一种燃料电池发动机及其冷启动系统与方法与流程

1.本发明涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种燃料电池发动机及其冷启动系统与方法。


背景技术：

2.燃料电池低温冷启动能力是其重要的技术指标，也是制约燃料电池的一项难题，目前在低温情况下，首先使用动力电池(高压蓄电池)对ptc供电，ptc通过对循环水路加热，从而使燃料电池达到其工作温度，然而在低温情况下，动力电池的性能和效率也非常低，某些低温情况下也会无法使用，并且额外消耗能量。


技术实现要素：

3.本发明的第一个目的在于提供一种燃料电池发动机冷启动系统，以解决冷启动时动力电池也无法工作或者性能差的问题，减少额外的能量消耗。
4.本发明的第二个目的在于提供一种基于上述燃料电池发动机冷启动系统的方法以及燃料电池发动机。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种燃料电池发动机冷启动系统，包括：
7.中冷器，包括主体结构以及外壳，所述主体结构设置于所述外壳内，所述外壳与所述主体结构之间设置有隔板，所述隔板将所述外壳与所述主体结构之间的空腔分隔为第一腔室以及第二腔室，所述主体结构用于接入燃料电池发动机的冷却液管路以及进气管路；
8.第一三通阀，所述第一三通阀的进口以及第一出口在所述中冷器的上游接入燃料电池发动机的排气管路，所述第一三通阀的第二出口与所述第一腔室连通，所述第一腔室设置有排气口；
9.第二三通阀，所述第二三通阀的进口以及第一出口在所述中冷器的下游接入燃料电池发动机的冷却液管路，所述第二三通阀的第二出口与所述第二腔室连通，所述第二腔室具有与所述冷却液管路连通的排液口。
10.优选地，所述第一三通阀的进口以及第一出口在所述中冷器的上游以及增湿器的下游之间接入燃料电池发动机的排气管路。
11.优选地，还包括空压机，所述空压机、所述主体结构、所述增湿器以及燃料电池发动机的电堆依次通过所述进气管路连接。
12.优选地，还包括环境温度检测装置以及控制器，所述环境温度检测装置用于检测环境温度，所述控制器在所述环境温度检测装置检测到环境温度低于预设值时控制所述第一三通阀的进口与第二出口连通，同时控制所述第二三通阀的进口与第二出口连通。
13.优选地，所述第一三通阀的第二出口与所述第一腔室的连通口以及所述排气口分别位于所述第一腔室的两端，所述第二三通阀的第二出口与所述第二腔室的连通口以及所述排液口分别位于所述第二腔室的两端。
14.优选地，所述冷却液管路包括第一支路以及第二支路，所述第一支路串联有所述主体结构以及所述第一三通阀，所述第二支路设置有燃料电池发动机的电堆。
15.一种燃料电池发动机，包括如上任意一项所述的燃料电池发动机冷启动系统。
16.一种燃料电池发动机冷启动方法，包括步骤：
17.获取用户启动指令以及环境温度；
18.若环境温度高于预设值，则进入常温启动模式，控制第一三通阀的进口与第一出口连通，同时控制第二三通阀的进口与第一出口连通；若环境温度低于预设值，则进入冷启动模式，控制第一三通阀的进口与第二出口连通，同时控制第二三通阀的进口与第二出口连通。
19.由以上技术方案可以看出，本发明中公开了一种燃料电池发动机冷启动系统，该燃料电池发动机冷启动系统包括中冷器、第一三通阀以及第二三通阀，其中，中冷器包括主体结构以及外壳，主体结构设置于外壳内，外壳与主体结构之间设置有隔板，隔板将外壳与主体结构之间的空腔分隔为第一腔室以及第二腔室，主体结构用于接入燃料电池发动机的冷却液管路以及进气管路；第一三通阀的进口以及第一出口在中冷器的上游接入燃料电池发动机的排气管路，第一三通阀的第二出口与第一腔室连通，第一腔室设置有排气口；第二三通阀的进口以及第一出口在中冷器的下游接入燃料电池发动机的冷却液管路，第二三通阀的第二出口与第二腔室连通，第二腔室具有与冷却液管路连通的排液口；上述结构在应用时，当判断需要冷启动时，控制第一三通阀的进口与第二出口连通，使得原本排入大气的出堆空气改变流向，流入中冷器，该部分出堆空气流入上述第一腔室中，从而使得该部分空气与中冷器中的循环冷却液及入堆空气进行热量交换，并减少中冷器的热量散失，从而使得原本将排入大气的空气中的内能及热量得到充分利用，在热量十分宝贵的冷启动阶段更充分的利用可能利用的每一部分能量；同时控制第二三通阀的进口与第二出口连通，使得原本流出中冷器的冷却液改变流向，流入中冷器的第二腔室中，减少中冷器的热量散失，回收冷却液能量；在不需要冷启动时，第一三通阀的进口与第一出口连通，第二三通阀的进口与第一出口连通；可见，上述冷启动系统可充分利用电堆排出的废气以及中冷器流出的循环冷却液的热量，大大提高冷启动效率，能够解决冷启动时动力电池也无法工作或者性能差的问题，也不需要消耗额外的能源进行辅助加热，并且利用余热回收，提高了燃料利用率及发动机效率。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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。
21.图1为本发明实施例提供的燃料电池发动机冷启动系统的结构示意图。
22.其中：
23.1为主体结构；2为第一腔室；3为第二腔室；4为第一三通阀；5为第二三通阀；6为进气管路；7为第一支路；8为第二支路；9为增湿器；10为空压机；11为燃料电池发动机的电堆。
具体实施方式
24.本发明的核心之一是提供一种燃料电池发动机冷启动系统，该燃料电池发动机冷启动系统的结构设计使其解决冷启动时动力电池也无法工作或者性能差的问题，减少额外的能量消耗。
25.本发明的另一核心是提供一种基于上述燃料电池发动机冷启动系统的方法以及燃料电池发动机。
26.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
27.请参阅图1，图1为本发明实施例提供的燃料电池发动机冷启动系统的结构示意图。
28.本发明实施例中公开了一种燃料电池发动机冷启动系统，该燃料电池发动机冷启动系统包括中冷器、第一三通阀4以及第二三通阀5。
29.其中，中冷器包括主体结构1以及外壳，主体结构1设置于外壳内，外壳与主体结构1之间设置有隔板，隔板将外壳与主体结构1之间的空腔分隔为第一腔室2以及第二腔室3，主体结构1用于接入燃料电池发动机的冷却液管路以及进气管路6；第一三通阀4的进口以及第一出口在中冷器的上游接入燃料电池发动机的排气管路，第一三通阀4的第二出口与第一腔室2连通，第一腔室2设置有排气口；第二三通阀5的进口以及第一出口在中冷器的下游接入燃料电池发动机的冷却液管路，第二三通阀5的第二出口与第二腔室3连通，第二腔室3具有与冷却液管路连通的排液口。
30.可以看出，与现有技术相比，本发明实施例提供的燃料电池发动机冷启动系统在应用时，当判断需要冷启动时，控制第一三通阀4的进口与第二出口连通，使得原本排入大气的出堆空气改变流向，流入中冷器，该部分出堆空气流入上述第一腔室2中，从而使得该部分空气与中冷器中的循环冷却液及入堆空气进行热量交换，并减少中冷器的热量散失，从而使得原本将排入大气的空气中的内能及热量得到充分利用，在热量十分宝贵的冷启动阶段更充分的利用可能利用的每一部分能量；同时控制第二三通阀5的进口与第二出口连通，使得原本流出中冷器的冷却液改变流向，流入中冷器的第二腔室3中，减少中冷器的热量散失，回收冷却液能量；在不需要冷启动时，第一三通阀4的进口与第一出口连通，第二三通阀5的进口与第一出口连通；可见，上述冷启动系统可充分利用电堆11排出的废气以及中冷器流出的循环冷却液的热量，大大提高冷启动效率，能够解决冷启动时动力电池也无法工作或者性能差的问题，也不需要消耗额外的能源进行辅助加热，并且利用余热回收，提高了燃料利用率及发动机效率。
31.作为优选地，如图1所示，第一三通阀4的进口以及第一出口在中冷器的上游以及增湿器9的下游之间接入燃料电池发动机的排气管路。
32.进一步地，如图1所示，燃料电池发动机冷启动系统还包括空压机10，空压机10、主体结构1、增湿器9以及燃料电池发动机的电堆11依次通过进气管路6连接
33.燃料电池发动机冷启动系统还包括环境温度检测装置以及控制器，环境温度检测装置用于检测环境温度，控制器的信号输入端与环境温度检测装置连接，控制器的信号输
出端分别与第一三通阀4以及第二三通阀5连接，控制器在环境温度检测装置检测到环境温度低于预设值时控制第一三通阀4的进口与第二出口连通，同时控制第二三通阀5的进口与第二出口连通。
34.作为优选地，上述第一三通阀4的第二出口与第一腔室2的连通口以及排气口分别位于第一腔室2的两端，第二三通阀5的第二出口与第二腔室3的连通口以及排液口分别位于第二腔室3的两端，以提高换热效率。
35.如图1所示，在本发明实施例中，冷却液管路包括第一支路7以及第二支路8，第一支路7串联有主体结构1以及第一三通阀4，第二支路8设置有燃料电池发动机的电堆11。
36.本发明实施例还提供了一种燃料电池发动机，该燃料电池发动机包括如上述实施例所述的燃料电池发动机冷启动系统，由于上述燃料电池发动机冷启动系统具有上述技术效果，则燃料电池发动机的技术效果请参考上述实施例。
37.本发明实施例还提供了一种燃料电池发动机冷启动方法，该冷启动方法包括步骤：
38.s01：获取用户启动指令以及环境温度；
39.s02：若环境温度高于预设值，则进入常温启动模式，控制第一三通阀4的进口与第一出口连通，同时控制第二三通阀5的进口与第一出口连通；若环境温度低于预设值，则进入冷启动模式，控制第一三通阀4的进口与第二出口连通，同时控制第二三通阀5的进口与第二出口连通。
40.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他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
41.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发明。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发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明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。