系统，包括：

控制装置、以及分别与所述控制装置连接的散热回路、加热装置和换热装置；

所述换热装置的输入端分别与所述散热回路的输入端和所述加热装置的输出端连接；所述换热装置的输出端分别与所述散热回路的输入端和所述冷却液箱的输出端连接；

所述散热回路包括散热器和水泵；所述散热器的输入端分别与冷却液箱的出水端和所述加热装置的输入端连接，所述散热器的输出端与所述水泵的进水端连接，所述散热器与所述水泵之间的管道上依次设置有第一温度传感器和第一电磁阀；所述水泵的出水端分别与所述散热器的输出端以及所述加热装置的输入端连接。

进一步地，所述加热装置包括预热器和设置在所述预热器输出端管道上的第二电磁阀，以及设置在所述预热器输入端管道上的第三电磁阀。

所述预热器的输入端分别与所述冷却液箱的输出端以及所述燃料电池电堆的输出端连接。

进一步地，所述换热装置包括换热器，所述换热器的冷却液输入端分别与所述水泵的输入端和所述预热器的输出端连接；所述换热器的冷却液输出端与燃料电池电堆的输入端连接。

进一步地，所述换热器还设置有空气输入端、甲醛水输入端、空气输出端和甲醛水输出端；所述甲醛水输入端与甲醛水存储装置连接，所述甲醛水输出端与重整室连接，所述空气输出端与所述燃料电池电堆连接。

进一步地，所述换热装置还包括第二温度传感器和第三温度传感器；所述第二温度传感器设置在所述换热器的输入端管道上，所述第三温度传感器设置在所述燃料电池电堆输出端管道上。

进一步地，所述散热回路还包括安全阀，所述安全阀设置在所述第一电磁阀和所述水泵之间的管道上。

进一步地，所述第一电磁阀、所述第二电磁阀和所述第三电磁阀包括但不限于比例阀。

本发明提供一种燃料电池热管理系统，通过设置换热器对甲醇水汽化加热和电堆空气加热，有效利用了高温电堆工作温度高的特点，将电堆产热进行有效利用，能够有效提高能量利用率；本发明实施例散热回路中的散热器和水泵并联连接，当燃料电池电堆温度低于目标温度值时，控制装置控制第一电磁阀关闭，并启动水泵抽取冷却液，使冷却液流经水泵后不会流经散热器，从而可以避免冷却液流经散热器刺片流道后被空气带走热量，导致系统中燃料电池电堆升温效率不佳的问题，进而实现对系统中燃料电池电堆的快速升温。

附图说明

图1为本发明实施例中的一种燃料电池热管理系统的结构示意图；

图2为本发明实施例中的一种燃料电池热管理系统的另一结构示意图。

其中，说明书附图中的附图标记如下：

1、控制装置；2、散热回路；21、水泵；22、散热器；23、第一温度传感器；24、第一电磁阀；25、安全阀；3、换热装置；31、换热器；32、第二温度传感器；33、第三温度传感器；34、燃料电池电堆；4、加热装置；41、预热器；42、第二电磁阀；43、第三电磁阀；5、甲醛水存储装置；6、重整室；7、冷却液箱。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-2，本发明实施例提供了一种燃料电池热管理系统，包括：

控制装置1、以及分别与控制装置1连接的散热回路2、加热装置4和换热装置3；

换热装置3的输入端分别与散热回路2的输入端和加热装置4的输出端连接；换热装置3的输出端分别与散热回路2的输入端和冷却液箱7的输出端连接；

散热回路2包括散热器22和水泵21；散热器22的输入端分别与冷却液箱7的出水端和加热装置4的输入端连接，散热器22的输出端与水泵21的进水端连接，散热器22与水泵21之间的管道上依次设置有第一温度传感器23和第一电磁阀24；水泵21的出水端分别与散热器22的输出端以及加热装置4的输入端连接。

在本发明实施例中，散热器22和水泵21并联方式连接，当燃料电池电堆34温度低于目标温度值时，控制装置1控制第一电磁阀24关闭，并启动水泵21抽取冷却液，使冷却液流经水泵21后不会流经散热器22，从而可以避免冷却液流经散热器22刺片流道后被空气带走热量，导致系统中燃料电池电堆34升温效率不佳的问题，进而实现对系统中燃料电池电堆34的快速升温。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，加热装置4包括预热器41和设置在预热器41输出端管道上的第二电磁阀42，以及设置在预热器41输入端管道上的第三电磁阀43；预热器41的输入端分别与冷却液箱7的输出端以及燃料电池电堆34的输出端连接。

在本发明实施例中，在系统启动阶段，控制预热器41对冷却液进行加热，同时水泵21不工作，控制装置1控制第一电磁阀24关闭，使得冷却液通过冷却液箱7流出后，不断在预热器41和燃料电池电堆34之间循环，使得燃料电池电堆34温度不断升温，并在达到预设温度时启动。在一种具体的实施方式中，燃料电池电堆34在温度达到120℃以上后开始启动。

需要说明的是，在本发明实施例中，预热器41的加热方式包括但不局限于：电加热、催化燃烧加热、明火燃烧加热。当燃料电池电堆34处于正常温度上升阶段时，第一电磁阀24、第二电磁阀42和第三电磁阀43均关闭。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，换热装置3包括换热器31，换热器31的冷却液输入端分别与水泵21的输入端和预热器41的输出端连接；换热器31的冷却液输出端与燃料电池电堆34的输入端连接。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，换热器31还设置有空气输入端、甲醛水输入端、空气输出端和甲醛水输出端；甲醛水输入端与甲醛水存储装置5连接，甲醛水输出端与重整室6连接，空气输出端与燃料电池电堆34连接。

在本发明实施例中，换热器31内部设置有三路换热，分别左右与输入的甲醛水、冷却液和空气。散热器22将通过空气输入端输入的室温空气加热到接近到电堆的温度，同时将进入甲醇水进行加热汽化后再进入到重整室6。基于上述技术方案，在完成换热之后电堆的冷却液温度有所降低，将电堆的冷却液流经散热回路2，利用水泵21增压后增大管路的压力，使得冷却液能够主动流经散热器22、第一电磁阀24和安全阀25，最终流回到水泵21的进水口，实现冷却液的循环。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，换热装置3还包括第二温度传感器32和第三温度传感器33；第二温度传感器32设置在换热器31的输入端管道上，第三温度传感器33设置在燃料电池电堆34输出端管道上。

在本发明实施例中，当电堆处于正常升温阶段时，第一电磁阀24、第二电磁阀42和第三电磁阀43均关闭，当第二传感器达到目标温度值后，控制装置1控制第一电磁阀24打开，并根据第二温度传感器32感应的温度值调整水泵21的流量和散热器22风扇的转速。在正常工作过程中，若电堆的温度高于膜表温度值，即第二温度传感器32和第三温度传感器33的温度过高，则通过控制装置1根据第一温度传感器23、第二温度传感器32和第三温度传感器33检测的温度值进行闭环控制，通过增加水泵21流量和散热风扇的转速以达到降温的目的。若电堆的温度低于目标温度值，及第二温度传感器32和第一温度传感器23的检测值低于目标温度值，则控制装置1根据第一温度传感器23、第二温度传感器32和第三温度传感器33检测的温度值进行闭环控制，减少水泵21流量和风扇转速或关闭第一电磁阀24，使燃料电池电堆34快速升温。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，散热回路2还包括安全阀25，安全阀25设置在第一电磁阀24和水泵21之间的管道上。

在本发明实施例中，在散热回路2设置有安全阀25，在散热回路2管道的压力值超过预设的安全阈值时，安全阀25自动打开并将散热管道中的冷却液排出系统，防止散热管道的压力超过预设的安全阈值而导致安全事故发生，有利于提高系统的可靠性和安全性。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，第一电磁阀24、第二电磁阀42和第三电磁阀43包括但不限于比例阀。

综上，实施本发明的实施例，具有如下有益效果：

本发明实施例有效利用了高温电堆工作温度高的特点，将电堆产热进行有效利用，并利用换热器31对甲醇水汽化加热和电堆空气加热，能够有效提高能量利用率；本发明实施例散热回路2中的散热器22和水泵21并联连接，当燃料电池电堆34温度低于目标温度值时，控制装置1控制第一电磁阀24关闭，并启动水泵21抽取冷却液，使冷却液流经水泵21后不会流经散热器22，从而可以避免冷却液流经散热器22刺片流道后被空气带走热量，导致系统中燃料电池电堆34升温效率不佳的问题，进而实现对系统中燃料电池电堆34的快速升温。

以上是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。