一种考虑电堆寿命的港口运输车燃料电池热管理系统

作者: 曾小华,牛超凡,宋大凤,钱琦峰,张轩铭, CNPIM 2020年04月17日

发明人:曾小华,牛超凡,宋大凤,钱琦峰,张轩铭,
专利权人:吉林大学
公开日:2020-04-17
公开号:CN111029616A
专利类别:发明公开
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摘要:本发明公开了一种考虑电堆寿命的港口运输车燃料电池热管理系统,涉及新能源汽车领域,由燃料电池电堆、控制子系统、低温冷启动加热子系统、散热子系统、制冷子系统以及去离子水循环系统组成。低温冷启动加热子系统可以利用加热装置对电堆进行加热,从而实现港口运输车在低温环境条件下的正常启动。同时根据港口运输车无人驾驶、24小时不间断工作的行驶环境,设计两级散热子系统,确保燃料电池系统工作在合适的温度区间,延长电堆的使用寿命。

1.一种考虑电堆寿命的港口运输车燃料电池热管理系统,其特征在于:该系统包括燃料电池电堆(1)、控制子系统、低温冷启动加热子系统、散热子系统、制冷子系统以及去离子水循环系统;所述的控制子系统中的燃料电池系统控制单元(21)分别与电堆入口温度传感器(15)、电堆出口温度传感器(2)、离子浓度传感器(6)、流量计(8)相连以检测信号;所述的控制子系统分别与离子浓度传感器(4)、第一三通阀(5)、冷却水循环泵(9)、第二三通阀(10)、加热装置(11)、热交换装置(12)、散热器(13)、压缩机(17)、冷凝器(19)相连实现不同工作模式的切换;所述的低温冷启动加热子系统包括燃料电池电堆(1)、电堆出口温度传感器(2)、单向阀(3)、离子浓度传感器(4)、第一三通阀(5)、冷却水循环泵(9)、第二三通阀(10)、加热装置(11)、电堆入口温度传感器(15);所述的散热子系统包括燃料电池电堆(1)、电堆出口温度传感器(2)、单向阀(3)、离子浓度传感器(4)、第一三通阀(5)、冷却水循环泵(9)、第二三通阀(10)、散热器(13)、第一散热风扇(14)、电堆入口温度传感器(15);所述的制冷子系统包括热交换装置(12)、干燥分离装置(16)、压缩机(17)、第二散热风扇(18)、冷凝器(19)、热平衡阀(20);所述的去离子水循环系统包括第一三通阀(5)、去离子装置(6)、补水箱(7)以及流量计(8);所述的燃料电池电堆(1)为港口运输车正常行驶提供相应的驱动功率,同时产生一定热量;所述的电堆出口温度传感器(2)作用是监测电堆出口处冷却水的温度变化,并将测量信号传递给燃料电池系统控制单元(21);所述的单向阀(3)可以确保冷却水单方向流动,避免出现冷却水回流现象;所述的离子浓度传感器(4)可以实时监测管路中冷却水的离子浓度,并将测量信号传递给燃料电池系统控制单元(21);所述的第一三通阀(5)分别与散热子系统回路和去离子水循环回路连接,通过三个接口的开闭控制冷却水的流动方向,从而实现去离子系统的通断;所述的冷却水循环泵(9)驱动冷却水在整个循环管路中的流动,并控制冷却水的流量;所述的第二三通阀(10)分别与散热子系统回路与低温冷启动回路相连,通过三个接口的开闭实现两个工作模式的切换;所述的加热装置(11)可以对低温冷启动回路中的冷却水加热,确保港口运输车在低温环境下的正常启动;所述的散热器(13)用来降低冷却水温度,保证进入电堆的冷却水温度在合理区间内;所述的第一散热风扇(14)可以实现对流散热,散热效果更佳;所述的电堆入口温度传感器(15)作用是实时监测电堆出口处冷却水的温度变化,并将测量信号传递给燃料电池系统控制单元(21);所述的去离子装置(6),可以将管路中冷却液所含的带电离子过滤,使得冷却液电导率保持在合理的范围内;所述的补水箱(7)可以存储冷却水,供冷却水循环泵向系统内补水;所述的流量计(8)可以监测去离子水循环系统中冷却水的流量;所述的热交换装置(12)可以对右侧管路中高温的冷却液进行冷却,加强散热效果;所述的干燥分离装置(16)可以对进入压缩机的制冷剂进行吸湿和过滤;所述的压缩机(17)作为制冷子系统动力源,推动制冷剂在系统内不断地循环;所述的冷凝装置(19)可以利用散热风扇产生自然风来强制冷却和散热,将制冷剂热量排放出去;所述的第二散热风扇(18)可以实现对流散热,能够实现更好的散热效果;所述的热平衡阀(20)可以通过流速变化,将制冷剂液体节流减压。
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