一种燃料电池汽车的燃料电池

文档序号:1955823 发布日期:2021-12-10 浏览:22次 >En<

阅读说明:本技术 一种燃料电池汽车的燃料电池 (Fuel cell of fuel cell automobile ) 是由 石建珍 钱祥 于 2021-08-02 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种燃料电池汽车的燃料电池,包括燃料电池本体,所述燃料电池本体上设有水冷结构,所述水冷结构上设有风冷结构,所述水冷结构上设有控制结构;本发明的有益效果是,设有水冷结构,水冷结构中采用两个矩形管结构独立的流通冷却液,两个矩形管拼装平铺在燃料电池上壁面,加大了冷却液与燃料电池之间的接触面积,冷却液直通流过燃料电池表面,保证了散热效果,提高了散热效率,还设有风冷结构以及控制结构,使用一个风扇调速信号对多个散热风扇进行控制,实现燃料电池冷却液温度的精确控制,降低了调速信号硬件资源占用数量,降低了成本,提升燃料电池性能及经济效率。(The invention discloses a fuel cell of a fuel cell automobile, which comprises a fuel cell body, wherein a water cooling structure is arranged on the fuel cell body, an air cooling structure is arranged on the water cooling structure, and a control structure is arranged on the water cooling structure; the invention has the advantages that the water cooling structure is arranged, the two rectangular pipes are adopted in the water cooling structure to independently circulate the cooling liquid, the two rectangular pipes are spliced and paved on the upper wall surface of the fuel cell, the contact area between the cooling liquid and the fuel cell is enlarged, the cooling liquid directly flows through the surface of the fuel cell, the heat dissipation effect is ensured, the heat dissipation efficiency is improved, the air cooling structure and the control structure are also arranged, a fan speed regulation signal is used for controlling a plurality of heat dissipation fans, the accurate control of the temperature of the cooling liquid of the fuel cell is realized, the occupied quantity of speed regulation signal hardware resources is reduced, the cost is reduced, and the performance and the economic efficiency of the fuel cell are improved.)

一种燃料电池汽车的燃料电池

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域,特别是一种燃料电池汽车的燃料电池。

背景技术

在燃料电池中,燃料电池的热管理关系到其能量转换效率,燃料电池电堆核心组成部件膜电极对温度敏感,温度过高或过低会影响电堆的性能,因此精确控制流入电堆的冷却液的温度才能有利于燃料电池充分发挥其性能。燃料电池汽车的燃料电池热管理系统主要包括供电模块、散热器和散热器风扇调速控制系统。

供电模块为整个燃料电池热管理系统提供能量源,散热器主要包括散热排和散热风扇,冷却液流经散热排,散热风扇转动使空气流经散热排带出散热排内冷却液热量从而使冷却液降温,风扇调速系统接收燃料电池温度调节散热风扇的转速,从而实现燃料电池冷却液温度控制。燃料电池汽车的燃料电池热管理系统设计时由于考虑到车辆在极端严热及燃料电池效率降低等因素,散热器的设计会留有较大冗余散热功率,这种设计能保证燃料电池汽车在极端高温气温下正常工作,但由于散热系统有较大冗余功率,车辆在寒冷环境下工作时会导致过度散热(虽然散热风扇可以调速,但其有最低基础转速),即使在最低散热量下也会使燃料电池冷却液温度产生较大波动。

为了解决这个问题,传统的办法是增加散热风扇调速信号,例如某燃料电池汽车散热器有6个风扇,为了温度控制足够精确,6 个风扇每个风扇接一路单独的调速信号。但这种方式对风扇调速控制系统的调速信号硬件资源占用较高,需要定制开发控制器,增加成本。并且现有的燃料电池的冷却液在燃料电池内部的流动轨迹均为蛇形流动,影响散热效果,散热效率低,鉴于此,针对上述问题深入研究,遂有本案产生。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题,设计了一种燃料电池汽车的燃料电池,解决了背景技术中提出的问题。

实现上述目的本发明的技术方案为:一种燃料电池汽车的燃料电池,包括燃料电池本体,所述燃料电池本体上设有水冷结构,所述水冷结构上设有风冷结构,所述水冷结构上设有控制结构;

所述水冷结构包括:两个内部冷却液管、两个第一电磁阀、第一三通连接管、冷却液循环泵、送入管、散热器、送出管、第二三通连接管、两个第二电磁阀以及压合部;

两个所述内部冷却液管安装于燃料电池本体上壁面,两个内部冷却液管均为空心矩形结构,且两个内部冷却液管侧壁面均设有凸起,两个所述第一电磁阀安装于两个所述内部冷却液管一端,第一三通连接管安装于两个所述第一电磁阀一端,所述冷却液循环泵安装于第一三通连接管一端,所述送入管安装于冷却液循环泵另一端,所述第二三通连接管安装于送入管一端,两个所述第二电磁阀安装于第二三通连接管一端,两个所述第二电磁阀另一端安装于两个所述内部冷却液管另一端,所述压合部安装于燃料电池本体上。

在本发明方案的一些实施例中,所述压合部包括:箱盖、若干个气缸以及若干个顶头;

所述箱盖安装于燃料电池本体开口处,若干个气缸等距离安装于箱盖内侧顶面上,若干个所述顶头安装于若干个所述气缸伸缩端,所述箱盖通过安装组件安装在燃料电池本体上。

在本发明方案的一些实施例中,所述安装组件包括:两个第一翻边、两个第二翻边、若干个固定螺栓以及若干个固定螺母;

两个所述第一翻边对称安装于燃料电池本体侧壁面上,两个所述第二翻边对称安装于箱盖侧壁面上,若干个所述固定螺栓活动插装于两个所述第一翻边以及两个所述第二翻边上,若干个所述固定螺母套装于若干个所述固定螺栓上。

在本发明方案的一些实施例中,所述风冷结构包括:安装架以及若干个风扇;

所述安装架安装于散热器上,若干个所述风扇等距离安装于安装架上。

在本发明方案的一些实施例中,所述控制结构包括:安装罩、若干个常闭继电器、风扇调速控制器、热管理控制器以及第一温度传感器;

所述安装罩安装于散热器上,若干个所述常闭继电器安装于安装罩内侧壁面上,所述风扇调速控制器安装于安装罩外侧壁面上,所述热管理控制器安装于安装罩外侧壁面上,所述第一温度传感器安装于安装罩外侧壁面上。

在本发明方案的一些实施例中,两个所述内部冷却液管上壁面均设有第二温度传感器。

在本发明方案的一些实施例中,若干个所述风扇上均设有护罩,若干个所述护罩均为网状结构。

在本发明方案的一些实施例中,若干个所述安装罩均为网状结构。

在本发明方案的一些实施例中,若干个所述风扇的数量具体均为5-6个。

在本发明方案的一些实施例中,若干个所述常闭继电器的数量具体为4-5个,若干个所述常闭继电器上均设有开关。

在本发明方案的一些实施例中所述热管理控制器按公式(1) 计算得到连接有常闭继电器的风扇中的需工作风扇的预估数量N0:

N0=(a×Te+b)÷c× Nf…………………………………………(1),

其中,Te为当前环境温度;a为修正系数,在1~5中取值;b 为修正温度,在0~100中取值;c为校准温度,取值为100;Nf 为连接有常闭继电器的风扇数量。

利用本发明的技术方案制作的燃料电池汽车的燃料电池,设有水冷结构,水冷结构中采用两个矩形管结构独立的流通冷却液,两个矩形管拼装平铺在燃料电池上壁面,加大了冷却液与燃料电池之间的接触面积,冷却液直通流过燃料电池表面,保证了散热效果,提高了散热效率,还设有风冷结构以及控制结构,使用一个风扇调速信号对多个散热风扇进行控制,实现燃料电池冷却液温度的精确控制,降低了调速信号硬件资源占用数量,降低了成本,提升燃料电池性能及经济效率。

附图说明

图1为本发明所述一种燃料电池汽车的燃料电池的俯视剖视结构示意图。

图2为本发明所述一种燃料电池汽车的燃料电池的水冷结构的局部主视结构示意图。

图3为本发明所述一种燃料电池汽车的燃料电池的水冷结构的侧视剖视结构示意图。

图4为本发明图1所述一种燃料电池汽车的燃料电池的局部放大结构示意图。

图5为本发明所述一种燃料电池汽车的燃料电池的框架示意图。

图中:1、燃料电池本体;2、内部冷却液管;3、第一电磁阀; 4、第一三通连接管;5、冷却液循环泵;6、送入管;7、散热器; 8、送出管;9、第二三通连接管;10、第二电磁阀;

11、箱盖;12、气缸;13、顶头;14、第一翻边;15、第二翻边;16、固定螺栓;17、固定螺母;18、安装架;19、风扇;

20、安装罩;21、常闭继电器;22、风扇调速控制器;23、热管理控制器;24、第一温度传感器;25、第二温度传感器;26、护罩;27、开关。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中,需要理解的是,第一、第二只是用于区分技术特征为目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。若干个则指的是一个以上。

本发明的描述中,除非另有明确的限定,设置、安装、连接、装配、配合等词语应做广义理解,所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明进行具体描述,如图1-5所示,在一些实施例中,本发明的燃料电池汽车的燃料电池,包括燃料电池本体 1,燃料电池本体1上设有水冷结构,水冷结构上设有风冷结构,水冷结构上设有控制结构;

其中,水冷结构包括:两个内部冷却液管2、两个第一电磁阀3、第一三通连接管4、冷却液循环泵5、送入管6、散热器7、送出管 8、第二三通连接管9、两个第二电磁阀10以及压合部。

两个内部冷却液管2安装于燃料电池本体1上壁面,两个内部冷却液管2均为空心矩形结构,且两个内部冷却液管2侧壁面均设有凸起,两个第一电磁阀3安装于两个内部冷却液管2一端,第一三通连接管4安装于两个第一电磁阀3一端,冷却液循环泵5安装于第一三通连接管4一端,送入管6安装于冷却液循环泵5另一端,第二三通连接管9安装于送入管6一端,两个第二电磁阀10安装于第二三通连接管9一端,两个第二电磁阀10另一端安装于两个内部冷却液管2另一端,压合部安装于燃料电池本体1上。

压合部包括:箱盖11、若干个气缸12以及若干个顶头13;箱盖11安装于燃料电池本体1开口处,若干个气缸12等距离安装于箱盖11内侧顶面上,若干个顶头13安装于若干个气缸12伸缩端,箱盖11通过安装组件安装在燃料电池本体1上。

安装组件包括:两个第一翻边14、两个第二翻边15、若干个固定螺栓16以及若干个固定螺母17;两个第一翻边14对称安装于燃料电池本体1侧壁面上,两个第二翻边15对称安装于箱盖11 侧壁面上,若干个固定螺栓16活动插装于两个第一翻边14以及两个第二翻边15上,若干个固定螺母17套装于若干个固定螺栓16 上。

风冷结构包括:安装架18以及若干个风扇19;安装架18安装于散热器7上,若干个风扇19等距离安装于安装架18上。

控制结构包括:安装罩20、若干个常闭继电器21、风扇19调速控制器、热管理控制器23以及第一温度传感器24;安装罩20 安装于散热器7上,若干个常闭继电器21安装于安装罩20内侧壁面上,风扇19调速控制器安装于安装罩20外侧壁面上,热管理控制器23安装于安装罩20外侧壁面上,第一温度传感器24安装于安装罩20外侧壁面上;两个内部冷却液管2上壁面均设有第二温度传感器25;若干个风扇19上均设有护罩26,若干个护罩26均为网状结构;若干个安装罩20均为网状结构;若干个风扇19的数量具体均为5-6个;若干个常闭继电器21的数量具体为4-5个,若干个常闭继电器21上均设有开关27。

通过本领域人员,将本案中所有电气件与其适配的电源通过导线进行连接,并且应该根据实际情况,选择合适的控制器,以满足控制需求,具体连接以及控制顺序,应参考下述工作原理中,各电气件之间先后工作顺序完成电性连接,其详细连接手段,为本领域公知技术,下述主要介绍工作原理以及过程,不在对电气控制做说明。

在一些实施例中,参照图1所示,燃料电池汽车的燃料电池包括燃料电池本体1,燃料电池本体1上设有水冷结构,水冷结构上设有风冷结构,水冷结构上设有控制结构;

其中需要说明的是:水冷结构用于对燃料电池本体1进行散热,风冷结构用于对水冷结构中的冷却液进行降温,控制结构用于对风冷结构进行控制,从而实现燃料电池冷却液温度的精确控制,燃料电池本体1由若干个燃料单体电池串联形成,燃料单体电池包括质子交换膜,在质子交换膜的一面涂覆有阴极催化剂层,在质子交换膜的另一面涂覆有阳极催化剂层,在阴极催化剂层、阳极催化剂层的朝外一面设置有气体扩散层。

在具体实施过程中,水冷结构可优选采用以下结构,其包括:两个内部冷却液管2、两个第一电磁阀3、第一三通连接管4、冷却液循环泵5、送入管6、散热器7、送出管8、第二三通连接管9、两个第二电磁阀10以及压合部;两个内部冷却液管2安装于燃料电池本体1上壁面,两个内部冷却液管2均为空心矩形结构,且两个内部冷却液管2侧壁面均设有凸起,两个第一电磁阀3安装于两个内部冷却液管2一端,第一三通连接管4安装于两个第一电磁阀 3一端,冷却液循环泵5安装于第一三通连接管4一端,送入管6 安装于冷却液循环泵5另一端,第二三通连接管9安装于送入管6 一端,两个第二电磁阀10安装于第二三通连接管9一端,两个第二电磁阀10另一端安装于两个内部冷却液管2另一端,压合部安装于燃料电池本体1上。

其中,需要说明的是:冷却液循环泵5将冷却液通过送入管6、第一三通连接管4以及两个第一电磁阀3泵入两个内部冷却液管2 中,两个矩形管拼装平铺在燃料电池上壁面,加大了冷却液与燃料电池之间的接触面积,冷却液直通流过燃料电池表面,保证了散热效果,提高了散热效率,两个内部冷却液管2侧壁面上的凸起用于安装时限位,使两个内部冷却液管2相互卡紧,吸收了热量的冷却液通过两个第二电磁阀10、第二三通连接管9以及送入管6流进散热器7中,进行散热,温度降下的冷却液通过冷却液循环泵5再次泵入燃料电池本体1中,在一些实施例中,两个内部冷却液管2 上壁面均设有第二温度传感器25,当第二温度传感器25检测到的温度值有差值时,对数值高的内部冷却液管2进行维护,数值低的内部冷却液管2端部的第一电磁阀3以及第二电磁阀10关闭,避免排空不需要维护的内部冷却液管2,散热器7的接地端接地,散热器7的电源端连接电源的正极端,电源为24V铅酸蓄电池;

在具体实施过程中,压合部可优选采用以下结构,其包括:箱盖11、若干个气缸12以及若干个顶头13;箱盖11安装于燃料电池本体1开口处,若干个气缸12等距离安装于箱盖11内侧顶面上,若干个顶头13安装于若干个气缸12伸缩端,箱盖11通过安装组件安装在燃料电池本体1上;

其中需要说明的是:箱盖11扣在燃料电池本体1开口处,若干个气缸12伸长,直至若干个顶头13压住两个内部冷却液管2,保证两个内部冷却液管2与燃料电池本体1贴合紧密;

在具体实施过程中,安装组件可优选采用以下结构,其包括:两个第一翻边14、两个第二翻边15、若干个固定螺栓16以及若干个固定螺母17;两个第一翻边14对称安装于燃料电池本体1侧壁面上,两个第二翻边15对称安装于箱盖11侧壁面上,若干个固定螺栓16活动插装于两个第一翻边14以及两个第二翻边15上,若干个固定螺母17套装于若干个固定螺栓16上;

其中需要说明的是:燃料电池本体1与箱盖11通过若干个固定螺栓16以及若干个固定螺母17固定连接,两个第一翻边14以及两个第二翻边15用于安装若干个固定螺栓16;

在具体实施过程中,风冷结构可优选采用以下结构,其包括:安装架18以及若干个风扇19;安装架18安装于散热器7上,若干个风扇19等距离安装于安装架18上;

其中需要说明的是:安装架18用来安装若干个风扇19,若干个风扇19工作,使空气流动,将散热器7上的热量带走,实现降温的功能,作为优选的,更进一步的,若干个风扇19上均设有护罩26,若干个护罩26均为网状结构,用于保护风扇19;

在具体实施过程中,控制结构可优选采用以下结构,其包括:安装罩20、若干个常闭继电器21、风扇19调速控制器、热管理控制器23以及第一温度传感器24;安装罩20安装于散热器7上,若干个常闭继电器21安装于安装罩20内侧壁面上,风扇19调速控制器安装于安装罩20外侧壁面上,热管理控制器23安装于安装罩20外侧壁面上,第一温度传感器24安装于安装罩20外侧壁面上,作为优选的,更进一步的,若干个安装罩20均为网状结构,用于空气流通;

其中需要说明的是:若干个风扇19中的其中一个风扇19的 PWM占空比信号输入脚位直接与风扇19调速控制器的PWM占空比信号输出脚位相连接,若干个风扇19中的其余风扇19的PWM占空比信号输入脚位分别通过常闭继电器21与风扇19调速控制器的 PWM占空比信号输出脚位相连接,每个常闭继电器21分别与热管理控制器23信号连接,热管理控制器23根据环境温度确定连接有常闭继电器21的风扇19中的需要工作的风扇19的最终数量,并通过信号控制相对应常闭继电器21的通断,作为优选的,更进一步的,若干个常闭继电器21上均设有开关27,用于控制常闭继电器21的工作状态,环境温度通过第一温度传感器24感应测得,风扇19调速控制器根据燃料电池本体1的散热需求控制各风扇19的转速;

热管理控制器23按公式(1)计算得到连接有常闭继电器21 的风扇19中的需工作风扇19的预估数量N0:

N0=(a×Te+b)÷c× Nf………………………………………………(1),

其中,Te为当前环境温度;a为修正系数,在1~5中取值;b 为修正温度,在0~100中取值;c为校准温度,取值为100;Nf 为连接有常闭继电器21的风扇19数量;

若N0<0,则连接有常闭继电器21的风扇19中的需要工作风扇19的最终数量N1取值为0;若0≤N0≤Nf,则将N0四舍五入取整得到连接有常闭继电器21的风扇19中的需要工作风扇19的最终数量N1;若N0>Nf,则连接有常闭继电器21的风扇19中的需要工作风扇19的最终数量N1取值为Nf;

在连接有常闭继电器21的风扇19中需要工作风扇19的最终数量N1确定后,热管理控制器23通过信号控制Nf-N1个常闭继电器21断开,风扇19调速控制器根据燃料电池本体1的散热需求控制散N1+1个风扇19的转速;

在一些实施例中,若干个风扇19的数量具体均为5-6个;若干个常闭继电器21的数量具体为4-5个;

当风扇19共5个,其中连接有常闭继电器21的风扇19有4 个即Nf为4,经0℃和25℃两次实车测试,确定公式(1)中的修正系数a最终取值为2,修正温度b最终取值为20。若温度传感器感应测得环境温度为10℃,根据公式(1)计算得到N0为1.6,将 N0四舍五入取整得到N1为2,之后热管理控制器23通过信号控制 2个常闭继电器21断开,风扇19调速控制器根据燃料电池本体1 的散热需求控制3个风扇19的转速,3个风扇19包括1个直接连接风扇19调速控制器的风扇19和2个连接有常闭继电器21的风扇19;若温度传感器感应测得环境温度为-20℃,根据公式(1) 计算得到N0为-0.8,则N1取值为0,之后热管理控制器23通过信号控制4个常闭继电器21断开,风扇19调速控制器根据燃料电池本体1的散热需求控制1个风扇19的转速,即直接连接风扇19 调速控制器的风扇19的转速;

当风扇19共6个,连接有常闭继电器21的风扇19有5个即 Nf为5,在同一类型燃料电池本体1的条件下,因此公式(1)中的修正系数a最终取值为2,修正温度b最终取值为20。若第一温度传感器24感应测得环境温度为15℃,根据公式(1)计算得到 N0为2.5,将N0四舍五入取整得到N1为3,之后热管理控制器23 通过信号控制1个常闭继电器21断开,风扇19调速控制器根据燃料电池本体1的散热需求控制散热器7内4个风扇19的转速,4 个风扇19包括1个直接连接风扇19调速控制器的风扇19和3个连接有常闭继电器21的风扇19。

上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案,本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理,属于本发明的保护范围之内。

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