一種汽車燃料電池冷卻輔助系統(tǒng)用快速原型裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于車輛動力技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域，涉及到燃料電池發(fā)動機(jī)的開發(fā)和試驗(yàn)，尤 其涉及車用質(zhì)子交換膜燃料電池的冷卻系統(tǒng)開發(fā)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 燃料電池是通過燃料（比如氫氣）發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而直接產(chǎn)生電能。由于燃料電 池具有效率高、零排放、運(yùn)行平穩(wěn)、無噪聲等一系列優(yōu)良性能，被視為未來汽車最有可能的 動力來源，燃料電池汽車是未來汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢。燃料電池采用電化學(xué)反應(yīng)將化學(xué)能 轉(zhuǎn)化為電能，不受卡諾循環(huán)的限制，理論效率最高可以達(dá)到80%。由于在化學(xué)反應(yīng)過程中， 電池內(nèi)部活化極化、歐姆極化及氣體濃差擴(kuò)散效應(yīng)的影響，發(fā)電效率遠(yuǎn)低于80 %的水平，但 也高達(dá)45%~50%，遠(yuǎn)高于內(nèi)燃機(jī)的水平。這同時帶來一個問題，即有將近50%的內(nèi)能無 法轉(zhuǎn)換為電能被加以利用，比如一個標(biāo)稱75kW額定功率的電堆，在額定功率輸出時效率僅 為50 %，那么有額外75kW的熱量需要被帶走。
[0003] 燃料電池堆在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的熱能，會使燃料電池堆溫度升高（一般車用質(zhì)子 交換膜燃料電池的工作溫度為50~90°C)，過高的溫度會使膜含水量降低，這樣會導(dǎo)致膜 的質(zhì)子傳輸性能下降；同時容易促使膜內(nèi)遠(yuǎn)端基團(tuán)分解氧化，降低使用壽命。與此同時燃料 電池的其他輔助系統(tǒng)，比如空氣供應(yīng)系統(tǒng)、氫氣供應(yīng)系統(tǒng)及水熱系統(tǒng)中的電氣部件，也會在 工作時產(chǎn)生耗散熱。因此燃料電池的冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)至關(guān)重要。在已公開或授權(quán)的專利文獻(xiàn) 中，有不少公司提出了冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，比如：
[0004] 日產(chǎn)自動車株式會社專利"車輛用燃料電池冷卻系統(tǒng)"（授權(quán)公告 CN102137771B)，其特點(diǎn)在于具有外部氣體壓力傳感器，并使用第1冷卻回路和第2冷卻回 路對燃料電池進(jìn)行冷卻，外部大氣壓力傳感器配合溫度傳感器，并且能根據(jù)閾值溫度進(jìn)行 調(diào)節(jié)，不僅滿足冷卻要求，還兼顧堆內(nèi)水管理要求。
[0005] 智慧能量有限公司（英國）專利"燃料電池冷卻"（授權(quán)公告CN102203999B)，通 過不斷向電堆內(nèi)注入冷卻水的方法實(shí)現(xiàn)冷卻，其特征在于注入水的量由一個經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算 得到，在執(zhí)行時以占空比方式間歇操作。
[0006] 清華大學(xué)專利" 一種燃料電池城市客車車載冷卻循環(huán)系統(tǒng)"（申請?zhí)?200810246572. 2)提供了一種燃料電池城市客車車載冷卻循環(huán)系統(tǒng)，為車載電氣設(shè)備提供 冷卻，使燃料電池城市客車電器在可控的溫度內(nèi)安全的工作。
[0007] 上海交通大學(xué)專利"質(zhì)子交換膜燃料電池冷卻系統(tǒng)"（授權(quán)公告CN101587962B)， 其特點(diǎn)在于該系統(tǒng)包括：傳感機(jī)構(gòu)、控制模塊、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和冷卻機(jī)構(gòu)。該系統(tǒng)里通過串行總 線與傳感和執(zhí)行機(jī)構(gòu)相連，并通過一個決策矩陣R實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制。
[0008] 現(xiàn)代自動車株式會社專利"用于燃料電池汽車的冷卻系統(tǒng)"（申請?zhí)?201010266526. 6)提供了一種用于燃料電池汽車的冷卻系統(tǒng)，包括一個整體散熱器框架。該 整體散熱器框架在一個平面上串聯(lián)排列堆疊式散熱器和電動傳動系統(tǒng)散熱器。該發(fā)明能通 過相對簡單的構(gòu)型和組裝過程來實(shí)現(xiàn)冷卻。
[0009] 上述公開的技術(shù)在于給出了不同的燃料電池冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)特定方案。由于車載運(yùn) 用不同、性能指標(biāo)設(shè)計(jì)不同、關(guān)鍵零部件選型不同的原因，冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)，特別是冷卻回路 構(gòu)型及控制方法都有所差別。在設(shè)計(jì)冷卻子系統(tǒng)時，會面臨以下問題：1)根據(jù)現(xiàn)有電堆特 性是否能快速設(shè)計(jì)出一個良好的冷卻子系統(tǒng)？ 2)冷卻子系統(tǒng)中的關(guān)鍵零部件參數(shù)如何良 好匹配？ 3)如何在系統(tǒng)原型樣機(jī)或工程樣機(jī)沒有落實(shí)之前進(jìn)行控制算法的驗(yàn)證？本發(fā)明 的技術(shù)構(gòu)想與目前已公開的同類或同領(lǐng)域的發(fā)明設(shè)計(jì)完全不同。
[0010] 本發(fā)明提出的快速原型裝置，通過電磁閥組合控制，配置出多種冷卻液不同循環(huán) 回路，立即構(gòu)成一個完全相同或非常類似的冷卻子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的零部件參數(shù)進(jìn)行快 速匹配、對控制算法進(jìn)行快速驗(yàn)證的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種汽車燃料電池 冷卻輔助系統(tǒng)用快速原型裝置。
[0012] 本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：一種汽車燃料電池冷卻輔助系統(tǒng)用 快速原型裝置，其特征在于，該快速原型裝置包括：控制計(jì)算機(jī)，冷水箱，熱水箱，水泵，去 離子器，加熱器，散熱器，單向閥，電磁閥組，軟接頭組，流阻調(diào)節(jié)器組件，所述的冷水箱，熱 水箱通過單向閥，電磁閥組，軟接頭組，流阻調(diào)節(jié)器組件分別連接燃料電池堆、水泵，去離子 器，加熱器，散熱器，通過控制計(jì)算機(jī)控制電磁閥組的開關(guān)搭建燃料電池堆不同冷卻回路的 構(gòu)型。
[0013] 本發(fā)明中各部件的作用包括：
[0014]冷水箱（01)，用于儲存冷卻液（通常是去離子水或乙二醇溶液），一般溫度低于 40°C；
[0015]熱水箱（02)，用于冷卻液進(jìn)行快速加熱；
[0016]水泵（03)，用于驅(qū)動冷卻液循環(huán)；
[0017]去離子器（04)，用于對去離子水進(jìn)行過濾，使得其電導(dǎo)率達(dá)到規(guī)定值；
[0018] 加熱器（06)，用于模擬燃料電池系統(tǒng)中其他附件在工作時候的發(fā)熱效應(yīng)；
[0019] 散熱器（07)，將冷卻液中熱量與環(huán)境交換，實(shí)現(xiàn)冷卻效果；
[0020] 單向閥（08)，防止冷卻液回流；
[0021] 電磁閥組（11~19)，控制回路通斷，實(shí)現(xiàn)不同回路構(gòu)型；
[0022] 軟接頭組（21~25)，用于更換不同型號的零部件；
[0023]流阻調(diào)節(jié)器組（31~32)，用于調(diào)節(jié)回路流阻。
[0024] 本發(fā)明中的各個部件間的連接方式特征包括：
[0025] 冷水箱（01)依次連接電磁閥d(14)、流阻調(diào)節(jié)器a(31)、軟接頭a(21)、水泵 (03)、軟接頭b(22)、電磁閥e(15)、燃料電池堆冷卻水進(jìn)口，燃料電池堆冷卻水出口、電磁 閥g(17)、軟接頭e(25)、軟接頭c(23)、散熱器（07)、電磁閥1(19)、電磁閥a(ll)返回冷水 箱（01);
[0026]燃料電池堆冷卻水出口、電磁閥g(17)之間引出兩條支路，其中一條支路上串 聯(lián)去離子器（04)和電磁閥f(16)后連接到軟接頭b(22)與電磁閥e(15)之間，另一條之 路依次串聯(lián)單向閥（08)、電磁閥h(18)、加熱器（06)、流阻調(diào)節(jié)器b(32)后連接到電磁閥 d(14)與流阻調(diào)節(jié)器a(31)之間；熱水箱（02)通過兩條管路并聯(lián)在冷水箱（01)兩端，且其 中一條管路上設(shè)有電磁閥b(12)連接到電磁閥1(19)、電磁閥a(ll)之間，另一條管路上設(shè)