專利名稱：一種燃料電池冷卻循環(huán)水箱加熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的低溫運(yùn)行技 術(shù)。
背景技術(shù)：
質(zhì)子交換膜燃料電池的最佳工作狀態(tài)是在燃料電池達(dá)到一定溫度后的運(yùn)行狀態(tài)， 一般從上電開始，經(jīng)過(guò)啟動(dòng)運(yùn)行，到進(jìn)入最佳工作狀態(tài)，需要一個(gè)較長(zhǎng)的時(shí)間，這個(gè)過(guò)程中 依靠燃料電池組運(yùn)行生成的熱量的一部分來(lái)提高燃料電池組溫度，環(huán)境溫度越低，需要的 升溫過(guò)程越長(zhǎng)。為縮短燃料電池進(jìn)入最佳工作狀態(tài)的時(shí)間，現(xiàn)有技術(shù)中有采取對(duì)電堆用電 阻絲加熱的方法。其不足是制作較困難，加熱不容易控制。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提出一種燃料電池加熱裝置，通過(guò)加熱裝置使燃料電池發(fā) 電系統(tǒng)快速進(jìn)入最佳的工作溫度狀態(tài)。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種燃料電池冷卻循環(huán)水箱加熱裝置，包括燃料電池、 燃料電池系統(tǒng)控制單元和循環(huán)水箱，其特征在于所述燃料電池循環(huán)水箱加熱裝置還包括加 熱控制管理單元、電熱管、加熱高壓接觸器和加熱溫度傳感器，所述加熱控制管理單元由微 處理器和硬件保護(hù)電路構(gòu)成，加熱控制管理單元與加熱高壓接觸器的控制部分用信號(hào)線連 接，加熱控制管理單元與燃料電池系統(tǒng)的控制單元通過(guò)CAN通訊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，所述硬件 保護(hù)電路由電源電路、滯回比較器電路和驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成，硬件保護(hù)電路與微處理器之間通 過(guò)電連接線連接，兩者之間組成線性“與”門，硬件保護(hù)電路優(yōu)先級(jí)高于微處理器的軟件控 制；所述電熱管置于循環(huán)水箱內(nèi)的冷卻水中，電熱管的兩根電連接線引出循環(huán)水箱外，電熱 管的兩根電連接線通過(guò)加熱高壓接觸器與燃料電池負(fù)載線連接；所述加熱溫度傳感器置于 循環(huán)水箱內(nèi)的冷卻水中，加熱溫度傳感器用信號(hào)線與加熱控制管理單元連接。本發(fā)明所述一種燃料電池冷卻循環(huán)水箱加熱裝置，其特征在于所述電源電路是 78L05，所述滯回比較器電路是LM339，所述驅(qū)動(dòng)電路是IRF3205。本發(fā)明所述一種燃料電池冷卻循環(huán)水箱加熱裝置，其特征在于所述循環(huán)水箱加熱 系統(tǒng)還設(shè)有溫度開關(guān)，所述溫度開關(guān)貼覆在循環(huán)水箱表面，溫度開關(guān)與加熱控制管理單元 用信號(hào)線連接，加熱控制管理單元的供電電源通過(guò)溫度開關(guān)與加熱高壓接觸器電連接。本發(fā)明所述一種燃料電池冷卻循環(huán)水箱加熱裝置，其特征在于所述溫度開關(guān)動(dòng)作 溫度為60°C 士2°C。本發(fā)明所述一種燃料電池冷卻循環(huán)水箱加熱裝置，其特征在于所述電熱管的形狀 為m型。本發(fā)明所述一種燃料電池冷卻循環(huán)水箱加熱裝置，其特征在于所述冷卻循環(huán)水箱 的進(jìn)水口在水箱一側(cè)面的下部。出水口在與進(jìn)水口相對(duì)的側(cè)面的上方。本發(fā)明所述一種燃料電池冷卻循環(huán)水箱加熱裝置，其特征在于所述加熱控制管理單元的控制流程為設(shè)置燃料電池的最佳工作溫度值Tset ；溫度傳感器適時(shí)檢測(cè)循環(huán)水 箱內(nèi)循環(huán)水當(dāng)前的溫度值Tcur，加熱控制管理單元對(duì)燃料電池的最佳工作溫度值Tset合 循環(huán)水箱內(nèi)循環(huán)水當(dāng)前的溫度值Tcur進(jìn)行比較判斷，當(dāng)循環(huán)水箱內(nèi)循環(huán)水當(dāng)前的溫度值 Tcur大于等于燃料電池的最佳工作溫度值Tset時(shí)，執(zhí)行關(guān)斷加熱高壓接觸器，停止加熱， 否則，執(zhí)行閉合加熱高壓接觸器，繼續(xù)加熱，重復(fù)以上程序，并不斷循環(huán)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下技術(shù)優(yōu)點(diǎn)1、縮短了燃料電池預(yù)熱升溫時(shí)間，使燃料電池快速進(jìn)入最佳工作狀態(tài)。2、加熱裝置位于燃料電池系統(tǒng)的水箱中，內(nèi)部容水空間大，不易局部過(guò)熱，安全可罪。3、可根據(jù)燃料電池的發(fā)電輸出的不同，選擇不同阻值的電熱管，應(yīng)用范圍廣。4、加熱裝置具有溫度開關(guān)進(jìn)行超溫保護(hù)，不受電源供電的限制，只要溫度超過(guò)設(shè) 定溫度，便停止加熱。

本實(shí)用新型有附圖三幅，其中圖1是本實(shí)用新型的燃料電池系統(tǒng)中的冷卻水路及功率輸出構(gòu)成框圖圖2是本實(shí)用新型的燃料電池加熱裝置的架構(gòu)圖圖3是本實(shí)用新型的燃料電池加熱裝置的控制流程框圖附圖中，10 燃料電池系統(tǒng)，101、燃料電池，102、水泵及變頻器，103、循環(huán)水箱， 104、散熱風(fēng)扇，105、溫度傳感器，106、壓力傳感器，107、冷卻水管路，108、高壓接觸器，109、 電流傳感器，110、電壓傳感器，111、負(fù)載裝置，112、燃料電池系統(tǒng)控制單元，113、燃料電池 負(fù)載線，20、加熱裝置，201、加熱控制管理單元，202、電熱管，203、溫度開關(guān)，204、加熱溫度 傳感器，205、加熱高壓接觸器，206、進(jìn)水口，207、出水口。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖給出的實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。本實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)10包括燃料電池101、水泵及變頻器102、循環(huán)水箱103、 散熱風(fēng)扇104、溫度傳感器105、壓力傳感器106、冷卻水管路107、高壓接觸器108、電流傳 感器109、電壓傳感器110、負(fù)載裝置111、控制單元112、負(fù)載線113、加熱裝置20、加熱控制 管理單元201、電熱管202、溫度開關(guān)203、加熱溫度傳感器204、加熱高壓接觸器205、進(jìn)水 口 206、出水口 207。燃料電池101、水箱103、水泵及變頻器102、散熱風(fēng)扇104以及冷卻水 管路107組成的封閉回路。加熱控制管理單元201由微處理器和硬件保護(hù)電路構(gòu)成，電熱 管202管材用耐熱無(wú)縫不銹鋼管，使用溫度700°C，使用壽命6000h，內(nèi)部采用高純氧化鎂芯 棒及填充材料，導(dǎo)熱系數(shù)高，絕緣電阻> 6M ；加熱高壓接觸器205采用EV200-200/250Amps， 供電電源9 36V，額定電流200A，額定電壓900Vdc ；溫度開關(guān)203動(dòng)作溫度60°C，溫度精 度士2°C，使用壽命> 100000次，電氣參數(shù)為12V/5A，該溫度開關(guān)203具有性能穩(wěn)定、可靠 性高、精度高等特點(diǎn)；加熱溫度傳感器204采用正溫度系數(shù)阻值921. 599 Ω 1385. 055 Ω 對(duì)應(yīng)-20°C 100°C，經(jīng)電橋變換處理后送入微處理器。加熱控制管理單元201與加熱高壓 接觸器205的控制部分用信號(hào)線連接，加熱控制管理單元201與燃料電池系統(tǒng)的控制單元112通過(guò)CAN通訊與進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，硬件保護(hù)電路由電源電路78L05、滯回比較器電路LM339 和驅(qū)動(dòng)電路IRF3205構(gòu)成，硬件保護(hù)電路與微處理器之間通過(guò)兩條線進(jìn)行鏈接，兩者之間 組成線性“與”門，硬件保護(hù)電路比微處理器的軟件控制優(yōu)先級(jí)高。電熱管202置于燃料電 池系統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)的循環(huán)水箱103內(nèi)的冷卻水中，電熱管202的兩根電連接線引出循環(huán)水 箱外，電熱管202的兩根電連接線通過(guò)加熱高壓接觸器205與燃料電池的負(fù)載線連接；加熱 溫度傳感器204置于燃料電池系統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)的循環(huán)水箱103內(nèi)的冷卻水中，加熱溫度傳 感器204用信號(hào)線與加熱控制管理單元201連接。加熱控制管理單元201通過(guò)溫度傳感器 204采集水箱中的水溫，根據(jù)水溫值通過(guò)控制加熱高壓接觸器205通斷控制加熱管202開 停，并且與燃料電池系統(tǒng)控制單元112進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊；加熱管202通過(guò)加熱高壓接觸器205 連接到燃料電池101的負(fù)載線113上；溫度開關(guān)203，緊貼水箱外表面，加熱控制管理單元 201的供電電源通過(guò)溫度開關(guān)203給加熱高壓接觸器205供電，當(dāng)水箱103表面上的溫度超 過(guò)溫度開關(guān)203的動(dòng)作溫度時(shí)，溫度開關(guān)203斷開，斷開加熱高壓接觸器205的供電。進(jìn)水 口 206位于水箱103左側(cè)下方，出水口 207位于對(duì)面?zhèn)壬戏剑顾?03內(nèi)部加熱的水與流 入的水充分混合，不致局部過(guò)熱，從而使溫度均勻。加熱管202外形為m型，有利于水箱內(nèi) 部水大面積加熱，供電電源由燃料電池101提供，不使用外部供電。實(shí)施例的控制流程為設(shè)置燃料電池的最佳工作溫度值Tset ；溫度傳感器適時(shí)檢 測(cè)循環(huán)水箱內(nèi)循環(huán)水當(dāng)前的溫度值Tcur，加熱控制管理單元對(duì)燃料電池的最佳工作溫度值 Tset和循環(huán)水箱內(nèi)循環(huán)水當(dāng)前的溫度值Tcur進(jìn)行比較判斷，當(dāng)循環(huán)水箱內(nèi)循環(huán)水當(dāng)前的 溫度值Tcur大于等于燃料電池的最佳工作溫度值Tset時(shí)，執(zhí)行關(guān)斷加熱高壓接觸器，停止 加熱，否則，執(zhí)行閉合加熱高壓接觸器，繼續(xù)加熱，重復(fù)以上程序，并不斷循環(huán)。實(shí)際應(yīng)用表明，加熱裝置的加熱效果明顯，在2分鐘內(nèi)就能從30°C加熱到45°C，且 整個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)中水的溫度差為1°C。
權(quán)利要求1.一種燃料電池冷卻循環(huán)水箱加熱裝置，包括燃料電池(101)、燃料電池系統(tǒng)控制單 元(11 和循環(huán)水箱(103)，其特征在于所述燃料電池循環(huán)水箱加熱裝置還包括加熱控制 管理單元001)、電熱管002)、加熱高壓接觸器(20 和加熱溫度傳感器004)，所述加熱 控制管理單元O01)由微處理器和硬件保護(hù)電路構(gòu)成，加熱控制管理單元O01)與加熱高 壓接觸器O05)的控制部分用信號(hào)線連接，加熱控制管理單元O01)與燃料電池系統(tǒng)控制 單元(11 通過(guò)CAN通訊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，所述硬件保護(hù)電路由電源電路、滯回比較器電路和 驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成，硬件保護(hù)電路與微處理器之間通過(guò)電連接線連接，兩者之間組成線性“與” 門，硬件保護(hù)電路優(yōu)先級(jí)高于微處理器的軟件控制；所述電熱管(202)置于循環(huán)水箱(103) 內(nèi)的冷卻水中，電熱管(202)的兩根電連接線引出循環(huán)水箱外，電熱管(202)的兩根電連接 線通過(guò)加熱高壓接觸器(20 與燃料電池負(fù)載線(11 連接；所述加熱溫度傳感器(204) 置于循環(huán)水箱(10 內(nèi)的冷卻水中，加熱溫度傳感器(204)用信號(hào)線與加熱控制管理單元(201)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種燃料電池冷卻循環(huán)水箱加熱裝置，其特征在于所述電源電 路是78L05，所述滯回比較器電路是LM339，所述驅(qū)動(dòng)電路是IRF3205。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種燃料電池冷卻循環(huán)水箱加熱裝置，其特征在于所述循環(huán)水 箱加熱系統(tǒng)還設(shè)有溫度開關(guān)003)，所述溫度開關(guān)(203)貼覆在循環(huán)水箱(103)表面，溫度 開關(guān)(20 與加熱控制管理單元(201)用信號(hào)線連接，與加熱高壓接觸器O05)電連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種燃料電池冷卻循環(huán)水箱加熱裝置，其特征在于所述溫度開 關(guān)(203)動(dòng)作溫度為60°C 士2°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種燃料電池冷卻循環(huán)水箱加熱裝置，其特征在于所述電熱管(202)的形狀為m型。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種燃料電池冷卻循環(huán)水箱加熱裝置，其特征在于所述冷卻循 環(huán)水箱(10 的進(jìn)水口(206)在水箱一側(cè)面的下部；出水口(207)在與進(jìn)水口相對(duì)的側(cè)面 的上方。
專利摘要一種燃料電池冷卻循環(huán)水箱加熱裝置，包括燃料電池系統(tǒng)，還包括由加熱控制管理單元、電熱管、高壓接觸器和溫度傳感器組成的循環(huán)水箱加熱系統(tǒng)，加熱控制管理單元與高壓接觸器連接，與燃料電池系統(tǒng)的控制單元進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，與溫度傳感器連接，電熱管置于循環(huán)水箱內(nèi)，電熱管的電連接線引出循環(huán)水箱外，通過(guò)高壓接觸器與燃料電池的負(fù)載線連接；溫度傳感器置于循環(huán)水箱內(nèi)。本實(shí)用新型的有益效果是縮短了燃料電池預(yù)熱升溫時(shí)間，使燃料電池快速進(jìn)入最佳工作狀態(tài)；加熱裝置位于水箱中，容水空間大，不易局部過(guò)熱，具有多重保護(hù)，安全可靠；可根據(jù)燃料電池的發(fā)電輸出的不同，選擇不同阻值的電熱管，應(yīng)用范圍廣；本裝置功能簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)方便，意義重大。
文檔編號(hào)H01M8/04GK201877514SQ20102063034
公開日2011年6月22日 申請(qǐng)日期2010年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月29日
發(fā)明者侯中軍, 孫德堯, 李加良, 王克勇, 高全勇, 黃東波 申請(qǐng)人:新源動(dòng)力股份有限公司