一种热管理系统的制作方法

1.本实用新型涉及质子交换膜燃料电池热管理技术领域，特别涉及，一种热管理系统。


背景技术：

2.质子交换膜燃料电池不受卡诺循环制约，具有能量密度高、效率高、低污染、低噪音等优点，特别适合作为移动电源或分布式小型电源使用。质子交换膜燃料电池包括空气系统、氢气系统、热管理系统等，其中热管理系统是重要的一环。
3.燃料电池的热管理影响着燃料电池的动态性能和使用寿命，是燃料电池的关键技术之一，质子交换膜燃料电池的工作温度是质子交换膜燃料电池系统的重要参数。由于在质子交换膜燃料电池工作时会产生大量热量，但是其内部关键组件质子交换膜中的催化剂工作温度在80℃左右，燃料电池所产生的热量如果不及时散出会使电池内部的催化剂脱落或失效等，对燃料电池的性能造成不可逆的影响。而且质子交换膜燃料电池中的膜电极造价昂贵，一旦热管理发生温度失控，会造成很大损失。


技术实现要素：

4.针对上述缺陷，本实用新型解决的技术问题在于，提供一种热管理系统，以解决现在技术所存在的燃料电池所产生的热量不及时散出，电池内部的催化剂易脱落或失效，对燃料电池的性能造成不可逆的影响；热管理发生温度失控，膜电极易损坏造成很大经济损失的问题。
5.本实用新型提供了一种热管理系统，包括：
6.底座；
7.加热膜组件，与所述底座连接，所述加热膜组件包括流道组件和设置于所述流道组件两侧的若干压板，所述流道组件包括若干流道单体，所述流道单体的两侧面为光滑表面，相邻所述流道单体之间通过发热件连接，所述流道单体内设有用于冷却液通过的冷却液流道；所述压板与所述底座固定连接；
8.散热组件，设置于所述底座上，所述散热组件的进水口通过管路与所述加热膜组件的出水口连通；
9.容纳箱，设置于所述底座上，所述容纳箱内盛装有冷却液，所述容纳箱的出水口通过管路与所述散热组件的出水口连通；
10.驱动器，设置于所述底座上、且与供电设备电连接，所述驱动器的进水口通过管路与所述容纳箱的出水口连通，所述驱动器的出水口通过管路与所述加热膜组件的进水口连通。
11.优选地，靠近所述加热膜组件的进水口和出水口的管路上均设有温度传感器和压力传感器；所述压力传感器设置于所述温度传感器远离所述加热膜组件的一侧。
12.优选地，所述散热组件包括：
13.散热器，设置于所述底座上；
14.风扇，设置于所述散热器的一侧，所述风扇上设有与所述温度传感器电连接的接口，所述风扇的外部套有进气栅。
15.优选地，所述底座包括：
16.底板，底部设有行走滑轮，所述加热膜组件设置于所述底板的上表面；
17.左侧端板，设置于所述加热膜组件的一侧，所述左侧端板上设有用于容纳所述加热膜组件的进水口的进水孔；
18.右侧端板，设置于所述加热膜组件的另一侧，所述右侧端板上设有用于容纳所述加热膜组件的出水口的出水孔；
19.支撑架，一端与所述底板连接，另一端与所述容纳箱连接。
20.优选地，所述散热器包括若干散热翅片，相邻所述散热翅片之间连通，位于一端的所述散热翅片上设有与管路连接的所述散热器的出水口，位于另一端的所述散热翅片上设有与管路连接的所述散热器的进水口。
21.优选地，所述驱动器的出水口设置于所述驱动器后表面的上部，靠近所述驱动器的出水口的管路上设有流量检测器。
22.优选地，还包括设置于所述底座上的显示组件，所述显示组件包括：
23.显示框架，与所述底座固定连接；
24.显示模块，与所述显示框架连接，所述显示模块包括与所述温度传感器电连接的温度显示器、与所述压力传感器电连接的压力显示器、与所述驱动器电连接的转速控制显示器、与所述流量检测器电连接的流量显示器。
25.优选地，所述容纳箱设置的位置分别高于所述散热组件、所述加热膜组件和所述驱动器的设置位置；所述容纳箱的顶部设有用于添加冷却液的开口。
26.优选地，所述冷却液流道包括：直流道、蛇形流道、仿生流道中的一种或多种。
27.优选地，所述容纳箱的出水口、所述散热组件的出水口和所述驱动器的进水口之间的管路上设有三通管件，所述三通管件靠近所述驱动器的进水口设置。
28.由上述方案可知，本实用新型提供的一种热管理系统是一种模拟质子交换膜燃料电池发热的热管理系统；该装置取消燃料电池内部的空气流道和氢气流道，只保留冷却液流道，并且使用电加热薄膜代替质子交换膜，使用单片电加热薄膜产生的热量模拟质子交换膜燃料电池运行中单片燃料电池的发热量，通过电加热薄膜与冷却液流道间隔式固定组装构成加热膜组件模拟燃料电池发热，进而模拟质子交换膜燃料电池发热得到最优的热管理系统参数。本实用新型结构简单，作用效果显著，适于广泛推广。
附图说明
29.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1为本实用新型实施例提供的一种热管理系统的主视结构示意图；
31.图2为图1所示的一种热管理系统的右视结构示意图；
32.图3为图1所示的一种热管理系统的后视结构示意图；
33.图4为图1所示的一种热管理系统的加热膜组件的结构示意图；
34.图5为图1所示的一种热管理系统的加热膜组件的主视图；
35.图6为图1所示的一种热管理系统的热管理流程示意框图；
36.图7为本实用新型实施例提供的另一种热管理系统的结构示意图；
37.图8为图7所示的一种热管理系统的底板的结构示意图。
38.图1-8中：
39.1、加热膜组件；2、底座；3、散热组件；4、容纳箱；5、驱动器；6、温度传感器；7、压力传感器；8、显示组件；11、流道单体；12、压板；13、发热件；14、流道进口；15、流道出口；21、底板；22、左侧端板；23、右侧端板；24、支撑架；25、行走滑轮；26、紧固螺栓螺杆；31、散热器；32、风扇；33、进气栅；51、流量检测器；52、电源接口；53、通讯接口；81、显示框架；82、显示模块；211、转动托板；212、电机；213、主动轮；214、从动轮；215、支撑座；231、端板固定孔；311、散热翅片；321、风扇通讯和接电端口；821、温度显示器；822、压力显示器；823、转速控制显示器；824、流量显示器；8211、进水温度显示器；8212、出水温度显示器；8221、进水压力显示器；8222、出水压力显示器。
具体实施方式
40.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
41.实施例1
42.请一并参阅图1至图6，该种热管理系统包括加热膜组件1、底座2、散热组件3、容纳箱4和驱动器5，其中加热膜组件1的底部设有底座2，加热膜组件1包括流道组件和设置于流道组件两侧的若干压板12，流道组件包括若干流道单体11，流道单体11的两侧面为光滑表面，相邻流道单体11之间通过发热件13连接，流道单体11内设有用于冷却液通过的冷却液流道，冷却液流道与真实质子交换膜燃料电池的冷却液流道一致，包括但不限于：直流道、蛇形流道、仿生流道中的任意一种或多种；压板12与底座2固定连接；散热组件3设置于底座2上，散热组件3的进水口通过管路与加热膜组件1的出水口连通；容纳箱4设置于底座2上，容纳箱4内盛装有冷却液，容纳箱4的出水口通过管路与散热组件3的出水口连通；驱动器5设置于底座2上、且与供电设备电连接，驱动器5的进水口通过管路与容纳箱4的出水口连通，驱动器5的出水口通过管路与加热膜组件1的进水口连通。
43.加热膜组件1为模拟燃料电池发热的装置，实现模拟质子交换膜燃料电池发热的目的。以30kw发热量的加热膜组件1为例，压板12的上下端分别分布3个固定螺栓孔，压板12设有两个，两个压板12之间为流道组件，发热件13可以为300w的电加热薄膜，发热件13与流道单体11的形状相同，其中流道单体11设有100个。电加热薄膜和流道单体11可以叠加(叠加形式为：流道单体11 电加热薄膜 流道单体11
……
电加热薄膜 流道单体11)，用来适应不同功率的热管理要求。
44.底座2的上表面左侧为加热膜组件1，中部为容纳箱4，中部下侧为驱动器5，驱动器
5可以为水泵；加热膜组件1的前表面左下部设有加热膜组件1的进水口即流道进口14，后表面右侧上部设有加热膜组件1的出水口即流道出口15；驱动器5的前表面左侧中部为电源接口52，驱动器5控制器的前表面左侧下部为与转速控制显示器823电连接的通讯接口53，驱动器5与底座2通过螺栓紧固连接；管路与管路之间或者管路与设备之间均通过卡箍连接，所使用的管路均可以为橡胶夹层软管。
45.与现有技术相比，该种热管理系统实现模拟质子交换膜燃料电池发热装置的热管理，结构紧凑，方便操作，便于移动，使用过程中不涉及危险气体；同时各个管路之间、管路与设备之间均为可拆卸连接，便于维护和清理；加热膜组件1的结构与质子交换膜燃料电池基本相同，可满足不同功率质子交换膜燃料电池热管理需求，且在操作中发生热失控现象也不会造成巨大损失。本实用新型解决现在技术所存在的燃料电池所产生的热量不及时散出，电池内部的催化剂易脱落或失效，对燃料电池的性能造成不可逆的影响；热管理发生温度失控，膜电极易损坏造成很大经济损失的问题。
46.实施例2
47.请一并参阅图1至图6，本实施例提供的一种热管理系统的结构与实施例1基本相同，其不同之处在于靠近加热膜组件1的进水口和出水口的管路上均设有温度传感器6和压力传感器7；压力传感器7设置于温度传感器6远离加热膜组件1的一侧。温度传感器6和压力传感器7是用来检测加热膜组件1的进出口温差和压差。
48.在本实施例中，散热组件3包括散热器31和风扇32，其中散热器31设置于底座2上；风扇32设置于散热器31的一侧、且与接口电连接，风扇32后表面的左上部设有与温度传感器6电连接的接口，该接口为风扇通讯和接电端口321，风扇32的外部套有进气栅33。散热器31的进水口设置于散热器31左表面的上部，散热器31位于底座2上表面的中部上侧，散热器31右侧的下部为散热器31的出水口。散热器31包括若干散热翅片311，相邻散热翅片311之间连通，位于一端的散热翅片311上设有与管路连接的散热器31的出水口，位于另一端的散热翅片311上设有与管路连接的散热器31的进水口。
49.在本实施例中，底座2包括底板21、左侧端板22、右侧端板23和支撑架24，其中底板21的底部四周均匀分布有四个用于移动的行走滑轮25；左侧端板22设置于加热膜组件1的一侧，左侧端板22上设有用于容纳加热膜组件1的进水口的进水孔；右侧端板23设置于加热膜组件1的另一侧，右侧端板23上设有用于容纳加热膜组件1的出水口的出水孔；支撑架24的一端与底板21连接，另一端与容纳箱4连接。底板21的上表面设有安装驱动器5、散热器31、加热膜组件1、支撑架24和显示组件8的定位孔，方便设备的安装和维护。左侧端板22、右侧端板23上均设有端板固定孔231，端板固定孔231通过紧固螺栓螺杆26与底板21连接固定。
50.在本实施例中，容纳箱4由支撑架24竖立在高处，容纳箱4设置的位置分别高于散热组件3、加热膜组件1和驱动器5的设置位置，以此来保证整个热管理系统中充满冷却液；容纳箱4的顶部设有用于添加冷却液的开口，可以方便的对系统内冷却液体进行补充；容纳箱4的下表面设有容纳箱4的出水口。容纳箱4的出水口、散热组件3的出水口和驱动器5的进水口之间的管路上设有三通管件，三通管件靠近驱动器5的进水口设置。
51.在本实施例中，驱动器5的出水口设置于驱动器5后表面的上部，靠近驱动器5的出水口的管路上设有流量检测器51，流量检测器51可以为流量传感器，用来检测热管理系统
的流量，驱动器5的流量通过加热膜组件1进出口的温差来调节。需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示加热膜组件1、底座2、散热组件3、容纳箱4和驱动器5及其组成部分之间必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
52.在本实施例中，该种热管理系统还包括设置于底座2上表面右侧的显示组件8，显示组件8包括显示框架81和显示模块82，其中显示框架81与底座2固定连接；显示模块82与显示框架81连接，显示模块82包括与温度传感器6电连接的温度显示器821、与压力传感器7电连接的压力显示器822、与驱动器5电连接的转速控制显示器823、与流量检测器51电连接的流量显示器824。温度显示器821包括用于显示加热膜组件1的进水口温度的进水温度显示器8211、用于显示加热膜组件1的出水口温度的出水温度显示器8212；压力显示器822包括用于显示加热膜组件1的进水口压力的进水压力显示器8221、用于显示加热膜组件1的出水口压力的出水压力显示器8222。显示框架81的右侧上部从前至后分别安装进水温度显示器8211、进水压力显示器8221、出水温度显示器8212、出水压力显示器8222和流量显示器824，显示框架81的右侧下部为转速控制显示器823。
53.使用时：首先通过容纳箱4向系统内加冷却介质水，直到无法继续添加时，接通驱动器5电源，让驱动器5先以低转速运行；观察容纳箱4内水量变化，如容纳箱4内水位降低及时补水，直到水位不发生变化；加热膜组件1开始按所需功率发热，这时散热组件3接通电源，风扇32的接口与加热膜组件1的进水口处温度传感器6连接，风扇32的转速由温度传感器6的温度进行调节确定，通过转速控制显示器823调节驱动器5的转速，控制管路内的冷却介质流速，由流量显示器824对管路内的冷却介质流量进行监控，同时由进水温度显示器8211、进水压力显示器8221、出水温度显示器8212、出水压力显示器8222对加热膜组件1的温度和压力进行显示，通过温度传感器6、压力传感器7、温度显示器821、压力显示器822进行加热膜组件1的温度与压力和管路流量进行监测，当加热膜组件1的进出口温差较大时，增大驱动器5的转速调节管路内冷却水的流量进行调节温差。
54.实施例3
55.请一并参阅图1至图8，本实施例提供的一种热管理系统的结构与实施例2基本相同，其不同之处在于散热器31设有两组、分别设置于加热膜组件1的两侧，加热膜组件1设置于底板21的中间；容纳箱4和支撑架24也居中设置；底板21包括设有卡齿的转动托板211、与卡齿啮合的从动轮214、与从动轮214啮合的主动轮213、与主动轮213连接的电机212和与电机212连接的支撑座215；加热膜组件1设置于转动托板211的上表面；转动托板211为圆柱桶状结构，电机212、主动轮213和从动轮214设置于转动托板211内；卡齿设置于转动托板211的内表面；从动轮214设有多个、且与支撑座215转动连接。电机212带动主动轮213转动，主动轮213带动从动轮214转动，从动轮214带动转动托板211转动，转动托板211转动实现散热器31转动，散热器31转动达到更好的散热效果，同时加热膜组件1设置于中间位置，转动对其影响小，不影响其正常工作。风扇32设置于散热器31和加热膜组件1的一侧，对两者同时进行散热，提高散热效率。在此，只要能够实现上述底板21相关性能作用的均在本技术文件保护的范围之内。
56.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它
实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。本实用新型实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
57.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。