燃料电池循环系统及燃料电池的制作方法

1.本实用新型涉及质子交换膜燃料电池技术领域，尤其是涉及一种燃料电池循环系统及燃料电池。


背景技术：

2.新能源汽车成为了世界各大汽车厂商及研发机构的研究热点，其中燃料电池以其高效率和近零排放被普遍认为具备广阔的发展前景；质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,pemfc)是一种以氢气和空气为燃料来进行发电的燃料电池，它不需要经过氢氧的燃烧反应，而是以质子交换膜为电解质，直接将氢氧的化学能转化为电能，具有高能效、零排放、低噪音、负载连续运行可靠等特点。
3.现有技术中，燃料电池在低温条件运行时(如当处于0℃以下环境温度时)，燃料电池内电化学反应产生的水结冰，使得催化层电化学活性面积减少以及堵塞反应气体通道，进而影响电池性能，最终导致电池低温启动失败，无法正常运行，其中冰的形成也会造成膜电极结构的损伤，进行影响电池寿命；由于低温条件下运行的动力电池无法进行充电，从而导致冷启动过程中电堆输出的功率不能被完全消耗，使得启动过程中电堆运行的电流密度不能太大，而电堆产热量是和运行电流密度成正比例的，即电堆产热量也无法快速产生，所以最终导致冷启动时间过长，降低了用户体验感。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种燃料电池循环系统及燃料电池，以缓解现有技术中存在的燃料电池在低温冷启动过程中，影响电池寿命以及冷启动时间过长，降低了用户体验感的技术问题。
5.本实用新型提供的一种燃料电池循环系统，包括：电池电堆、冷却液循环机构、溢水壶和电加热器；
6.所述冷却液循环机构分别与所述电池电堆的入口端和出口端形成循环连接，所述电池电堆用于接收所述冷却液循环机构输送的冷却液，并将冷却液回流至所述冷却液循环机构处；
7.所述溢水壶与所述冷却液循环机构连通，所述电加热器位于所述溢水壶内部，所述溢水壶能够存储和流通经所述冷却液循环机构流通的冷却液，所述电加热器用于加热所述溢水壶内部的冷却液，以使加热后的冷却液经所述冷却液循环机构输送至所述电池电堆内。
8.在本实用新型较佳的实施例中，所述冷却液循环机构具有第一循环回路和第二循环回路，所述第一循环回路与所述电池电堆循环连通，所述第二循环回路通过所述溢水壶与所述第一循环回路连通，所述第二循环回路能够将所述溢水壶内的冷却液经所述第一循环回路输送至所述电池电堆内。
9.在本实用新型较佳的实施例中，所述冷却液循环机构包括水泵和节温器；
10.所述节温器与所述电池电堆的出口端连接，所述节温器具有第一输出端，所述节温器通过所述第一输出端与所述水泵连接，所述水泵与所述电池电堆的入口端连接，所述电池电堆、所述节温器和所述水泵形成所述第一循环回路。
11.在本实用新型较佳的实施例中，所述节温器具有第二输出端，所述节温器通过所述第二输出端与所述溢水壶连接，所述节温器能够根据预设阀门比例分别将所述电池电堆回流的冷却液输送至所述溢水壶和所述水泵处，所述溢水壶与所述水泵连通，所述溢水壶能够将加热后的冷却液经所述水泵输送至所述电池电堆内部。
12.在本实用新型较佳的实施例中，所述冷却液循环机构还包括散热器；
13.所述散热器与所述节温器的第二输出端连接，所述节温器能够通过所述第二输出端分别向所述散热器和所述溢水壶输送冷却液，所述散热器与所述水泵连接，所述散热器用于调节所述冷却液的温度区间，所述电池电堆、所述节温器、所述散热器、所述溢水壶和所述水泵形成所述第二循环回路。
14.在本实用新型较佳的实施例中，所述冷却液循环机构还包括去离子器；
15.所述去离子器与所述水泵形成循环支路，所述水泵能够分别向所述去离子器和所述电池电堆输送冷却液，所述去离子器能够将冷却液内的离子去除后回流至所述水泵处。
16.在本实用新型较佳的实施例中，所述冷却液循环机构还包括加热器；
17.所述加热器位于所述去离子器和所述水泵之间，所述水泵、所述去离子器和所述水泵之间形成循环支路，所述加热器能够对所述去离子器输出的冷却液加热后回流至所述水泵处。
18.在本实用新型较佳的实施例中，所述电池电堆具有控制系统，所述电加热器与所述电池电堆的控制系统电连接，所述控制系统能够判断所述电池电堆的运行状态，所述控制系统用于在所述电池电堆在冷启动状态下控制所述电加热器开启。
19.在本实用新型较佳的实施例中，所述控制系统与所述冷却液循环机构电信号连接，所述控制系统用于根据所述电池电堆的运行状态控制所述冷却液循环机构的启闭。
20.本实用新型提供的燃料电池，包括所述的燃料电池循环系统。
21.本实用新型提供的燃料电池循环系统，包括：电池电堆、冷却液循环机构、溢水壶和电加热器；冷却液循环机构分别与电池电堆的入口端和出口端形成循环连接，电池电堆用于接收冷却液循环机构输送的冷却液，并将冷却液回流至冷却液循环机构处；溢水壶与冷却液循环机构连通，电加热器位于溢水壶内部，溢水壶能够存储和流通经冷却液循环机构流通的冷却液，电加热器用于加热溢水壶内部的冷却液，以使加热后的冷却液经冷却液循环机构输送至电池电堆内，通过在冷却回路的溢水壶中增加电加热器，一方面可以消耗电池电堆输出的功率，另一方面可以对冷却液进行加热，利于冷启动，同时还能够不占用布置空间，不增加系统和整车集成的复杂性，缓解了现有技术中存在的燃料电池在低温冷启动过程中，影响电池寿命以及冷启动时间过长，降低了用户体验感的技术问题。
附图说明
22.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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。
23.图1为本实用新型实施例提供的燃料电池循环系统的结构框图；
24.图2为本实用新型实施例提供的燃料电池循环系统的流程图。
25.图标：100-电池电堆；200-冷却液循环机构；201-水泵；202-节温器；203-散热器；204-去离子器；205-加热器；300-溢水壶；400-电加热器。
具体实施方式
26.下面将结合实施例对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
27.如图1-图2所示，本实施例提供的一种燃料电池循环系统，包括：电池电堆100、冷却液循环机构200、溢水壶300和电加热器400；冷却液循环机构200分别与电池电堆100的入口端和出口端形成循环连接，电池电堆100用于接收冷却液循环机构200输送的冷却液，并将冷却液回流至冷却液循环机构200处；溢水壶300与冷却液循环机构200连通，电加热器400位于溢水壶300内部，溢水壶300能够存储和流通经冷却液循环机构200流通的冷却液，电加热器400用于加热溢水壶300内部的冷却液，以使加热后的冷却液经冷却液循环机构200输送至电池电堆100内。
28.需要说明的是，本实施例提供的燃料电池循环系统能够改善电池电堆100在低温冷启动过程中冷却液的升温速率，具体地，溢水壶300作为冷却液循环机构200存储和流通冷却液的机构，溢水壶300具有储存空间，利用溢水壶300的储存空间放置有一个电加热器400，电加热器400的电源来源为电池电堆100，当电池电堆100在低温冷启动时，电加热器400能够消耗电池电堆100的输出功率，并且电加热器400能够加热溢水壶300中的冷却液，溢水壶300能够将加热后的冷却液经冷却液循环机构200输送至电池电堆100中，即能够更加快速的提高冷却液的温度，避免了电池电堆100在低温冷启动时间过长，造成电池电堆100使用寿命的降低。
29.本实施例提供的燃料电池循环系统，包括：电池电堆100、冷却液循环机构200、溢水壶300和电加热器400；冷却液循环机构200分别与电池电堆100的入口端和出口端形成循环连接，电池电堆100用于接收冷却液循环机构200输送的冷却液，并将冷却液回流至冷却液循环机构200处；溢水壶300与冷却液循环机构200连通，电加热器400位于溢水壶300内部，溢水壶300能够存储和流通经冷却液循环机构200流通的冷却液，电加热器400用于加热溢水壶300内部的冷却液，以使加热后的冷却液经冷却液循环机构200输送至电池电堆100内，通过在冷却回路的溢水壶300中增加电加热器400，一方面可以消耗电池电堆100输出的功率，另一方面可以对冷却液进行加热，利于冷启动，同时还能够不占用布置空间，不增加系统和整车集成的复杂性，缓解了现有技术中存在的燃料电池在低温冷启动过程中，影响电池寿命以及冷启动时间过长，降低了用户体验感的技术问题。
30.在上述实施例的基础上，进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，冷却液循环机构200具有第一循环回路和第二循环回路，第一循环回路与电池电堆100循环连通，第二循环回路通过溢水壶300与第一循环回路连通，第二循环回路能够将溢水壶300内的冷却液经
第一循环回路输送至电池电堆100内。
31.本实施例中，根据电池电堆100的运行状态和溢水壶300的使用过程中，冷却液循环机构200具有第一循环回路和第二循环回路，第一循环回路是电池电堆100在正常运行过程中，电池电堆100和冷却液循环机构200形成单向的循环路径，此时溢水壶300仅仅作为储存冷却液的结构；第二循环回路增加了溢水壶300的运行，即电池电堆100输出的冷却液经冷却液循环机构200分别形成自身循环路径和溢水壶300的输送路径，并且溢水壶300接收的冷却液能够推动溢水壶300本身已经加热好的冷却液进入到第一循环回路中，从而能够将加热后的冷却液和第一循环回路中的冷却液形成混合，最后将混合到一定温度的冷却液输送至电池电堆100中。
32.在本实用新型较佳的实施例中，冷却液循环机构200包括水泵201和节温器202；节温器202与电池电堆100的出口端连接，节温器202具有第一输出端，节温器202通过第一输出端与水泵201连接，水泵201与电池电堆100的入口端连接，电池电堆100、节温器202和水泵201形成第一循环回路。
33.可选地，节温器202是控制冷却液流动路径的阀门；是一种自动调温装置，通常含有感温组件，借着热胀或冷缩来开启、关掉空气、气体或液体的流动。本实施例中，节温器202作为三通阀结构进行应用，节温器202能够根据电池电堆100的控制系统进行不同开度的调节，节温器202具有接收端，节温器202能够通过接收端接收电池电堆100输出的冷却液，并且节温器202根据自身的开度，利用第一输出端将部分冷却液经水泵201流经第一循环回路中，保证冷却液的循环使用。
34.在本实用新型较佳的实施例中，节温器202具有第二输出端，节温器202通过第二输出端与溢水壶300连接，节温器202能够根据预设阀门比例分别将电池电堆100回流的冷却液输送至溢水壶300和水泵201处，溢水壶300与水泵201连通，溢水壶300能够将加热后的冷却液经水泵201输送至电池电堆100内部。
35.本实施例中，节温器202作为三通阀结构，节温器202能够将电池电堆100接收的冷却液分别通过第一输出端和第二输出端进行比例输送，第二输出端能够将冷却液输送至溢水壶300中，溢水壶300根据接收冷却液的速率对应排出冷却液，此时如果在低温冷启动状态下，溢水壶300能够将电加热器400加热后的冷却液回流至水泵201位置处，从而能够对第一循环回路中的冷却液进行加热混合。
36.在本实用新型较佳的实施例中，冷却液循环机构200还包括散热器203；散热器203与节温器202的第二输出端连接，节温器202能够通过第二输出端分别向散热器203和溢水壶300输送冷却液，散热器203与水泵201连接，散热器203用于调节冷却液的温度区间，电池电堆100、节温器202、散热器203、溢水壶300和水泵201形成第二循环回路。
37.本实施例中，节温器202通过第二输出端输出冷却液后，冷却液会分别分出两组输送路径，其中一组路径进入到溢水壶300中，另一组路径进入到散热器203，散热器203能够对电池电堆100在持续运行过程中冷却液的温度进行调节，从而保证冷却液温度能够在温度范围内；其中，散热器203的运行可以根据电池电堆100的控制系统进行具体设置，此处对此不作限定。
38.在本实用新型较佳的实施例中，冷却液循环机构200还包括去离子器204；去离子器204与水泵201形成循环支路，水泵201能够分别向去离子器204和电池电堆100输送冷却
液，去离子器204能够将冷却液内的离子去除后回流至水泵201处。
39.本实施例中，水泵201作为电池电堆100输送冷却液的入口结构，利用去离子器204与水泵201形成循环支路，即水泵201输出的冷却液会持续进入到去离子器204内部，以去除冷却液中的离子，利用去离子器204的持续运行，保证了冷却液内的离子处于动态平衡中，保证了水泵201运行过程中冷却液离子电导率处于标准范围内。
40.在本实用新型较佳的实施例中，冷却液循环机构200还包括加热器205；加热器205位于去离子器204和水泵201之间，水泵201、去离子器204和水泵201之间形成循环支路，加热器205能够对去离子器204输出的冷却液加热后回流至水泵201处。
41.本实施例中，加热器205作为燃料电池的基础结构，加热器205能够与水泵201和去离子器204形成循环支路，即水泵201输出的冷却液会依次通过去离子器204和加热器205后循环至水泵201的运输路径，利用加热器205和散热器203的配合应用，能够保证冷却液在电池电堆100运行过程中的温度范围。
42.在本实用新型较佳的实施例中，电池电堆100具有控制系统，电加热器400与电池电堆100的控制系统电连接，控制系统能够判断电池电堆100的运行状态，控制系统用于在电池电堆100在冷启动状态下控制电加热器400开启。
43.本实施例中，电池电堆100具有控制系统，控制系统可以为整车的运行系统，也可以燃料电池的运行控制系统，其中控制系统能够对燃料电池的运行状态进行监控，并且控制系统能够根据预设的程序判断电池电堆100的运行状态，控制系统能够与电加热器400电信号连接，当控制系统判断电池电堆100处于低温冷启动时，此时控制系统能够控制电加热器400提前打开，当控制系统判断电池电堆100低温冷启动结束后，控制关闭电加热器400，使得电池电堆100在正常运行状态进行使用；需要说明的是，控制系统如何判断电池电堆100的运行状态属于本领域公知技术，此处对此不再赘述。
44.在本实用新型较佳的实施例中，控制系统与冷却液循环机构200电信号连接，控制系统用于根据电池电堆100的运行状态控制冷却液循环机构200的启闭。
45.本实施例中，控制系统能够与节温器202、散热器203和加热器205电信号连接，控制系统能够根据电池电堆100的运行状态分别控制节温器202的开度，以及散热器203和加热器205的开启或关闭，例如：当电池电堆100处于低温冷启动时，此时控制系统控制节温器202的开度朝向第二输出端，同时关闭散热器203，开启加热器205，使得冷却液能够在溢水壶300的电加热器400以及水泵201的循环支路的加热器205持续加热中，尽快升高冷却液的温度；当电池电堆100结束低温冷启动时，此时电池电堆100控制节温器202的开度范围，同时关闭电加热器400，依次开启散热器203以及调节加热器205的功率，利用散热器203和加热器205同步调节冷却液的温度一直处于预设的温度范围内。
46.本实施例提供的燃料电池，包括所述的燃料电池循环系统；由于本实施例提供的燃料电池的技术效果与上述实施例提供的燃料电池循环系统的技术效果相同，此处对此不再赘述。
47.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新
型各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种燃料电池循环系统，其特征在于，包括：电池电堆(100)、冷却液循环机构(200)、溢水壶(300)和电加热器(400)；所述冷却液循环机构(200)分别与所述电池电堆(100)的入口端和出口端形成循环连接，所述电池电堆(100)用于接收所述冷却液循环机构(200)输送的冷却液，并将冷却液回流至所述冷却液循环机构(200)处；所述溢水壶(300)与所述冷却液循环机构(200)连通，所述电加热器(400)位于所述溢水壶(300)内部，所述溢水壶(300)能够存储和流通经所述冷却液循环机构(200)流通的冷却液，所述电加热器(400)用于加热所述溢水壶(300)内部的冷却液，以使加热后的冷却液经所述冷却液循环机构(200)输送至所述电池电堆(100)内。2.根据权利要求1所述的燃料电池循环系统，其特征在于，所述冷却液循环机构(200)具有第一循环回路和第二循环回路，所述第一循环回路与所述电池电堆(100)循环连通，所述第二循环回路通过所述溢水壶(300)与所述第一循环回路连通，所述第二循环回路能够将所述溢水壶(300)内的冷却液经所述第一循环回路输送至所述电池电堆(100)内。3.根据权利要求2所述的燃料电池循环系统，其特征在于，所述冷却液循环机构(200)包括水泵(201)和节温器(202)；所述节温器(202)与所述电池电堆(100)的出口端连接，所述节温器(202)具有第一输出端，所述节温器(202)通过所述第一输出端与所述水泵(201)连接，所述水泵(201)与所述电池电堆(100)的入口端连接，所述电池电堆(100)、所述节温器(202)和所述水泵(201)形成所述第一循环回路。4.根据权利要求3所述的燃料电池循环系统，其特征在于，所述节温器(202)具有第二输出端，所述节温器(202)通过所述第二输出端与所述溢水壶(300)连接，所述节温器(202)能够根据预设阀门比例分别将所述电池电堆(100)回流的冷却液输送至所述溢水壶(300)和所述水泵(201)处，所述溢水壶(300)与所述水泵(201)连通，所述溢水壶(300)能够将加热后的冷却液经所述水泵(201)输送至所述电池电堆(100)内部。5.根据权利要求4所述的燃料电池循环系统，其特征在于，所述冷却液循环机构(200)还包括散热器(203)；所述散热器(203)与所述节温器(202)的第二输出端连接，所述节温器(202)能够通过所述第二输出端分别向所述散热器(203)和所述溢水壶(300)输送冷却液，所述散热器(203)与所述水泵(201)连接，所述散热器(203)用于调节所述冷却液的温度区间，所述电池电堆(100)、所述节温器(202)、所述散热器(203)、所述溢水壶(300)和所述水泵(201)形成所述第二循环回路。6.根据权利要求5所述的燃料电池循环系统，其特征在于，所述冷却液循环机构(200)还包括去离子器(204)；所述去离子器(204)与所述水泵(201)形成循环支路，所述水泵(201)能够分别向所述去离子器(204)和所述电池电堆(100)输送冷却液，所述去离子器(204)能够将冷却液内的离子去除后回流至所述水泵(201)处。7.根据权利要求6所述的燃料电池循环系统，其特征在于，所述冷却液循环机构(200)还包括加热器(205)；所述加热器(205)位于所述去离子器(204)和所述水泵(201)之间，所述水泵(201)、所
述去离子器(204)和所述水泵(201)之间形成循环支路，所述加热器(205)能够对所述去离子器(204)输出的冷却液加热后回流至所述水泵(201)处。8.根据权利要求1-7任一项所述的燃料电池循环系统，其特征在于，所述电池电堆(100)具有控制系统，所述电加热器(400)与所述电池电堆(100)的控制系统电连接，所述控制系统能够判断所述电池电堆(100)的运行状态，所述控制系统用于在所述电池电堆(100)在冷启动状态下控制所述电加热器(400)开启。9.根据权利要求8所述的燃料电池循环系统，其特征在于，所述控制系统与所述冷却液循环机构(200)电信号连接，所述控制系统用于根据所述电池电堆(100)的运行状态控制所述冷却液循环机构(200)的启闭。10.一种燃料电池，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的燃料电池循环系统。

技术总结
本实用新型提供了一种燃料电池循环系统及燃料电池，涉及质子交换膜燃料电池的技术领域，包括电池电堆、冷却液循环机构、溢水壶和电加热器；冷却液循环机构分别与电池电堆的入口端和出口端形成循环连接，溢水壶与冷却液循环机构连通，电加热器位于溢水壶内部，电加热器用于使加热后的冷却液经冷却液循环机构输送至电池电堆内，通过在冷却回路的溢水壶中增加电加热器，一方面可以消耗电池电堆输出的功率，另一方面可以对冷却液进行加热，利于冷启动，同时还能够不占用布置空间，不增加系统和整车集成的复杂性，缓解了现有技术中存在的燃料电池在低温冷启动过程中，影响电池寿命以及冷启动时间过长，降低了用户体验感的技术问题。题。题。


技术研发人员：田宛丽 翟海朋 张璐 段伟康 龚正伟 陈雪松
受保护的技术使用者：未势能源科技有限公司
技术研发日：2023.04.06
技术公布日：2023/8/26