利用熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)的大功率燃料電池系統(tǒng)冷卻裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了利用熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)的大功率燃料電池系統(tǒng)冷卻裝置及方法，裝置包括：冷卻單元、電力變換單元和監(jiān)控單元；冷卻單元的冷卻水回路與熱交換器相連給熱電轉(zhuǎn)換器件組的多個(gè)熱電器件提供熱端溫度，熱電轉(zhuǎn)換器件組中多個(gè)熱電器件的冷端由散熱片降溫從而構(gòu)建溫差產(chǎn)生直流電能;電力變換單元給冷卻裝置的各部件供電，并對(duì)熱電轉(zhuǎn)換器件組產(chǎn)生的直流電能進(jìn)行變換給各個(gè)部件供電；監(jiān)控單元監(jiān)測(cè)燃料電池系統(tǒng)冷卻裝置的各種參數(shù)和狀態(tài),進(jìn)行顯示和報(bào)警提示，并控制相關(guān)執(zhí)行部件。該裝置充分利用了冷卻水帶出燃料電池電堆的熱量進(jìn)行發(fā)電，同時(shí)給啟動(dòng)電池充電和其它相關(guān)部件供電，提高了燃料電池系統(tǒng)的效率，適用于各種大功率燃料電池系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)合。
【專利說(shuō)明】利用熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)的大功率燃料電池系統(tǒng)冷卻裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于大功率燃料電池系統(tǒng)冷卻【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種燃料電池系統(tǒng)冷卻裝置及方法，尤其涉及一種利用熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)的大功率燃料電池系統(tǒng)冷卻裝置及方法。
[0002]

【背景技術(shù)】
[0003]燃料電池由于其工作溫度低、清潔、高效等優(yōu)點(diǎn)普遍應(yīng)用于固定電站、備用電源和新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)上。目前，大功率燃料電池系統(tǒng)的額定功率通常為幾十千瓦到幾百千瓦，大多采用冷卻水方式進(jìn)行冷卻，其最大發(fā)電效率約為50%，其余能量以冷卻水中的熱量方式帶出，而這些熱量未加任何利用直接采用冷卻風(fēng)扇進(jìn)行降溫冷卻，造成了較大的能量浪費(fèi)，若能對(duì)這些廢熱進(jìn)行回收利用發(fā)電，然后給冷卻裝置中其它部件進(jìn)行供電，將大大提高燃料電池系統(tǒng)的總體效率。
[0004]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種能對(duì)廢熱進(jìn)行回收利用發(fā)電、然后給冷卻裝置中其它部件進(jìn)行供電的冷卻裝置及方法。
[0006]本發(fā)明的裝置所采用的技術(shù)方案是:一種利用熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)的大功率燃料電池系統(tǒng)冷卻裝置，其特征在于:包括冷卻單元、電力變換單元和監(jiān)控單元；所述的冷卻單元的冷卻水回路與熱交換器相連，流出燃料電池電堆的高溫冷卻水與熱交換器進(jìn)行熱交換給熱電轉(zhuǎn)換器件組中的多個(gè)熱電器件提供熱端溫度，熱電轉(zhuǎn)換器件組中多個(gè)熱電器件的冷端與散熱片緊密相連，由于散熱片的冷卻作用構(gòu)建多個(gè)熱電器件的冷熱端溫差產(chǎn)生直流電能，流過(guò)熱交換器后的冷卻水由散熱器進(jìn)行冷卻后進(jìn)入燃料電池電堆；所述的電力變換單元給整個(gè)裝置中的各電子部件供電，并對(duì)熱電轉(zhuǎn)換器件組產(chǎn)生的直流電能進(jìn)行電壓和電流變換后給啟動(dòng)電池充電或給其它部件供電；所述的監(jiān)控單元監(jiān)測(cè)整個(gè)裝置的各種參數(shù)和狀態(tài)，向上位機(jī)或遠(yuǎn)程監(jiān)控中心發(fā)送這些信息，并控制相關(guān)冷卻單元和電力變換單元中相關(guān)執(zhí)行部件的工作狀態(tài)。
[0007]作為優(yōu)選，所述的冷卻單元由燃料電池電堆、出堆溫度傳感器Tl、進(jìn)堆溫度傳感器T2、水泵、散熱器、第一散熱片、第二散熱片、第一熱電轉(zhuǎn)換器件組、第二熱電轉(zhuǎn)換器件組、熱交換器構(gòu)成；燃料電池電堆的出口與出堆溫度傳感器Tl相連，然后與水泵的入口相連，水泵的出口與熱交換器的入口相連；熱交換器的上下表面分別與第一熱電轉(zhuǎn)換器件組和第二熱電轉(zhuǎn)換器件組的熱端相連，第一熱電轉(zhuǎn)換器件組和第二熱電轉(zhuǎn)換器件組的冷端分別與第一散熱片和第二散熱片相連；第一熱電轉(zhuǎn)換器件組和第二熱電轉(zhuǎn)換器件組中的所有熱電器件全部串聯(lián)共同作為直流總輸出端；熱交換器的出口通過(guò)管道依次與散熱器和進(jìn)堆溫度傳感器T2相連，然后與燃料電池電堆的入口相連。
[0008]作為優(yōu)選，所述的電力變換單元由電壓傳感器V、電流傳感器A、第一 DC/DC、第二DC/DC、啟動(dòng)電池、管理單元、變頻器構(gòu)成；電壓傳感器V與第一熱電轉(zhuǎn)換器件組和第二熱電轉(zhuǎn)換器件組的直流總輸出端正負(fù)極并聯(lián)，電流傳感器A與第一熱電轉(zhuǎn)換器件組和第二熱電轉(zhuǎn)換器件組的直流總輸出端正極串聯(lián)后與第一 DC/DC的輸入端正極相連，第一 DC/DC的輸入端負(fù)極與第一熱電轉(zhuǎn)換器件組和第二熱電轉(zhuǎn)換器件組的直流總輸出端負(fù)極相連；第一DC/DC的輸出端分別與啟動(dòng)電池、第二 DC/DC的輸入端和散熱器的供電端相連；啟動(dòng)電池通過(guò)信號(hào)線和數(shù)據(jù)線與管理單元相連;第二 DC/DC的輸出端與變頻器的輸入端相連，變頻器的輸出端與水泵的供電輸入端相連。
[0009]作為優(yōu)選,所述的監(jiān)控單兀由CAN模塊、電源模塊、D/A輸出模塊、I/O輸出模塊、聲光報(bào)警電路、GPRS模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、SCI模塊、微控制器(MCU)、上位機(jī)構(gòu)成；CAN模塊通過(guò)CAN總線與電力變換單元中的第一 DC/DC和管理單元相連進(jìn)行通訊；電源模塊的輸入端與電力變換單兀中第一 DC/DC的輸出端相連，電源模塊的輸出端與微控制器(MCU)相連；D/A輸出模塊與電力變換單元中變頻器的信號(hào)控制端相連；I/O輸出模塊分別與散熱器和聲光報(bào)警電路相連;A/D轉(zhuǎn)換模塊的信號(hào)輸入端分別與出堆溫度傳感器Tl、進(jìn)堆溫度傳感器T2、電壓傳感器V和電流傳感器A相連，A/D轉(zhuǎn)換模塊的信號(hào)輸出端與微控制器(MCU)相連；SCI模塊通過(guò)RS232/485總線與上位機(jī)相連；微控制器(MCU)通過(guò)GPRS模塊與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心相連。
[0010]本發(fā)明的方法所采用的技術(shù)方案是:一種利用熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)的大功率燃料電池系統(tǒng)冷卻的方法，其特征在于:燃料電池電堆在工作時(shí)，若出堆溫度傳感器Tl的值大于設(shè)定的閾值H1，監(jiān)控單元通過(guò)D/A輸出模塊給變頻器輸出電壓信號(hào)控制變頻器的輸出電壓頻率來(lái)調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速，通過(guò)I/O輸出模塊控制散熱器中冷卻風(fēng)扇的開(kāi)關(guān)數(shù)量實(shí)現(xiàn)對(duì)燃料電池電堆出堆冷卻水的冷卻，使進(jìn)堆溫度傳感器T2的值低于或等于設(shè)定的閾值H2 ;當(dāng)出堆溫度傳感器Tl的值高于室溫時(shí)，第一熱電轉(zhuǎn)換器件組和第二熱電轉(zhuǎn)換器件組由于冷熱端溫差產(chǎn)生直流電勢(shì)，當(dāng)直流電勢(shì)大于第一 DC/DC的輸出端電壓時(shí)，監(jiān)控單元通過(guò)CAN總線向第一DC/DC發(fā)送開(kāi)關(guān)命令使其啟動(dòng)，然后通過(guò)CAN總線接收管理單元發(fā)送過(guò)來(lái)的有關(guān)啟動(dòng)電池的SOC值、輸出電壓和輸出電流信息，并向第一 DC/DC發(fā)送輸出目標(biāo)電流命令實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)電池和第一熱電轉(zhuǎn)換器件組、第二熱電轉(zhuǎn)換器件組之間的能量流分配，給第二 DC/DC進(jìn)行供電；所述的監(jiān)控單元通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換模塊實(shí)時(shí)采集出堆溫度傳感器Tl、進(jìn)堆溫度傳感器T2、電壓傳感器V、電流傳感器A的值，通過(guò)CAN總線接收管理單元和第一 DC/DC發(fā)送過(guò)來(lái)的啟動(dòng)電池的SOC值、輸出電壓、輸出電流和溫度參數(shù)，通過(guò)RS232/485向上位機(jī)發(fā)送上述信息進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，同時(shí)利用GPRS模塊向遠(yuǎn)程監(jiān)控中心進(jìn)行通訊發(fā)送上述各種信息，當(dāng)上述各種參數(shù)超出所設(shè)定的正常值范圍時(shí)，微控制器(MCU)通過(guò)I/O輸出模塊驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警電路進(jìn)行報(bào)警提示。
[0011]本發(fā)明充分利用了多個(gè)熱電器件吸收冷卻水的廢熱進(jìn)行發(fā)電給啟動(dòng)電池、變頻器和散熱器進(jìn)行供電，降低了啟動(dòng)電池的容量，大大提高了燃料電池系統(tǒng)的效率，該裝置通過(guò)GPRS模塊向遠(yuǎn)程監(jiān)控中心發(fā)送燃料電池系統(tǒng)冷卻裝置的各種過(guò)程參數(shù)和工作狀態(tài)等信息，利用上位機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，當(dāng)相關(guān)部件處于不正常工作狀態(tài)時(shí)進(jìn)行聲光報(bào)警提示。該裝置智能化程度高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、清潔高效，適合于各種大功率燃料電池系統(tǒng)的冷卻水廢熱回收發(fā)電，并給其輔助系統(tǒng)設(shè)備的應(yīng)用場(chǎng)合。
[0012]

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1:為本發(fā)明實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)原理框圖。
[0014]圖2:為本發(fā)明實(shí)施例的第一熱電轉(zhuǎn)換器件組在熱交換器上表面的布局與電氣連接示意圖。
[0015]圖3:為本發(fā)明實(shí)施例的第二熱電轉(zhuǎn)換器件組在熱交換器下表面的布局與電氣連接示意圖。
[0016]

【具體實(shí)施方式】
[0017]為了便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解和實(shí)施本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的實(shí)施示例僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0018]請(qǐng)見(jiàn)圖1，本發(fā)明的裝置所采用的技術(shù)方案是:一種利用熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)的大功率燃料電池系統(tǒng)冷卻裝置，包括冷卻單元、電力變換單元和監(jiān)控單元；冷卻單元由燃料電池電堆、出堆溫度傳感器Tl、進(jìn)堆溫度傳感器T2、水泵、散熱器、第一散熱片、第二散熱片、第一熱電轉(zhuǎn)換器件組、第二熱電轉(zhuǎn)換器件組、熱交換器構(gòu)成；燃料電池電堆的出口與出堆溫度傳感器Tl相連，然后與水泵的入口相連，水泵的出口與熱交換器的入口相連；熱交換器的上下表面分別與第一熱電轉(zhuǎn)換器件組和第二熱電轉(zhuǎn)換器件組的熱端相連，第一熱電轉(zhuǎn)換器件組和第二熱電轉(zhuǎn)換器件組的冷端分別與第一散熱片和第二散熱片相連；第一熱電轉(zhuǎn)換器件組和第二熱電轉(zhuǎn)換器件組中的所有熱電器件全部串聯(lián)共同作為直流總輸出端；熱交換器的出口通過(guò)管道依次與散熱器和進(jìn)堆溫度傳感器T2相連，然后與燃料電池電堆的入口相連；電力變換單元由電壓傳感器V、電流傳感器A、第一 DC/DC、第二 DC/DC、啟動(dòng)電池、管理單元、變頻器構(gòu)成；電壓傳感器V與第一熱電轉(zhuǎn)換器件組和第二熱電轉(zhuǎn)換器件組的直流總輸出端正負(fù)極并聯(lián)，電流傳感器A與第一熱電轉(zhuǎn)換器件組和第二熱電轉(zhuǎn)換器件組的直流總輸出端正極串聯(lián)后與第一 DC/DC的輸入端正極相連,第一 DC/DC的輸入端負(fù)極與第一熱電轉(zhuǎn)換器件組和第二熱電轉(zhuǎn)換器件組的直流總輸出端負(fù)極相連；第一 DC/DC的輸出端分別與啟動(dòng)電池、第二 DC/DC的輸入端和散熱器的供電端相連；啟動(dòng)電池通過(guò)信號(hào)線和數(shù)據(jù)線與管理單元相連；第二 DC/DC的輸出端與變頻器的輸入端相連，變頻器的輸出端與水泵的供電輸入端相連；監(jiān)控單元由CAN模塊、電源模塊、D/A輸出模塊、I/O輸出模塊、聲光報(bào)警電路、GPRS模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、SCI模塊、微控制器(MCU)、上位機(jī)構(gòu)成；CAN模塊通過(guò)CAN總線與電力變換單元中的第一 DC/DC和管理單元相連進(jìn)行通訊；電源模塊的輸入端與電力變換單元中第一 DC/DC的輸出端相連，電源模塊的輸出端與微控制器(MCU)相連；D/A輸出模塊與電力變換單元中變頻器的信號(hào)控制端相連；1/0輸出模塊分別與散熱器和聲光報(bào)警電路相連;A/D轉(zhuǎn)換模塊的信號(hào)輸入端分別與出堆溫度傳感器Tl、進(jìn)堆溫度傳感器T2、電壓傳感器V和電流傳感器A相連，A/D轉(zhuǎn)換模塊的信號(hào)輸出端與微控制器(MCU)相連；SCI模塊通過(guò)RS232/485總線與上位機(jī)相連；微控制器(MCU)通過(guò)GPRS模塊與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心相連。
[0019]請(qǐng)見(jiàn)圖2，為本實(shí)施例的第一熱電轉(zhuǎn)換器件組在熱交換器上表面的布局與電氣連接示意圖，第一熱電轉(zhuǎn)換器件組由N個(gè)熱電器件組成，從冷卻水入口向冷卻水出口方向的熱交換器上表面依次與第一到第η熱電器件的熱端相連，第一熱電器件的負(fù)極與第二熱電器件的正極相連，以此類推，第η-1熱電器件的負(fù)極與第η熱電器件的正極相連，第η熱電器件的負(fù)極與第η+1熱電器件的正極相連。
[0020]請(qǐng)見(jiàn)圖3，為本實(shí)施例的第二熱電轉(zhuǎn)換器件組在熱交換器下表面的布局與電氣連接示意圖，第二熱電轉(zhuǎn)換器件組由N個(gè)熱電器件組成，從冷卻水入口向冷卻水出口方向的熱交換器下表面依次與第η+1到第2η熱電器件的熱端相連，第η+1熱電器件的負(fù)極與第η+2熱電器件的正極相連，以此類推，第2η-1熱電器件的負(fù)極與第2η熱電器件的正極相連，最終以第一熱電器件的正極和第2η熱電器件的負(fù)極共同作為第一熱電轉(zhuǎn)換器件和第二熱電轉(zhuǎn)換器件組的直流總輸出端。
[0021]本發(fā)明的裝置工作原理為:
燃料電池電堆在工作時(shí)，若出堆溫度傳感器Tl的值大于設(shè)定的閾值Η1，監(jiān)控單元通過(guò)D/A輸出模塊給變頻器輸出電壓信號(hào)控制變頻器的輸出電壓頻率來(lái)調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速，通過(guò)I/O輸出模塊控制散熱器中冷卻風(fēng)扇的開(kāi)關(guān)數(shù)量實(shí)現(xiàn)對(duì)燃料電池電堆出堆冷卻水的冷卻，使進(jìn)堆溫度傳感器Τ2的值低于或等于設(shè)定的閾值Η2 ；
當(dāng)出堆溫度傳感器Tl的值高于室溫時(shí)，第一熱電轉(zhuǎn)換器件組和第二熱電轉(zhuǎn)換器件組由于冷熱端溫差產(chǎn)生直流電勢(shì)，當(dāng)直流電勢(shì)大于第一 DC/DC的輸出端電壓時(shí)，監(jiān)控單元通過(guò)CAN總線向第一 DC/DC發(fā)送開(kāi)關(guān)命令使其啟動(dòng)，然后通過(guò)CAN總線接收管理單元發(fā)送過(guò)來(lái)的有關(guān)啟動(dòng)電池的SOC值、輸出電壓和輸出電流信息，并向第一 DC/DC發(fā)送輸出目標(biāo)電流命令實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)電池和第一熱電轉(zhuǎn)換器件組、第二熱電轉(zhuǎn)換器件組之間的能量流分配，給第二 DC/DC進(jìn)行供電；
所述的監(jiān)控單元通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換模塊實(shí)時(shí)采集出堆溫度傳感器Tl、進(jìn)堆溫度傳感器Τ2、電壓傳感器V、電流傳感器A的值，通過(guò)CAN總線接收管理單元和第一 DC/DC發(fā)送過(guò)來(lái)的啟動(dòng)電池的SOC值、輸出電壓、輸出電流和溫度參數(shù)，通過(guò)RS232/485向上位機(jī)發(fā)送上述信息進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，同時(shí)利用GPRS模塊向遠(yuǎn)程監(jiān)控中心進(jìn)行通訊發(fā)送上述各種信息，當(dāng)上述各種參數(shù)超出所設(shè)定的正常值范圍時(shí)，微控制器(MCU)通過(guò)I/O輸出模塊驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警電路進(jìn)行報(bào)警提示。
[0022]本實(shí)施例冷卻單元的冷卻水回路與熱交換器相連給第一熱電轉(zhuǎn)換器件組和第二熱電轉(zhuǎn)換器件組中多個(gè)串聯(lián)的熱電器件提供熱端溫度，第一熱電轉(zhuǎn)換器件組和第二熱電轉(zhuǎn)換器件組中多個(gè)串聯(lián)熱電器件的冷端由散熱片降溫從而構(gòu)建溫差產(chǎn)生直流電能；電力變換單元給冷卻裝置的各部件供電，并對(duì)第一熱電轉(zhuǎn)換器件組和第二熱電轉(zhuǎn)換器件組產(chǎn)生的直流電能進(jìn)行變換給各個(gè)部件充電；監(jiān)控單元監(jiān)測(cè)燃料電池系統(tǒng)冷卻裝置的各種參數(shù)和狀態(tài)，進(jìn)行顯示和報(bào)警提示，并控制相關(guān)執(zhí)行部件的工作狀態(tài)。
[0023]本發(fā)明的冷卻裝置，通過(guò)在冷卻水回路中增加熱交換器進(jìn)行冷卻水的熱量熱傳輸，利用熱電器件吸收冷卻水的熱量，由于散熱片的冷卻作用構(gòu)建溫差實(shí)現(xiàn)一定程度的冷卻水廢熱發(fā)電給循環(huán)水泵供電，一方面降低了啟動(dòng)電池的容量，另一方面提高了燃料電池系統(tǒng)的效率。具有清潔、高效、可靠性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。
[0024]盡管本說(shuō)明書(shū)較多地使用了燃料電池電堆、出堆溫度傳感器Tl、進(jìn)堆溫度傳感器Τ2、水泵、散熱器、第一散熱片、第二散熱片、第一熱電轉(zhuǎn)換器件組、第二熱電轉(zhuǎn)換器件組、熱交換器、電壓傳感器V、電流傳感器Α、第一DC/DC、第二DC/DC、啟動(dòng)電池、管理單元、變頻器、CAN模塊、電源模塊、D/A輸出模塊、I/O輸出模塊、聲光報(bào)警電路、GPRS模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、SCI模塊、微控制器(MCU)、上位機(jī)等術(shù)語(yǔ)，但并不排除使用其他術(shù)語(yǔ)的可能性。使用這些術(shù)語(yǔ)僅僅是為了更方便的描述本發(fā)明的本質(zhì)，把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發(fā)明精神相違背的。
[0025]應(yīng)當(dāng)理解的是，本說(shuō)明書(shū)未詳細(xì)闡述的部分均屬于現(xiàn)有技術(shù)。
[0026]應(yīng)當(dāng)理解的是，上述針對(duì)較佳實(shí)施例的描述較為詳細(xì)，并不能因此而認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明專利保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以做出替換或變形，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)，本發(fā)明的請(qǐng)求保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種利用熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)的大功率燃料電池系統(tǒng)冷卻裝置，其特征在于:包括冷卻單元、電力變換單元和監(jiān)控單元； 所述的冷卻單元的冷卻水回路與熱交換器相連，流出燃料電池電堆的高溫冷卻水與熱交換器進(jìn)行熱交換給第一熱電轉(zhuǎn)換器件組和第二熱電轉(zhuǎn)換器件組中的多個(gè)熱電器件提供熱端溫度，熱電轉(zhuǎn)換器件組中多個(gè)熱電器件的冷端與散熱片緊密相連，由于散熱片的冷卻作用構(gòu)建多個(gè)熱電器件的冷熱端溫差產(chǎn)生直流電能，流過(guò)熱交換器后的冷卻水由散熱器進(jìn)行冷卻后進(jìn)入燃料電池電堆； 所述的電力變換單元給整個(gè)裝置中的各電子部件供電，并對(duì)第一熱電轉(zhuǎn)換器件組和第二熱電轉(zhuǎn)換器件組產(chǎn)生的直流電能進(jìn)行電壓和電流變換后給啟動(dòng)電池充電或給其它電子部件供電； 所述的監(jiān)控單元監(jiān)測(cè)整個(gè)裝置的各種參數(shù)和狀態(tài)，向上位機(jī)或遠(yuǎn)程監(jiān)控中心發(fā)送這些信息，并控制冷卻單元和電力變換單元中執(zhí)行部件的工作狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)的大功率燃料電池系統(tǒng)冷卻裝置，其特征在于:所述的冷卻單元由燃料電池電堆、出堆溫度傳感器Tl、進(jìn)堆溫度傳感器T2、水泵、散熱器、第一散熱片、第二散熱片、第一熱電轉(zhuǎn)換器件組、第二熱電轉(zhuǎn)換器件組、熱交換器構(gòu)成；燃料電池電堆的出口與出堆溫度傳感器Tl相連，然后與水泵的入口相連，水泵的出口與熱交換器的入口相連；熱交換器的上下表面分別與第一熱電轉(zhuǎn)換器件組和第二熱電轉(zhuǎn)換器件組的熱端相連，第一熱電轉(zhuǎn)換器件組和第二熱電轉(zhuǎn)換器件組的冷端分別與第一散熱片和第二散熱片相連；第一熱電轉(zhuǎn)換器件組和第二熱電轉(zhuǎn)換器件組中的所有熱電器件全部串聯(lián)共同作為直流總輸出端；熱交換器的出口通過(guò)管道依次與散熱器和進(jìn)堆溫度傳感器T2相連，然后與燃料電池電堆的入口相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)的大功率燃料電池系統(tǒng)冷卻裝置，其特征在于:所述的電力變換單元由電壓傳感器V、電流傳感器A、第一 DC/DC、第二 DC/DC、啟動(dòng)電池、管理單元、變頻器構(gòu)成；電壓傳感器V與第一熱電轉(zhuǎn)換器件組和第二熱電轉(zhuǎn)換器件組的直流總輸出端的正負(fù)極并聯(lián)，電流傳感器A與第一熱電轉(zhuǎn)換器件組和第二熱電轉(zhuǎn)換器件組的直流總輸出端正極串聯(lián)后與第一 DC/DC的輸入端正極相連，第一 DC/DC的輸入端負(fù)極與第一熱電轉(zhuǎn)換器件組和第二熱電轉(zhuǎn)換器件組的直流總輸出端負(fù)極相連；第一 DC/DC的輸出端分別與啟動(dòng)電池、第二 DC/DC的輸入端和散熱器的供電端相連；啟動(dòng)電池通過(guò)信號(hào)線和數(shù)據(jù)線與管理單元相連；第二 DC/DC的輸出端與變頻器的輸入端相連，變頻器的輸出端與水泵的供電輸入端相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)的大功率燃料電池系統(tǒng)冷卻裝置，其特征在于:所述的監(jiān)控單兀由CAN模塊、電源模塊、D/A輸出模塊、I/O輸出模塊、聲光報(bào)警電路、GPRS模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、SCI模塊、微控制器(MCU)、上位機(jī)構(gòu)成；CAN模塊通過(guò)CAN總線與電力變換單元中的第一 DC/DC和管理單元相連進(jìn)行通訊；電源模塊的輸入端與電力變換單兀中第一 DC/DC的輸出端相連，電源模塊的輸出端與微控制器(MCU)相連；D/A輸出模塊與電力變換單元中變頻器的信號(hào)控制端相連；1/0輸出模塊分別與散熱器和聲光報(bào)警電路相連;A/D轉(zhuǎn)換模塊的信號(hào)輸入端分別與出堆溫度傳感器Tl、進(jìn)堆溫度傳感器T2、電壓傳感器V和電流傳感器A相連，A/D轉(zhuǎn)換模塊的信號(hào)輸出端與微控制器(MCU)相連；SCI模塊通過(guò)RS232/485總線與上位機(jī)相連；微控制器(MCU)通過(guò)GPRS模塊與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心相連。
5.一種利用權(quán)利要求4所述的利用熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)的大功率燃料電池系統(tǒng)冷卻裝置對(duì)利用熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)的大功率燃料電池系統(tǒng)進(jìn)行冷卻的方法，其特征在于: 燃料電池電堆在工作時(shí)，若出堆溫度傳感器Tl的值大于設(shè)定的閾值H1，監(jiān)控單元通過(guò)D/A輸出模塊給變頻器輸出電壓信號(hào)控制變頻器的輸出電壓頻率來(lái)調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速，通過(guò)I/O輸出模塊控制散熱器中冷卻風(fēng)扇的開(kāi)關(guān)數(shù)量實(shí)現(xiàn)對(duì)燃料電池電堆出堆冷卻水的冷卻，使進(jìn)堆溫度傳感器T2的值低于或等于設(shè)定的閾值H2 ； 當(dāng)出堆溫度傳感器Tl的值高于室溫時(shí)，第一熱電轉(zhuǎn)換器件組和第二熱電轉(zhuǎn)換器件組由于冷熱端溫差產(chǎn)生直流電勢(shì)，當(dāng)直流電勢(shì)大于第一 DC/DC的輸出端電壓時(shí)，監(jiān)控單元通過(guò)CAN總線向第一 DC/DC發(fā)送開(kāi)關(guān)命令使其啟動(dòng)，然后通過(guò)CAN總線接收管理單元發(fā)送過(guò)來(lái)的有關(guān)啟動(dòng)電池的SOC值、輸出電壓和輸出電流信息，并向第一 DC/DC發(fā)送輸出目標(biāo)電流命令實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)電池和第一熱電轉(zhuǎn)換器件組、第二熱電轉(zhuǎn)換器件組之間的能量流分配，給第二 DC/DC和散熱器進(jìn)行供電； 所述的監(jiān)控單元通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換模塊實(shí)時(shí)采集出堆溫度傳感器Tl、進(jìn)堆溫度傳感器T2、電壓傳感器V、電流傳感器A的值，通過(guò)CAN總線接收管理單元和第一 DC/DC發(fā)送過(guò)來(lái)的啟動(dòng)電池的SOC值、輸出電壓、輸出電流和溫度參數(shù)，通過(guò)RS232/485向上位機(jī)發(fā)送上述信息進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，同時(shí)利用GPRS模塊向遠(yuǎn)程監(jiān)控中心進(jìn)行通訊發(fā)送上述各種信息，當(dāng)上述各種參數(shù)超出所設(shè)定的正常值范圍時(shí)，微控制器(MCU)通過(guò)I/O輸出模塊驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警電路進(jìn)行報(bào)警提示。
【文檔編號(hào)】H01M8/04GK104201406SQ201410466589
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月12日
【發(fā)明者】全睿 申請(qǐng)人:湖北工業(yè)大學(xué)