电池堆低温启动设备
阅读：893发布：2020-05-11
专利汇可以提供电池堆低温启动设备专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 申请 公开了一种 电池 堆低温启动设备，电池堆低温启动设备包括：电池堆、冷冻柜、用于控制电池堆启动流程的启动控制装置、 水 泵 、冷却罐、控制 阀 门 ；所述电池堆、水泵以及冷却罐位于冷冻柜中；所述启动控制装置通过 控制阀 门与电池堆的空气腔、氢气腔、冷却腔相连；水泵分别与冷却罐和冷却腔相连；冷却罐与冷却腔相连。本申请解决了如何提高 燃料 电池 的启动性能的问题。，下面是电池堆低温启动设备专利的具体信息内容。
所述电池堆、水泵以及冷却罐位于冷冻柜中；
水泵分别与冷却罐和冷却腔相连；
冷却罐与冷却腔相连。
3.根据权利要求2所述的电池堆低温启动设备，其特征在于，所述设备还包括增湿罐：
所述增湿罐包括用于对电池堆反应气体增湿的空气增湿罐和氢气增湿罐。
5.根据权利要求2所述的电池堆低温启动设备，其特征在于，所述湿度检测器位于冷冻柜外。
6.根据权利要求4所述的电池堆低温启动设备，其特征在于，所述测温计位于冷冻柜中。
7.根据权利要求6所述的电池堆低温启动设备，其特征在于，所述控制阀门包括K1、K2、H1、H2、F1、F2、F3：
所述启动控制装置通过K1、空气增湿罐、F3与电池堆的空气腔相连；
所述启动控制装置通过K2和F3与电池堆的空气腔相连；
所述启动控制装置通过H1、氢气增湿罐与电池堆的氢气腔相连；
所述启动控制装置通过H2与电池堆的氢气腔相连；
水泵通过F1与电池堆的冷却腔相连；
F2分别与F1以及电池堆的冷却腔相连，F2位于F3与K2之间。
9.根据权利要求1所述的电池堆低温启动设备，其特征在于，所述启动控制装置包括用于控制气体流量、温度以及气体干湿切换的气体控制模块、用于控制液体流量、温度以及冷却腔中液体和气体切换的液体控制模块、用于为电池堆提供负载的负载模块。
技术领域
背景技术
燃料电池作为一种清洁能源，近年来越来越受到人们的重视，特别是燃料电池的的环境适应性研究，燃料电池在低温条件下存在启动困难，并且启动温度越低电池堆的启动越困难，现在国际上质子交换膜燃料电池的启动温度启动技术停留在大约-20℃～-25℃的条件下，然而在一些更低温度的环境下，无法保证燃料电池的正常启动，影响燃料电池的启动性能。
实用新型内容
本申请的主要目的在于提供一种电池堆低温启动设备，以解决如何提高燃料电池的启动性能的问题。
为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种电池堆低温启动设备。
所述电池堆、水泵以及冷却罐位于冷冻柜中；
水泵分别与冷却罐和冷却腔相连；
冷却罐与冷却腔相连。
进一步的，所述设备还包括增湿罐：
所述增湿罐包括用于对电池堆反应气体增湿的空气增湿罐和氢气增湿罐。
进一步的，所述设备还包括用于检测电池堆的空气腔出口气体温度的测温计。
进一步的，所述湿度检测器位于冷冻柜外。
进一步的，所述测温计位于冷冻柜中。
进一步的，所述控制阀门包括K1、K2、H1、H2、F1、F2、F3：
所述启动控制装置通过K1、空气增湿罐、F3与电池堆的空气腔相连；
所述启动控制装置通过K2和F3与电池堆的空气腔相连；
所述启动控制装置通过H1、氢气增湿罐与电池堆的氢气腔相连；
所述启动控制装置通过H2与电池堆的氢气腔相连；
水泵通过F1与电池堆的冷却腔相连；
F2分别与F1以及电池堆的冷却腔相连，F2位于F3与K2之间。
在本申请实施例中，基于电池堆低温启动设备，能够首先同时对电池堆的空气腔和氢气腔进行吹扫；并且在电池堆的冷却腔中通入冷却罐中的液体并开启水泵，水泵与冷却罐以及电池堆的冷却腔相连；停止对空气腔和氢气腔吹扫后，关闭水泵，并对电池堆的冷却腔进行吹扫；停止对电池堆冷却腔进行吹扫后，对电池堆进行冷冻；冷冻预设时长后，在冷却腔保持空腔的状态下，将电池堆按照预定工况进行低温启动。可以看出，本申请的电池堆低温启动设备在对电池堆启动时，冷却腔是空腔状态，相比于冷却腔中充满液体时电池堆整体的热容可以减少25％-40％，又由于燃料电池低温启动时对电池堆的热容较为敏感，因此降低热容便可以提高电池堆低温启动的性能。
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是根据本申请实施例的一种电池堆低温启动设备的结构示意图；
图2是根据本申请实施例的一种启动控制装置的结构示意图；
图3是根据本申请实施例提供的一种预定工况的示意图；
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。
此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
如图1所示，本申请涉及一种电池堆低温启动设备，该电池堆低温启动设备包括：电池堆1、冷冻柜2、用于控制电池堆1启动流程的启动控制装置3、水泵4、冷却罐5、控制阀门；
电池堆1、水泵4以及冷却罐5位于冷冻柜2中；启动控制装置3通过控制阀门与电池堆1的空气腔、氢气腔、冷却腔相连；水泵4分别与冷却罐5和冷却腔相连；冷却罐5与冷却腔相连。图1中控制阀门包括K1、K2、H1、H2、F1、F2、F3。
基于图1的电池堆低温启动设备，具体的工作原理为：首先同时对电池堆1的空气腔和氢气腔进行吹扫；并且在电池堆1的冷却腔中通入冷却罐5中的液体并开启水泵4；停止对空气腔和氢气腔吹扫后，关闭水泵4，并对电池堆1的冷却腔进行吹扫；停止对电池堆1冷却腔进行吹扫后，对电池堆1进行冷冻；冷冻预设时长后，在冷却腔保持空腔的状态下，将电池堆1按照预定工况进行低温启动。
另外，在实际在对空气腔、氢气腔以及冷却腔进行吹扫时，对于使用的吹扫气体也是有一定的要求的。优选的，在对电池堆1的空气腔进行吹扫时，吹扫的气体为空气或氮气或惰性气体，设置吹扫气体温度为25℃-50℃，流量为1.2-4.5slpm/每节电池。在对电池堆1的氢气腔进行吹扫时，吹扫的气体为氮气或其它惰性气体，设置吹扫气体温度为25℃-50℃，流量为1.2-4.5slpm/每节电池。在对冷却腔进行吹扫时，预设气体为空气或氮气或惰性气体，温度为25℃-60℃，流量为1.5-2.5slpm/每节电池，吹扫时间为1-3min。
技术效果分析：该电池堆低温启动设备在对电池堆1启动时，冷却腔是空腔状态，相比于冷却腔中充满液体时电池堆整体的热容可以减少25％-40％，又由于燃料电池低温启动时对电池堆的热容较为敏感，因此降低热容便可以提高电池堆低温启动的性能。
进一步的，如图1所示，设备还包括用于检测电池堆1的空气腔出口气体露点的湿度的湿度检测器6。
本实施例中空气腔出口气体露点的湿度是通过温度的形式表现的，即湿度检测器6最终显示的数据是温度数据。由于在对电池堆1的空气腔和氢气腔进行吹扫时，吹扫的时长是根据空气腔出口气体露点的湿度来确定的。具体是当空气腔出口气体露点的湿度达到一定状态时停止吹扫，因此需要通过湿度检测器6实时检测空气腔出口气体露点的湿度，并在达到一定状态时停止吹扫。优选的，本实施例中是当湿度检测器6上显示的数据达到第一预设温度值(25℃-35℃)时，停止对电池堆1的空气腔和氢气腔进行吹扫。
另外，在实际的应用中，湿度检测器6可以为露点仪或其它可以检测气体露点的设备。
进一步的，如图1所示，设备还包括增湿罐：
增湿罐包括用于对电池堆1的反应气体增湿的空气增湿罐7和氢气增湿罐8。
在对电池堆1冷冻之前进行吹扫的过程中，使用的气体都是未增湿的气体，当向电池堆1通入反应气体进行反应时，需要增湿的气体，因此需要通过增湿罐对通入的反应气体加湿。本实施例中的电池堆1是由燃料电池组成的，具体的反应气体为空气和氢气，对应的增湿罐分别为空气增湿罐7和氢气增湿罐8。在实际应用中，增湿的程度可以自由限定，优选的，本实施例中选择增湿度为40％-100％。
进一步的，如图1所示，设备还包括用于检测电池堆1的空气腔出口气体温度的测温计9。
由于在电池堆1低温启动的过程中，需要在空气腔出口气体温度达到0℃时，对反应气体进行增湿以及开启水泵4使冷却腔充满冷却腔，因此需要增加测温计9对空气腔出口气体温度进行检测，当测温计9显示的温度达到0℃时，执行对反应气体进行增湿以及开启水泵4的动作。
进一步的，如图1所示，湿度检测器6位于冷冻柜2外，测温计9位于冷冻柜2中。
湿度检测器6位于冷冻柜2外是为了在电池堆1冷冻之前对空气腔出口气体湿度状态进行检测；测温计9位于冷冻柜2中，是为了在电池堆1低温启动时对空气腔出口气体温度进行检测。两者的作用和使用的时段不同，对应的位也不同。
进一步的，如图1所示，控制阀门包括K1、K2、H1、H2、F1、F2、F3：
启动控制装置3通过K1、空气增湿罐7、F3与电池堆1的空气腔相连；
启动控制装置3通过K2和F3与电池堆1的空气腔相连；
启动控制装置3通过H1、氢气增湿罐8与电池堆1的氢气腔相连；
启动控制装置3通过H2与电池堆1的氢气腔相连；
水泵4通过F1与电池堆1的冷却腔相连；
F2分别与F1以及电池堆1的冷却腔相连，F2位于F3与K2之间。
本实施例在启动控制装置3与电池堆1之间的通路设置阀门是为了对电池堆1的吹扫、冷冻、启动等过程进行更好的控制。
进一步的，冷却罐5中的冷却液体为冷却水或者乙二醇或者水与乙二醇的混合物。
本实施例选择去离子水或者乙二醇或者去离子水与乙二醇两者的混合物作为冷却液。在对电池堆1的空气腔和氢气腔进行吹扫时，通入冷却腔中的冷却液为预设温度范围的冷却液，优选的，本实施例中设置预设温度范围为40℃-65℃。
进一步的，如图2所示，启动控制装置3包括用于控制气体流量、温度以及气体干湿切换的气体控制模块31、用于控制液体流量、温度以及冷却腔中液体和气体切换的液体控制模块32、用于为电池堆1提供负载的负载模块33。
在对电池堆1进行吹扫时通入的吹扫气体以及启动时通入的反应气体，以及气体的温度、流量以及干湿切换等都是由气体控制模块31控制的。在冷却腔中通入的冷却液，以及对冷却液的温度以及冷却腔中进行液气切换的控制都是由液体控制模块32控制的。负载模块33是在按照预定的工况对电池堆1启动的过程中，为电池堆1匹配对应的负载的设备，负载模块33通过启动控制装置3与电池堆1相连。
进一步的，如图1所示，冷冻柜2包括用于控制冷冻时长的定时器。
在对电池堆1进行冷冻时，需要设置冷冻的时长，因此能够通过定时器对冷冻柜2进行冷冻时长的设定。优选的，本实例中冷冻时长的设置为大于等于12小时。
为了对上述实施例中的电池堆1低温启动设备的工作流程进行更直观的说明，本实施例给出具体的示例进行说明：
将一个90节的燃料电池电池堆1(电池堆1)连接到测试系统上，首先，对电池堆1进行冷冻前吹扫，打开K2、F3、H2关闭K1、H1、F2，通过“空气入”在空气腔通入650slpm的未增湿空气，通过“氢气入”在氢气腔通入420slpm的未增湿氮气，打开F1，向冷却腔通60℃的冷却液，观察湿度检测器6检测的空气腔出口气体露点温度，当露点温度达到28℃时，停止吹扫。打开F2关闭F1水泵4停转，打开K2关闭F3、K1，在“空气入”端通入300slpm的空气将电池堆1冷却腔内部的冷却液吹到冷却罐5内吹扫2min。其次，关闭上述所有阀门，设定冷冻柜2温度为-30℃(预设启动温度)冷冻12h。第三，当电池堆1及其辅助部件在低温条件下冷冻12h后，打开K2、H2、F3阀门，关闭K1、H1、F1、F2阀门和水泵4，电池堆1按照附图3的预定工况进行启动。空气流量920slpm，氢气流量460slpm，当测温计9检测的空气腔出口气体温度达到0℃时，打开K1、H1、F1并开启水泵4，关闭K2、F2、H2，直到启动工况(预定工况)运行结束。当运行程序结束后电池堆1的冷却液温度为67℃。图4为按照预定工况启动过程中，电池堆1的电压、电流以及温度随负载的变化示意图。其中“空出温度”为空气腔出口气体温度，“水入温度”为冷却液进入冷却腔的温度，“水出温度”为冷却液从冷却腔流出的温度。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
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