一种燃料电池余热利用系统及其控制方法与流程

1.本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池余热利用系统及其控制方法。


背景技术：

2.燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器，它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术，由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，其过程不涉及燃烧，无机械损耗，能量转化率高，产物仅为电、热和水，运行平稳，噪音低。被称为“终极环保发动机”。燃料电池汽车与传统车相比，零排放、零污染；与电动车相比，续航长（400km以上）、加氢快（5
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10min）。在运行过程中，由氢瓶提供氢气进入电堆，通过反应将化学能转换为电能提供给动力电池和驱动电机，同时燃料电池有单独的冷却系统，目前燃料电池系统大多自带ptc与水泵。
3.现有的cn201610878789.x专利中所属方案为利用燃料电池冷却液产生热量，燃料电池本身冷启动时需要ptc外加热，需要两套ptc系统，且采用四件三通阀成本较高。
4.因此，亟需提供一种燃料电池余热利用系统及其控制方法，以解决现有技术中结构复杂、成本高的技术问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种燃料电池余热利用系统及其控制方法，提高了整车与燃料电池暖风冷却系统集成度，降低整车成本，提高能量利用率。
6.为实现上述目的，提供以下技术方案：本发明提供了一种燃料电池余热利用系统，包括电堆、水泵、加热器、散热器、流向控制阀、膨胀水箱、换热器、去离子罐、阀一、阀二和阀三，所述电堆、水泵、散热器、流向控制阀和阀三构成主流路，所述电堆、水泵、加热器、流向控制阀和阀三构成主加热流路，所述水泵、加热器、流向控制阀、阀二和换热器构成暖风加热流路，所述水泵、阀一和换热器构成余热流路。
7.进一步地，所述燃料电池余热利用系统还包括液位传感器，所述液位传感器设置在所述膨胀水箱上。
8.进一步地，所述燃料电池余热利用系统还包括电导率仪，所述电导率仪设置在所述散热器与所述流向控制阀之间的管路上。
9.进一步地，所述燃料电池余热利用系统还包括温度传感器一，所述温度传感器一设置在所述电堆与所述水泵之间的管路上。
10.进一步地，所述燃料电池余热利用系统还包括温度传感器二，所述温度传感器二设置在所述换热器与所述主流路之间的管路上。
11.进一步地，所述燃料电池余热利用系统还包括以下至少一种方式：
方式一：所述阀一、阀二和阀三均为电磁阀；方式二：所述加热器为ptc加热器；方式三：流向控制阀为三通阀。
12.本发明还提供了一种如上述任一项技术方案所述的燃料电池余热利用系统的控制方法，包括以下步骤：s1：判断膨胀水箱的液位是否高于第一预设值，若是，则进入步骤s2，若否，则进入s3；s2：判断管路电导率值是否低于第二预设值，若是，则进入s4，若否，则进入s5；s3：提示加注冷却液；s4：判断燃料电池是否处于开机状态，若是，则进入s6，若否，则进入s7；s5：提示更换去离子罐；s6：判断电堆出口的冷却液的温度是否低于第三预设值，若是，则进入s8，若否，则进入s9；s7：加热器为暖风系统加热；s8：加热器为燃料电池系统及暖风系统加热；s9：燃料电池系统为预热利用模式。
13.进一步地，s7的具体方法为：三通阀关闭阀一和阀三，开启阀二，即开启水泵和加热器。
14.进一步地，s8的具体方法为：三通阀关闭阀一，开启阀二及阀三，开启水泵及加热器。
15.进一步地，s9的具体方法为：三通阀关闭阀二，开启阀一及阀三。
16.与现有技术相比，本发明提供的燃料电池余热利用系统及其控制方法，将整车暖风系统与燃料电池冷启动系统集成，通过增加开关阀门的形式，控制电堆系统冷却液流向，满足电堆模式、纯电模式下都能为驾驶室采暖。本发明的两种工作模式如下：燃料电池工作模式下，通过控制三个开关阀门及三通阀，实现燃料电池冷却液通过板换实现余热利用；纯电工作模式下，燃料电池加热器工作，通过控制三个开关阀门及三通阀，为空调暖风系统提供热量。本发明的暖风系统与燃料电池系统共用一套加热器、水泵和膨胀水箱，提高了整车与燃料电池暖风冷却系统集成度，节省整车空间，降低整车成本，减少车辆能耗，提高能量利用率。
17.提供发明内容部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。发明内容部分无意标识本公开的重要特征或必要特征，也无意限制本公开的范围。
附图说明
18.通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
19.图1示出了本发明实施例的燃料电池余热利用系统的结构示意图；图2示出了本发明实施例的燃料电池余热利用系统的控制方法的流程图。
20.附图标记：1
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电堆；2
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水泵；3
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加热器；4
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散热器；41
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主散热件；42
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散热风扇；5
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流向控制阀；6
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膨胀水箱；7
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换热器；8
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去离子罐；9
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阀一；10
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阀二；11
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阀三；12
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液位传感器；13
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电导率仪；14
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温度传感器一；15
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温度传感器二。
具体实施方式
21.下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
22.在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。
23.如图1所示，本实施例提供了一种燃料电池余热利用系统，包括电堆1、水泵2、加热器3、散热器4、流向控制阀5、膨胀水箱6、换热器7、去离子罐8、阀一9、阀二10和阀三11，电堆1、水泵2、散热器4、流向控制阀5和阀三11构成主流路，电堆1、水泵2、加热器3、流向控制阀5和阀三11构成主加热流路，水泵2、加热器3、流向控制阀5、阀二10和换热器7构成暖风加热流路，水泵2、阀一9和换热器7构成余热流路。
24.优选地，本实施例的燃料电池余热利用系统还包括液位传感器12，液位传感器12设置在膨胀水箱6上。
25.可选地，本实施例的燃料电池余热利用系统还包括电导率仪13，电导率仪13设置在散热器4与流向控制阀5之间的管路上。
26.优选地，燃料电池余热利用系统还包括温度传感器一14和温度传感器二15，温度传感器一14设置在电堆1与水泵2之间的管路上，温度传感器二15设置在换热器7与主流路之间的管路上。
27.进一步地，本实施例中的阀一9、阀二10和阀三11均为电磁阀，电磁阀控制简单可靠，当然在其他实施方式中，电磁阀也可以替换为其他形式的开关控制阀，能实现开关控制效果即可。加热器3为ptc加热器，加热速度快，恒温性能好。流向控制阀5为三通阀，能够精确控制流向，当然在其他实施方式中三通阀也可用其他类似原理的物理装置替代，能实现流向控制即可。
28.具体地，本实施例的散热器4包括主散热件41和散热风扇42，散热风扇42设置在主散热件41的旁边，辅助进一步散热，提供散热效率。
29.如图2所示，本实施例还提供了一种上述燃料电池余热利用系统的控制方法，包括以下步骤：s1：判断膨胀水箱6的液位是否高于第一预设值，若是，则进入步骤s2，若否，则进入s3；s2：判断管路电导率值是否低于第二预设值，若是，则进入s4，若否，则进入s5；
s3：提示加注冷却液；s4：判断燃料电池是否处于开机状态，若是，则进入s6，若否，则进入s7；s5：提示更换去离子罐8；s6：判断电堆1出口的冷却液的温度是否低于第三预设值，若是，则进入s8，若否，则进入s9；s7：加热器3为暖风系统加热，具体为三通阀关闭阀一9和阀三11，开启阀二10，即开启水泵2和加热器3；s8：加热器3为燃料电池系统及暖风系统加热，具体为：三通阀关闭阀一9，开启阀二10及阀三11，开启水泵2及加热器3；s9：燃料电池系统为预热利用模式，具体为：三通阀关闭阀二10，开启阀一9及阀三11。
30.本实施例提供的燃料电池余热利用系统及其控制方法，将整车暖风系统与燃料电池冷启动系统集成，通过增加开关阀门的形式，控制电堆1系统冷却液流向，满足电堆1模式、纯电模式下都能为驾驶室采暖。本发明的两种工作模式如下：燃料电池工作模式下，通过控制三个开关阀门及三通阀，实现燃料电池冷却液通过板换实现余热利用；纯电工作模式下，燃料电池加热器3工作，通过控制三个开关阀门及三通阀，为空调暖风系统提供热量。本发明的暖风系统与燃料电池系统共用一套加热器3、水泵2和膨胀水箱6，提高了整车与燃料电池暖风冷却系统集成度，节省整车空间，降低整车成本，减少车辆能耗，提高能量利用率。
31.以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。