CN114665118B - 燃料电池的冷却***和车辆 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种燃料电池的冷却***和车辆，冷却***包括水泵、散热器、颗粒过滤装置和废液储存装置，水泵、散热器和颗粒过滤装置串联连接以形成电池换热回路，冷却***还包括清洁回路，废液储存装置通过回收支路可选择地与颗粒过滤装置连通，清洁回路连接在水泵的出口和颗粒过滤装置的出口之间，冷却***包括第一工作状态和第二工作状态，在第一工作状态，清洁回路和回收支路关闭，电池换热回路工作，水泵泵送冷却液对燃料电池进行换热，在第二工作状态，电池换热回路关闭，清洁回路和回收支路打开，水泵泵送冷却液反洗颗粒过滤装置。通过上述技术方案，以实现对电池换热回路的清洁，降低颗粒过滤装置保养过程中所产生的工作量和工作时长。
Description
技术领域
本公开涉及车辆技术领域，具体地，涉及一种燃料电池的冷却***和车辆。
背景技术
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，是一种高效、零污染的车用电源。通常，燃料电池的冷却***包括散热器以及连通散热器和燃料电池的管道。散热器在加工过程中需要进行钎焊而存在固体颗粒，在管道密封较差的位置会有灰尘进入到管道中，因而，在冷却***运行时，冷却液在管道中流通并经过散热器时，上述固体颗粒和灰尘会进入到冷却液中。
然而，这些固体颗粒，尤其是金属颗粒，不仅会堵塞燃料电池流道、去离子器支撑网，造成水阻增大，影响燃料电池的散热效率，并且在部分金属颗粒进入电堆后还存在连接双极板导致燃料电池放电的风险，因此在燃料电池***中增加有过滤装置。随着时间的积累，在冷却液颗粒过滤器上面所积累的颗粒会越来越多，这样会极大地增加冷却液的水阻，影响水泵的效率和燃料电池***的热效率。
在相关技术中，通常所采用的方式是对颗粒过滤器进行定期保养，在保养过程中，需要将冷却回路中燃料电池专用冷却液排放掉，然后拆除冷却液过滤器进行更换。这种方式存在工作量大且耗时长、专用冷却液浪费的问题。
发明内容
本公开的目的是提供一种燃料电池的冷却***和车辆，以实现对电池换热回路的清洁，降低颗粒过滤装置保养过程中所产生的工作量和工作时长。
为了实现上述目的，本公开提供一种燃料电池的冷却***，所述燃料电池的冷却***包括用于泵送冷却液的水泵、散热器、颗粒过滤装置和废液储存装置，所述水泵、所述散热器和所述颗粒过滤装置串联连接以形成电池换热回路，所述冷却***还包括与所述电池换热回路并联的清洁回路，所述废液储存装置通过回收支路可选择地与所述颗粒过滤装置连通，所述清洁回路连接在所述水泵的出口和所述颗粒过滤装置的出口之间，所述冷却***包括第一工作状态和第二工作状态，在所述第一工作状态，所述清洁回路和所述回收支路关闭，所述电池换热回路工作，所述水泵泵送冷却液对燃料电池进行换热，在所述第二工作状态，所述电池换热回路关闭，所述清洁回路和所述回收支路打开，所述水泵泵送冷却液对所述颗粒过滤装置进行反洗。
可选地，所述水泵的出口下游设置有第一换向阀，所述第一换向阀包括第一入液口、第一出液口和第二出液口，所述第一入液口与所述水泵的出口连通，所述第一出液口与所述清洁回路连通，所述第二出液口与所述第一入液口位于所述电池换热回路上。
可选地，所述颗粒过滤装置的入口的上游设置有第二换向阀，所述第二换向阀包括第二入液口、第三出液口和第四出液口，所述第二入液口与所述颗粒过滤装置的入口连通，所述第三出液口与所述回收支路连通，所述第四出液口与所述第二入液口位于所述电池换热回路上。
可选地，所述冷却***包括与所述电池换热回路并联的电堆加热回路，所述电堆加热回路连接在所述颗粒过滤装置的出口与所述散热器的入口之间，所述冷却***包括第三工作状态，在所述第三工作状态，所述电池换热回路、所述清洁回路和所述回收支路关闭，所述电堆加热回路打开，所述水泵泵送冷却液对燃料电池进行加热。
可选地，所述散热器的入口上游设置有第三换向阀，所述第三换向阀包括第三入液口、第五出液口和第六出液口，所述第三入液口与所述水泵的出口连通，所述第五出液口与所述电推加热回路连通，所述第六出液口与所述第三入液口位于所述电池换热回路上。
可选地，所述颗粒过滤装置的出口的下游设置有第四换向阀，所述第四换向阀包括第四入液口、第七出液口和第八出液口，所述第四入液口与所述水泵连通，所述第七出液口与所述电堆加热回路连通，所述第八出液口与所述第四入液口位于所述电池换热回路上。
可选地，所述冷却***包括冷却风扇，所述冷却风扇用于与所述散热器热交换。
可选地，所述冷却***包括溢水罐，所述散热器包括并联连接的主散热器和副散热器，所述溢水罐与所述主散热器连通；和/或，所述冷却***包括去离子装置，所述去离子装置并联连接于所述水泵；和/或，所述冷却***包括氢气加热装置，所述氢气加热装置连接在所述水泵的出口与所述散热器的入口之间。
可选地，所述冷却***还包括控制器、第一压力检测装置和第二压力检测装置，所述第一压力检测装置采集的车辆的颗粒过滤装置的上游的第一压力并反馈给所述控制器，所述第二压力检测装置采集的所述颗粒过滤装置的下游的第二压力并反馈给所述控制器，所述控制器根据所述第一压力和所述第二压力的压力差值，控制所述冷却***在所述第一工作状态和所述第二工作状态。
在上述技术方案的基础上，本公开还提供一种车辆，所述车辆包括上述燃料电池的冷却***。
通过上述技术方案，本公开提供的燃料电池的冷却***具有第一工作状态和第二工作状态，在第一工作状态，水泵所泵送的冷却液在电池换热回路中循环流动以对燃料电池进行换热，在第二工作状态，水泵所泵送的冷却液在清洁回路和回收支路中流动，水泵不断向清洁回路和回收支路提供冷却液直到颗粒过滤装置中所积累颗粒物从颗粒过滤装置的金属滤网上冲洗到废液储存装置中，实现对电池换热回路的清洁，从而降低冷却液在电池换热回路中的水阻。并且，在对颗粒过滤装置进行保养时，将废液储存装置取下并将废液储存装置中带有杂质的冷却液倒掉就可以到达保养的目的，操作简单且耗时少。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1是本公开实施例提供的燃料电池的冷却***的流路图；
图2是本公开实施例提供的燃料电池的冷却***的控制框图。
附图标记说明
1-水泵；2-主散热器；3-副散热器；4-冷却风扇；5-溢水罐；6-颗粒过滤装置；7-废液储存装置；8-去离子装置；9-氢气加热装置；10-第一换向阀；11-第二换向阀；12-第三换向阀；13-第四换向阀；14-控制器；15-第一压力检测装置；16-第二压力检测装置；100-燃料电池；101-电池换热回路；102-清洁回路；103-回收支路；104-电堆加热回路；A1-第一入液口；B1-第一出液口；C1-第二出液口；A2-第二入液口；B2-第三出液口；C2-第四出液口；A3-第三入液口；B3-第五出液口；C3-第六出液口；A4-第四入液口；B4-第七出液口；C4-第八出液口。
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
在本公开中，在未作相反说明的情况下，本公开所使用的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”、“第六”、“第七”、“第八”等词的使用目的在于区分一个要素和另一个要素，不具有顺序性和重要性。此外，在下面的描述中，当涉及到附图时，除非另有解释，不同的附图中相同的附图标记表示相同或相似的要素。上述定义仅用于解释和说明本公开，不应当理解为对本公开的限制。
根据本公开的具体实施方式，参考图1中所示，提供一种燃料电池的冷却***，该燃料电池的冷却***包括用于泵送冷却液的水泵1、散热器、颗粒过滤装置6和废液储存装置7，所述水泵1、所述散热器和所述颗粒过滤装置6串联连接以形成电池换热回路101，所述冷却***还包括与所述电池换热回路101并联的清洁回路102，所述废液储存装置7通过回收支路103可选择地与所述颗粒过滤装置6连通，所述清洁回路102连接在所述水泵1的出口和所述颗粒过滤装置6的出口之间。
其中，所述冷却***包括第一工作状态和第二工作状态，在所述第一工作状态，所述清洁回路102和所述回收支路103关闭，所述电池换热回路101工作，所述水泵1泵送冷却液对燃料电池100进行换热，此时，冷却液在电池换热回路101中循环流动，冷却液依次流经水泵1→燃料电池100→散热器→颗粒过滤装置6→水泵1，从而对燃料电池100进行换热。
在所述第二工作状态，所述电池换热回路101关闭，所述清洁回路102和所述回收支路103打开，所述水泵1泵送冷却液对所述颗粒过滤装置6进行反洗，此时，冷却液在清洁回路102和回收支路103中流动，冷却液依次流经水泵1→颗粒过滤装置6→废液储存装置7，水泵1连续向清洁回路102和回收支路103中提供冷却液直到颗粒过滤装置6中所积累颗粒物从颗粒过滤装置6的金属滤网上冲洗到废液储存装置7中，从而降低冷却液在电池换热回路101中的水阻。并且，在对颗粒过滤装置6进行保养时，将废液储存装置7取下并将废液储存装置7中带有杂质的冷却液倒掉就可以到达保养的目的。
在此需要解释的是，“打开”是指冷却液在相应的回路中能够完成相应的工作，“关闭”是指冷却液在相应的回路中不能够完成相应的工作。另外，冷却液在颗粒过滤装置6中正向流动时，即冷却液从颗粒过滤装置6的入口流向颗粒过滤装置6的出口，冷却***中的颗粒物积累在颗粒过滤装置6的金属滤网上，冷却液在颗粒过滤装置6中反向流动时(反洗)，即冷却液从颗粒过滤装置6的出口流向颗粒过滤装置6的入口，积累在颗粒过滤装置6的金属滤网上的颗粒物会在冷却液的冲洗下，从金属滤网上掉落并随冷却液一起朝向废液储存装置7流动，这样即可对颗粒过滤装置6进行清洁。
通过上述技术方案，本公开提供的燃料电池的冷却***具有第一工作状态和第二工作状态，在第一工作状态，水泵1所泵送的冷却液在电池换热回路101中循环流动以对燃料电池100进行换热，在第二工作状态，水泵1所泵送的冷却液在清洁回路102和回收支路103中流动，水泵1不断向清洁回路102和回收支路103提供冷却液直到颗粒过滤装置6中所积累颗粒物从颗粒过滤装置6的金属滤网上冲洗到废液储存装置7中，实现对电池换热回路101的清洁，从而降低冷却液在电池换热回路101中的水阻。并且，在对颗粒过滤装置6进行保养时，将废液储存装置7取下并将废液储存装置7中带有杂质的冷却液倒掉就可以到达保养的目的，操作简单且耗时少。
在本公开提供的具体实施方式中，所述水泵1的出口下游设置有第一换向阀10，所述第一换向阀10包括第一入液口A1、第一出液口B1和第二出液口C1，所述第一入液口A1与所述水泵1的出口连通，所述第一出液口B1与所述清洁回路102连通，所述第二出液口C1与所述第一入液口A1位于所述电池换热回路101上。在所述第一工作状态，第一入液口A1与第二出液口C1连通、第一出液口B1关闭，此时电池换热回路101打开，冷却液在电池换热回路101中循环，以对燃料电池100进行换热。在所述第二工作状态，第一入液口A1与第一出液口B1连通、第二出液口C1关闭，此时清洁回路102和回收支路103打开，冷却液在清洁回路102和回收支路103中流动，以对颗粒过滤装置6进行反洗。
在本公开提供的具体实施方式中，所述颗粒过滤装置6的入口的上游设置有第二换向阀11，所述第二换向阀11包括第二入液口A2、第三出液口B2和第四出液口C2，所述第二入液口A2与所述颗粒过滤装置6的入口连通，所述第三出液口B2与所述回收支路103连通，所述第四出液口C2与所述第二入液口A2位于所述电池换热回路101上。在所述第一工作状态，第一入液口A1与第二出液口C1连通、第一出液口B1关闭并且第二入液口A2与第四出液口C2连通、第三出液口B2关闭，此时，电池换热回路101打开，清洁回路102和回收支路103关闭，在所述第二工作状态，第一入液口A1与第一出液口B1连通、第二出液口C1关闭并且第二入液口A2与第三出液口B2连通、第四出液口C2关闭，此时电池换热回路101关闭，清洁回路102和回收支路103打开。
在本公开提供的具体实施方式中，所述冷却***包括与所述电池换热回路101并联的电堆加热回路104，所述电堆加热回路104连接在所述颗粒过滤装置6的出口与所述散热器的入口之间，所述冷却***包括第三工作状态，在所述第三工作状态，所述电池换热回路101、所述清洁回路102和所述回收支路103关闭，所述电堆加热回路104打开，所述水泵1泵送冷却液对燃料电池100进行加热，以在冷启动时对燃料电池100进行加热，使得燃料电池100升温到正常工作状态。此时，冷却液在电堆加热回路104中循环流动，冷却液依次流经水泵1→燃料电池100→水泵1，以对燃料电池100进行加热。
在所述第三工作状态下，当需要对颗粒清洁装置进行清洁时，可以控制第一换向阀10的第一入液口A1与第一出液口B1和第二出液口C1均连通，并且控制第二换向阀11的第二入液口A2与第三出液口B2连通、第四出液口C2关闭，在此情况下，第一换向阀10构造为三通比例阀，冷却液在电堆加热回路104、清洁回路102和回收支路103中流动，由此能够在对燃料电池100进行加热的同时对颗粒过滤装置6进行清洁。
在本公开提供的具体实施方式中，所述散热器的入口上游设置有第三换向阀12，所述第三换向阀12包括第三入液口A3、第五出液口B3和第六出液口C3，所述第三入液口A3与所述水泵1的出口连通，所述第五出液口B3与所述电推加热回路连通，所述第六出液口C3与所述第三入液口A3位于所述电池换热回路101上。
在第一工作状态下，第一入液口A1与第二出液口C1连通、第一出液口B1关闭，第二入液口A2与第四出液口C2连通、第三出液口B2关闭，并且第三入液口A3与第六出液口C3连通、第五出液口B3关闭，此时，电池换热回路101打开，电堆加热回路104、清洁回路102和回收支路103均关闭。在第三工作状态下，第一入液口A1与第二出液口C1连通、第一出液口B1关闭，并且第三入液口A3和第五出液口B3连通、第六出液口C3关闭，此时，电池换热回路101、清洁回路102和回收支路103均关闭，电堆加热回路104打开。
在本公开提供的具体实施方式中，所述颗粒过滤装置6的出口的下游设置有第四换向阀13，所述第四换向阀13包括第四入液口A4、第七出液口B4和第八出液口C4，所述第四入液口A4与所述水泵1连通，所述第七出液口B4与所述电堆加热回路104连通，所述第八出液口C4与所述第四入液口A4位于所述电池换热回路101上。
在第一工作状态下，第一入液口A1与第二出液口C1连通、第一出液口B1关闭，第二入液口A2与第四出液口C2连通、第三出液口B2关闭，第三入液口A3与第六出液口C3连通、第五出液口B3关闭，并且第四入液口A4与第八出液口C4连通、第七出液口B4关闭，此时，电池换热回路101打开，电堆加热回路104、清洁回路102和回收支路103均关闭。在第三工作状态下，第一入液口A1与第二出液口C1连通、第一出液口B1关闭，第三入液口A3和第五出液口B3连通、第六出液口C3关闭，并且第四入液口A4与第七出液口B4连通、第八出液口C4关闭。
在本公开提供的具体实施方式中，所述冷却***包括冷却风扇4，所述冷却风扇4用于与所述散热器热交换，以对散热器进行冷却，将热量散发到空气中。
在本公开提供的具体实施方式中，所述冷却***包括溢水罐5，所述散热器包括并联连接的主散热器2和副散热器3，所述溢水罐5与所述主散热器2连通。在高温环境下，冷却液受到高温影响会发生体积增加，在此情况下，冷却液可以从主散热器2中流出到溢水罐5中，以进行储存。在低温环境下，冷却液受到低温影响会发生体积减小，在此情况下，溢水罐5中的冷却液可以流入散热器中，以补充冷却液。
其中，主散热器2和副散热器3可以共用一个冷却风扇4，由此以通过一个冷却风扇4同时对主散热器2和副散热器3进行冷却。此外，冷却***也可以采用一个散热器以对电池换热回路101进行冷却，本公开对此不作具体限制。
在本公开提供的具体实施方式中，所述冷却***包括去离子装置8，所述去离子装置8并联连接于所述水泵1，参考图1中所示，去离子装置8连接在水泵1的两端，用于对冷却液进行去离子处理。
在本公开提供的具体实施方式中，所述冷却***包括氢气加热装置9，所述氢气加热装置9连接在所述水泵1的出口与所述散热器的入口之间，用于对氢气进行加热。
在本公开提供的具体实施方式中，参考图2中所示，所述冷却***还包括控制器14、第一压力检测装置15和第二压力检测装置16，所述第一压力检测装置15采集的车辆的颗粒过滤装置6的上游的第一压力并反馈给所述控制器14，所述第二压力检测装置16采集的所述颗粒过滤装置6的下游的第二压力并反馈给所述控制器14，所述控制器14根据所述第一压力和所述第二压力的压力差值，控制所述冷却***在所述第一工作状态和所述第二工作状态之间切换。由此，可以根据电池换热回路101中的颗粒过滤装置6的压降变换来控制冷却***在第一工作状态和第二工作状态之间切换，从而对电池换热回路101进行自动清洁。此外，也可以对控制器14进行设定，设置控制器14在车辆行驶达到预设时长或预设里程时，控制冷却***在第一工作状态和第二工作状态之间切换，从而对电池换热回路101进行自动清洁。在本公开中，第二换向阀11、第三换向阀12和第四换向阀13均与控制器14电连接，通过控制器14来控制第二换向阀11、第三换向阀12和第四换向阀13的阀芯在不同工作位置之间切换。
在上述技术方案的基础上，本公开还提供一种车辆，所述车辆包括上述燃料电池的冷却***，因此同样具有上述特点，为了避免重复，在此不再赘述。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。
Claims (5)
1.一种燃料电池的冷却***，其特征在于，所述燃料电池的冷却***包括用于泵送冷却液的水泵（1）、散热器、颗粒过滤装置（6）和废液储存装置（7），所述水泵（1）、所述散热器和所述颗粒过滤装置（6）串联连接以形成电池换热回路（101），所述冷却***还包括与所述电池换热回路（101）并联的清洁回路（102），所述废液储存装置（7）通过回收支路（103）可选择地与所述颗粒过滤装置（6）连通，所述清洁回路（102）连接在所述水泵（1）的出口和所述颗粒过滤装置（6）的出口之间，所述冷却***包括第一工作状态和第二工作状态，
在所述第一工作状态，所述清洁回路（102）和所述回收支路（103）关闭，所述电池换热回路（101）工作，所述水泵（1）泵送冷却液对燃料电池（100）进行换热，
在所述第二工作状态，所述电池换热回路（101）关闭，所述清洁回路（102）和所述回收支路（103）打开，所述水泵（1）泵送冷却液对所述颗粒过滤装置（6）进行反洗；
所述冷却***包括与所述电池换热回路（101）并联的电堆加热回路（104），所述电堆加热回路（104）连接在所述颗粒过滤装置（6）的出口与所述散热器的入口之间，所述冷却***包括第三工作状态，
在所述第三工作状态，当不需要对所述颗粒过滤装置（6）进行清洁时，所述电池换热回路（101）、所述清洁回路（102）和所述回收支路（103）关闭，所述电堆加热回路（104）打开，所述水泵（1）泵送冷却液对燃料电池（100）进行加热；
所述水泵（1）的出口下游设置有第一换向阀（10），所述第一换向阀（10）包括第一入液口（A1）、第一出液口（B1）和第二出液口（C1），所述第一入液口（A1）与所述水泵（1）的出口连通，所述第一出液口（B1）与所述清洁回路（102）连通，所述第二出液口（C1）与所述第一入液口（A1）位于所述电池换热回路（101）上；
所述颗粒过滤装置（6）的入口的上游设置有第二换向阀（11），所述第二换向阀（11）包括第二入液口（A2）、第三出液口（B2）和第四出液口（C2），所述第二入液口（A2）与所述颗粒过滤装置（6）的入口连通，所述第三出液口（B2）与所述回收支路（103）连通，所述第四出液口（C2）与所述第二入液口（A2）位于所述电池换热回路（101）上；
所述散热器的入口上游设置有第三换向阀（12），所述第三换向阀（12）包括第三入液口（A3）、第五出液口（B3）和第六出液口（C3），所述第三入液口（A3）与所述水泵（1）的出口连通，所述第五出液口（B3）与所述电堆加热回路（104）连通，所述第六出液口（C3）与所述第三入液口（A3）位于所述电池换热回路（101）上；
所述颗粒过滤装置（6）的出口的下游设置有第四换向阀（13），所述第四换向阀（13）包括第四入液口（A4）、第七出液口（B4）和第八出液口（C4），所述第四入液口（A4）与所述水泵（1）连通，所述第七出液口（B4）与所述电堆加热回路（104）连通，所述第八出液口（C4）与所述第四入液口（A4）位于所述电池换热回路（101）上；
在所述第三工作状态下，当需要对所述颗粒过滤装置（6）进行清洁时，所述第一换向阀（10）的所述第一入液口（A1）与所述第一出液口（B1）和所述第二出液口（C1）均连通，并且所述第二换向阀（11）的所述第二入液口（A2）与所述第三出液口（B2）连通、所述第四出液口（C2）关闭，所述第一换向阀（10）构造为三通比例阀，冷却液在所述电堆加热回路（104）、所述清洁回路（102）和所述回收支路（103）中流动。
2.根据权利要求1所述的燃料电池的冷却***，其特征在于，所述冷却***包括冷却风扇（4），所述冷却风扇（4）用于与所述散热器热交换。
3.根据权利要求1所述的燃料电池的冷却***，其特征在于，所述冷却***包括溢水罐（5），所述散热器包括并联连接的主散热器（2）和副散热器（3），所述溢水罐（5）与所述主散热器（2）连通；和/或，
所述冷却***包括去离子装置（8），所述去离子装置（8）并联连接于所述水泵（1）；和/或，
所述冷却***包括氢气加热装置（9），所述氢气加热装置（9）连接在所述水泵（1）的出口与所述散热器的入口之间。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的燃料电池的冷却***，其特征在于，所述冷却***还包括控制器（14）、第一压力检测装置（15）和第二压力检测装置（16），所述第一压力检测装置（15）采集的车辆的颗粒过滤装置（6）的上游的第一压力并反馈给所述控制器（14），所述第二压力检测装置（16）采集的所述颗粒过滤装置（6）的下游的第二压力并反馈给所述控制器（14），所述控制器（14）根据所述第一压力和所述第二压力的压力差值，控制所述冷却***在所述第一工作状态和所述第二工作状态之间切换。
5.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括根据权利要求1-4任一项所述的燃料电池的冷却***。
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