本實(shí)用新型涉及一種熱管理系統(tǒng)，尤其是涉及一種分布式燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)。

背景技術(shù)：

燃料電池是一種電化學(xué)反應(yīng)裝置，直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能。根據(jù)電解質(zhì)的不同，可以分為質(zhì)子交換膜燃料電池，堿性燃料電池，磷酸型燃料電池，熔融碳酸鹽燃料電池和固體氧化物燃料電池。質(zhì)子交換膜燃料電池工作溫度低，電流密度大，響應(yīng)速度快，性能穩(wěn)定。而且反應(yīng)生成物只有水，不存在腐蝕性。因此，質(zhì)子交換膜燃料電池在車輛交通和備用電源等領(lǐng)域具有廣闊的市場前景。

目前大部分燃料電池系統(tǒng)熱管理工作都集成在燃料電池系統(tǒng)控制器內(nèi)，燃料電池系統(tǒng)控制器既要處理能量調(diào)度算法、安全保護(hù)控制，又要處理溫度控制算法，工作負(fù)擔(dān)較重；燃料電池冷卻系統(tǒng)的傳感器一般都離燃料電池系統(tǒng)控制器較遠(yuǎn)，較長的傳輸距離會(huì)造成傳感器采樣精度下降；當(dāng)燃料電池系統(tǒng)控制器失效的話整個(gè)系統(tǒng)就可能完全癱瘓。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種分布式燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)。

本實(shí)用新型的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種分布式燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，用于對燃料電池電堆進(jìn)行熱管理控制，該系統(tǒng)包括冷卻水循環(huán)回路、水泵、溫度檢測單元、控制器和散熱單元，所述的冷卻水循環(huán)回路連接燃料電池電堆的進(jìn)堆口和出堆口，所述的水泵設(shè)置在冷卻水循環(huán)回路中，所述的溫度檢測單元設(shè)置在燃料電池電堆的進(jìn)堆口和出堆口，所述的散熱單元并聯(lián)于冷卻水循環(huán)回路上，所述的控制器連接溫度檢測單元和散熱單元。

所述的溫度檢測單元包括兩個(gè)溫度傳感器，所述的溫度傳感器分別設(shè)置在燃料電池電堆的進(jìn)堆口和出堆口，兩個(gè)溫度傳感器均連接至控制器。

所述的散熱單元包括電動(dòng)三通閥和散熱器，所述的電動(dòng)三通閥進(jìn)口端連接水泵，電動(dòng)三通閥第一出口端連接至冷卻水循環(huán)回路中，電動(dòng)三通閥第二出口端連接散熱器進(jìn)口端，散熱器出口端連接至冷卻水循環(huán)回路中形成并聯(lián)結(jié)構(gòu)，所述的電動(dòng)三通閥和散熱器均連接控制器。

所述的散熱器旁還設(shè)置有散熱風(fēng)扇。

該系統(tǒng)包括冷卻水箱，所述的冷卻水箱通過補(bǔ)水管連通冷卻水循環(huán)回路，冷卻水箱還通過散熱器出氣管連接散熱器。

該系統(tǒng)還包括壓力檢測單元，所述的壓力檢測單元包括兩個(gè)壓力傳感器，所述的壓力傳感器分別設(shè)置在燃料電池電堆的進(jìn)堆口和出堆口，兩個(gè)壓力傳感器均連接至控制器。

所述的冷卻水循環(huán)回路中設(shè)有顆粒過濾器。

所述的冷卻水循環(huán)回路中還設(shè)有用于檢測離子濃度的離子濃度傳感器，所述的離子濃度傳感器連接所述的控制器。

所述的控制器包括嵌入式處理器。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)本實(shí)用新型通過單獨(dú)的控制器實(shí)現(xiàn)燃料電池電堆溫度的分散式控制，減輕了燃料電池系統(tǒng)控制器的負(fù)擔(dān)，提高系統(tǒng)工作的可靠性；

(2)本實(shí)用新型通過兩個(gè)溫度傳感器分別測量進(jìn)堆口和出堆口溫度，從而進(jìn)行精度控制，提高系統(tǒng)控制的精度性；

(3)本實(shí)用新型散熱單元與冷卻水循環(huán)回路形成并聯(lián)形式，通過控制器控制電動(dòng)三通閥的開通狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)低溫啟動(dòng)和恒溫控制，當(dāng)?shù)蜏貑?dòng)時(shí)，電動(dòng)三通閥第一出口端開通以達(dá)到快速升溫的目的，在正常運(yùn)行階段電動(dòng)三通閥第二出口端開通使冷卻水完全經(jīng)過散熱器以將所有廢熱排出，實(shí)現(xiàn)了兩種狀態(tài)下的巧妙切換控制；

(4)本實(shí)用新型散熱單元的散熱風(fēng)扇能進(jìn)一步提高散熱效果，實(shí)現(xiàn)更可靠的熱量管理；

(5)本實(shí)用新型設(shè)置的離子濃度傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)離子濃度的有效監(jiān)測。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型分布式燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

圖中，1為燃料電池電堆，2為水泵，3為溫度傳感器，4為電動(dòng)三通閥，5為散熱器，6為散熱風(fēng)扇，7為冷卻水箱，8為補(bǔ)水管，9為散熱器出氣管，10為壓力傳感器，11為顆粒過濾器，12為離子濃度傳感器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。

實(shí)施例

如圖1所示，一種分布式燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，用于對燃料電池電堆1進(jìn)行熱管理控制，該系統(tǒng)包括冷卻水循環(huán)回路、水泵2、溫度檢測單元、控制器和散熱單元，冷卻水循環(huán)回路連接燃料電池電堆1的進(jìn)堆口和出堆口，水泵2的作用是使冷卻水循環(huán)，水泵2設(shè)置在冷卻水循環(huán)回路中，溫度檢測單元設(shè)置在燃料電池電堆1的進(jìn)堆口和出堆口，散熱單元并聯(lián)于冷卻水循環(huán)回路上，控制器連接溫度檢測單元和散熱單元，控制器包括嵌入式處理器；控制器根據(jù)溫度檢測單元的檢測結(jié)果控制散熱單元的工作狀態(tài)，進(jìn)而進(jìn)行燃料電池電堆1的低溫啟動(dòng)以及恒溫運(yùn)行。

溫度檢測單元包括兩個(gè)溫度傳感器3，溫度傳感器3分別設(shè)置在燃料電池電堆1的進(jìn)堆口和出堆口，兩個(gè)溫度傳感器3均連接至控制器。

散熱單元包括電動(dòng)三通閥4和散熱器5，電動(dòng)三通閥4進(jìn)口端連接水泵2，電動(dòng)三通閥4第一出口端連接至冷卻水循環(huán)回路中，電動(dòng)三通閥4第二出口端連接散熱器5進(jìn)口端，散熱器5出口端連接至冷卻水循環(huán)回路中形成并聯(lián)結(jié)構(gòu)，電動(dòng)三通閥4和散熱器5均連接控制器。散熱器5旁還設(shè)置有散熱風(fēng)扇6。

該系統(tǒng)包括冷卻水箱7，冷卻水箱7通過補(bǔ)水管8連通冷卻水循環(huán)回路，冷卻水箱7還通過散熱器出氣管9連接散熱器5。冷卻水箱7通過補(bǔ)水管8向管路內(nèi)補(bǔ)充冷卻水，通過散熱器出氣管9排出管路中的空氣和水蒸氣。

該系統(tǒng)還包括壓力檢測單元，壓力檢測單元包括兩個(gè)壓力傳感器10，壓力傳感器10分別設(shè)置在燃料電池電堆1的進(jìn)堆口和出堆口，兩個(gè)壓力傳感器10均連接至控制器。

冷卻水循環(huán)回路中設(shè)有顆粒過濾器11。冷卻水循環(huán)回路中還設(shè)有用于檢測離子濃度的離子濃度傳感器12，離子濃度傳感器12連接控制器。

燃料電池電堆1為燃料電池系統(tǒng)核心，燃料電池電堆1需要工作在一定的溫度范圍內(nèi)(約為60℃-65℃)，主要作用將氫氣的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能。水泵2的作用是使冷卻水循環(huán)。散熱器5和散熱風(fēng)扇6將系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量交換到自然界。電動(dòng)三通閥4主要用于冷卻水循環(huán)的切換。在低溫冷啟動(dòng)階段使冷卻水不經(jīng)過散熱器5以達(dá)到快速升溫的目的，在正常運(yùn)行階段使冷卻水完全經(jīng)過散熱器5以將所有廢熱排出。

制器具有兩種工作模式，手動(dòng)工作模式和自動(dòng)工作模式，手動(dòng)工作模式下，燃料電池系統(tǒng)控制器或上位機(jī)可以開環(huán)控制冷卻系統(tǒng)；自動(dòng)模式下，熱管理控制器自動(dòng)進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)控制。

本實(shí)用新型的工作原理：當(dāng)控制器給冷卻系統(tǒng)控制器發(fā)送自動(dòng)控制指令，并設(shè)定溫度控制目標(biāo)溫度，制器控制水泵2運(yùn)轉(zhuǎn)，通過采集燃料電池電堆1冷卻水進(jìn)出堆溫度，計(jì)算溫差，實(shí)時(shí)調(diào)整三通調(diào)節(jié)閥的開度，從而控制冷卻水進(jìn)入散熱器5的流量；控制器根據(jù)冷卻水進(jìn)出堆溫度，通過模糊控制算法實(shí)時(shí)調(diào)整散熱風(fēng)扇6轉(zhuǎn)速；燃料電池系統(tǒng)控制器給冷卻系統(tǒng)發(fā)送停止指令時(shí)控制器還會(huì)繼續(xù)運(yùn)行，將冷卻系統(tǒng)溫度降至安全閾值后停止工作。

另外，控制器具有智能診斷功能，控制器會(huì)診斷冷卻系統(tǒng)中的傳感器、執(zhí)行器硬件是否存在問題；離子濃度是否過高；溫度控制是否超調(diào)，所有故障都以相應(yīng)的故障代碼通過CAN總線實(shí)時(shí)上傳給燃料電池系統(tǒng)控制器；當(dāng)系統(tǒng)意外斷電，控制器會(huì)將最后一次出現(xiàn)的故障信息存入控制器的EEPROM中，供后續(xù)故障診斷用。