一种燃料电池系统装置的制作方法

1.本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池系统装置。


背景技术：

2.质子交换膜燃料电池内部设置有氢气管道和空气管道，氢气和空气中的氧气在电堆内部反应生成副产物水，并获得电能。生成的水会随尾排气体一起排出燃料电池。
3.随着燃料电池技术的发展，目前燃料电池系统装置的功率已达120 kw以上，增湿器的体积也越来越大，吹扫增湿器的时间越来越长。并且，燃料电池在低于0 ℃的工作环境下未完全吹扫或者过度吹扫，可能造成电堆和增湿器的损坏。
4.目前，并无有效的应对电堆和增湿器分别吹扫的装置。


技术实现要素：

5.本实用新型实施例旨在提供一种燃料电池系统装置，用以解决现有技术无法有效吹扫增湿器和电堆并且不造成膜的机械损伤的问题。
6.一方面，本实用新型实施例提供了一种燃料电池系统装置，包括电堆、空压机、水泵、加热器、散热器、增湿器、三通阀一和控制器；其中，
7.电堆的空气入口经增湿器与空压机的输出端连接，冷却液入口与三通阀一的输出端连接，冷却液出口经水泵的进口连接；水泵的出口经加热器与三通阀一的输入端一连接，并经散热器与三通阀一的输入端二连接；
8.控制器的输出端分别与空压机、水泵、加热器、散热器、三通阀一的控制端连接。
9.上述技术方案的有益效果如下：相比现有技术，增加了增湿器、加热器、散热器、三通阀一。加热器可实现电堆的快速升温，实现热吹扫。吹扫过程中可实现带载吹扫，全程避免高电位，有利于延长电堆的使用寿命。吹扫结束后，散热器还有助于实现电堆的快速降温，降低到电堆舒适的存储温度，进一步延长电堆的使用寿命。
10.基于上述装置的进一步改进，关机时，控制器首先控制三通阀一的输入端一开启、输入端二关闭，启动水泵和加热器，直到电堆的冷却液入口水温升至阈值，关闭加热器；然后，控制空压机对电堆和加湿器执行热吹扫；吹扫结束后，关闭空压机，控制三通阀一的输入端一关闭、输入端二打开，启动散热器，直到所述冷却液入口水温降至设定值，关闭散热器。
11.进一步，该装置还包括三通阀二；其中，
12.所述三通阀二的输入端与空压机的输出端连接，输出端一与增湿器的空气进口连接，输出端二与电堆的空气入口连接，控制端与控制器的输出端连接。
13.进一步，该装置还包括中冷器；其中，
14.所述中冷器的空气进口与空压机的输出端连接，空气出口与三通阀二的输入端连接，冷却液进口与三通阀一的输出端连接，冷却液出口与水泵的出口并联连接。
15.进一步，该装置还包括三通阀三；其中，
16.所述三通阀三的输入端与增湿器的空气出口连接，主路出口与电堆的空气入口连接，旁通出口与增湿器的尾气进口连接，控制端与控制器的输出端连接。
17.进一步，该装置还包括单向电控阀；
18.所述单向电控阀的输入端与增湿器的尾气出口连接，控制端与控制器的输出端连接。
19.进一步，所述控制器进一步包括依次连接的数据采集单元、数据处理与控制单元、执行单元。
20.进一步，所述数据采集单元进一步包括：
21.温度传感器，设置于电堆的冷却液入口管道内壁上；
22.燃料电池单片电压监测设备，与电堆的供电输出端连接；
23.交流阻抗测试仪，与电堆的供电输出端连接。
24.进一步，关机时，所述数据处理与控制单元首先控制三通阀一的输入端一开启、输入端二关闭，控制水泵、加热器依次启动，直到电堆的冷却液入口水温升至阈值时，关闭加热器；然后，控制三通阀二的输出端一、输出端二分别至预设开度，控制三通阀三的主路出口关闭、旁通出口打开，控制单向电控阀打开，控制空压机工作在设定转速下对电堆和加湿器吹扫，在吹扫过程中，一旦电堆的交流阻抗达到设定值时，控制空压机关闭，结束吹扫；再控制三通阀一的输入端一关闭、输入端二打开，控制散热器启动对电堆降温，一旦电堆冷却液入口水温降至设定值，控制散热器关闭，控制三通阀的输入端二关闭。
25.进一步，所述执行单元进一步包括分别与水泵、加热器、散热器、空压机、三通阀一~三通阀三的控制端连接的mos开关。
26.采用上述方案至少具有如下有益效果之一：
27.1. 增加了交流阻抗测试仪，测量电堆内阻的功能，实现了燃料电池吹扫时间的闭环调节。
28.2. 关机吹扫过程中可实现带载吹扫，全程避免高电位，有利于延长电堆的使用寿命。
29.3. 针对增湿器正常温度下不易吹干的问题，通过加热器加热的方式可实现高温吹扫，有利于快速吹干增湿器，减少吹扫时间。
30.4. 吹扫过程增加增湿器旁通的方案（三通阀三），实现了吹扫全程干空气入堆，有利于快速吹干电堆；
31.5. 为了避免吹扫结束时电堆温度过高，吹扫结束后通过散热器快速降温，降到电堆舒适的存储温度，有利于延长电堆的使用寿命。
32.提供实用新型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。实用新型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
33.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。
34.图1示出了实施例1燃料电池系统装置组成示意图；
35.图2示出了实施例2燃料电池系统装置原理示意图；
36.图3示出了实施例2燃料电池系统装置组成示意图。
37.附图标记：
38.10-电堆；11-交流阻抗测试仪（与dc-dc转换器集成）；20-三通阀一；21-散热器；22-ptc加热器；23-水泵；30-空气泵；31中冷器；32-三通阀二；33-增湿器；34-单向电控阀；35-三通阀三。
具体实施方式
39.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。
40.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。
41.实施例1
42.本实用新型的一个实施例公开了一种燃料电池系统装置，如图1所示，包括电堆、空压机、水泵、加热器、散热器、增湿器、三通阀一和控制器。
43.其中，电堆的空气入口经增湿器与空压机的输出端连接，冷却液入口与三通阀一的输出端连接，冷却液出口经水泵的进口连接；水泵的出口经加热器与三通阀一的输入端一连接，并经散热器与三通阀一的输入端二连接。
44.控制器的输出端分别与空压机、水泵、加热器、散热器、三通阀一的控制端连接。
45.需说明的是，燃料电池的种类很多。示例性地，对于氢氧电池，还包括氢喷设备，氢喷设备的输出端与电堆的氢气入口连接。对于氢氨电池，还包括氨气输入设备，氨气输入设备的输出端与电堆的燃料入口连接。
46.实施时，关机时，控制器首先控制三通阀一的输入端一开启、输入端二关闭，启动水泵和加热器，直到电堆的冷却液入口水温升至阈值，关闭加热器；然后，控制空压机对电堆和加湿器执行热吹扫；吹扫结束后，关闭空压机，控制三通阀一的输入端一关闭、输入端二打开，启动散热器，直到所述冷却液入口水温降至设定值，关闭散热器。
47.与现有技术相比，本实施例提供的燃料电池系统装置相比现有技术，增加了增湿器、加热器、散热器、三通阀一。加热器可实现电堆的快速升温，实现热吹扫。吹扫过程中可实现带载吹扫，全程避免高电位，有利于延长电堆的使用寿命。吹扫结束后，散热器还有助于实现电堆的快速降温，降低到电堆舒适的存储温度，有利于延长电堆的使用寿命。
48.实施例2
49.在实施例1的基础上进行改进，该燃料电池系统装置还包括三通阀二，如图2~3所示。
50.其中，所述三通阀二的输入端与空压机的输出端连接，输出端一与增湿器的空气进口连接，输出端二与电堆的空气入口连接，控制端与控制器的输出端连接。
51.优选地，加热器可采用ptc加热器。该加热器具有体积小、热效率高、性能稳定、适应性强、故障率低等优点。
52.优选地，该燃料电池系统装置还包括中冷器。
53.其中，所述中冷器的空气进口与空压机的输出端连接，空气出口与三通阀二的输入端连接，冷却液进口与三通阀一的输出端连接，冷却液出口与水泵的出口并联连接。
54.优选地，该燃料电池系统装置还包括三通阀三。
55.其中，所述三通阀三的输入端与增湿器的空气出口连接，主路出口与电堆的空气入口连接，旁通出口与增湿器的尾气进口连接，控制端与控制器的输出端连接。
56.优选地，该燃料电池系统装置还包括单向电控阀。
57.其中，所述单向电控阀的输入端与增湿器的尾气出口连接，控制端与控制器的输出端连接。
58.优选地，所述控制器进一步包括依次连接的数据采集单元、数据处理与控制单元、执行单元。
59.数据采集单元，用于实时采集电堆的冷却液入口水温，电堆内阻，以及电堆的单片电压。
60.优选地，数据采集单元进一步包括温度传感器、燃料电池单片电压监测设备、交流阻抗测试仪。
61.温度传感器，分别设置于电堆的冷却液入口管道内壁上，用于采集布设位置处的冷却液水温。
62.燃料电池单片电压监测设备，与电堆的供电输出端连接，采集电堆中每一单片电池的输出电压。
63.交流阻抗测试仪，与电堆的供电输出端连接，用于实时采集电堆的交流阻抗。
64.关机时，所述数据处理与控制单元首先控制三通阀一的输入端一开启、输入端二关闭，控制水泵、加热器依次启动，直到电堆的冷却液入口水温升至阈值时，关闭加热器；然后，控制三通阀二的输出端一、输出端二分别至预设开度，控制三通阀三的主路出口关闭、旁通出口打开，控制单向电控阀打开，控制空压机工作在设定转速下对电堆和加湿器吹扫，在吹扫过程中，一旦电堆的交流阻抗达到设定值时，控制空压机关闭，结束吹扫；再控制三通阀一的输入端一关闭、输入端二打开，控制散热器启动对电堆降温，一旦电堆冷却液入口水温降至设定值，控制散热器关闭，控制三通阀的输入端二关闭。
65.执行单元，用于根据控制单元的控制，分别控制水泵、加热器、散热器、空压机、三通阀一~三通阀三启动或关闭。
66.优选地，执行单元进一步包括分别与水泵、加热器、散热器、空压机、三通阀一~三通阀三的控制端连接的mos开关。
67.与实施例1相比，本实施例提供的装置具有如下有益效果：
68.1. 增加了交流阻抗测量电堆内阻的功能，实现了燃料电池吹扫时间的闭环调节。
69.2. 关机吹扫过程中可实现带载吹扫，全程避免高电位，有利于延长电堆的使用寿命。
70.3. 针对增湿器正常温度下不易吹干的问题，通过加热器加热的方式可实现高温吹扫，有利于快速吹干增湿器，减少吹扫时间。
71.4. 吹扫过程增加增湿器旁通的方案（三通阀三），实现了吹扫全程干空气入堆，有利于快速吹干电堆；
72.5. 为了避免吹扫结束时电堆温度过高，吹扫结束后通过散热器快速降温，降到电堆舒适的存储温度，有利于延长电堆的使用寿命。
73.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、实际应用或对现有技术的改进，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。