本实用新型涉及汽车电池技术领域，具体涉及一种车载燃料电池冷启热量回收的燃料电池加热系统。
背景技术：
质子交换膜燃料电池(protonexchangemembranefuelcell，简称pemfc)以其低温启动、清洁环保、比功率高的优点，是新能源汽车的重要发展方向。目前，缩短冷启动时间是燃料电池的研究重点之一。燃料电池发动机工作必须使燃料电池的电堆温度达到设定值，在环境温度较低时，需要对燃料电池发动机冷却水进行加热，通过所述冷却水加热燃料电池的电堆。
燃料电池发动机工作时，燃料电池中的电堆的温度必须达到设定值，在环境温度较低时，需要首先对燃料电池发动机进行冷启动，主要是加热燃料电池中的电堆；为了缩短冷启动的时间，需要加快电堆升温同时避免原冷却水路冷启动加热出现故障，特别是在超低温环境下，动力电池及蓄电池性能严重下降通过电加热快速实现电堆加热非常困难。
参见图1，图1为现有技术中的燃料电池加热系统的结构示意图，该系统由空压机、散热器、节温器、加热器和水泵组成；
现有的电堆冷却系统工作原理：
当燃料电池内的电堆温度不满足工作温度时，启动所述加热器工作，冷却水从电堆冷却水出口--水泵---加热器--节温器--电堆冷却水路入口；
因为冷却水温低，节温器只允许冷却水路走小循环，冷却水不经过散热器；
即燃料电池电堆冷却系统在加热器的作用下完成冷却水的加热，使得电堆温度升高。
节温器的用于当冷却水温低于某一值时，控制冷却水路不经过散热器；当冷却水温高于某一值，控制冷却水路经过散热器。其作用同传统发动机用节温器。
申请人经研究发现，当前通过加热器加热冷却水路加热时间较慢，且一旦加热器及其相关部件故障则无法实现电堆的冷启动加热，严重影响发动机的使用。
技术实现要素：
有鉴于此，本实用新型实施例提供一种燃料电池加热系统，以提高燃料电池的冷启动速度。
为实现上述目的，本实用新型实施例提供如下技术方案：
一种燃料电池加热系统，包括：
燃气瓶；
第一三通电磁阀，所述第一三通电磁阀的第一端与所述燃气瓶的出气口相连，所述第一三通电磁阀的第二端与燃料电池的燃气入口相连；
空压机；
第二三通电磁阀，所述第二三通电磁阀的第一端与所述空压机的出气口相连，所述第二三通电磁阀的第二端与燃料电池的空气入口相连；
燃烧装置，所述燃烧装置的第一进气口与所述第一三通电磁阀的第三端相连，所述燃烧装置的第二进气口与所述第二三通电磁阀的第三端相连，所述燃烧装置用于将由所述第一三通电磁阀流入的燃气与由所述第二三通电磁阀流入的空气混合后燃烧，采用燃烧产生的热量对燃料电池的冷却液回路中的冷却液进行加热。
可选的，上述燃料电池加热系统中，还包括：
第一比例阀，所述第一比例阀设置在所述第一三通电磁阀的第三端与所述燃烧装置的第一进气口之间；
第二比例阀，所述第比例阀设置在所述第二三通电磁阀的第三端与所述燃烧装置的第一进气口之间。
可选的，上述燃料电池加热系统中，所述冷却液回路包括：
散热器、水泵、加热器、节温器、出水管路和进水管路；
所述进水管路穿过所述燃烧装置，经过与所述燃烧装置热交换后出水管路的出水端与所述燃料电池的冷却水入口相连；
所述出水管路的进水端与所述燃料电池的冷却水出口相连；所述出水管路的出水口与所述进水管路的第一进水口、以及所述散热器的进水口相连，所述进水管路的第二进水口与所述散热器的出水口相连；
所述加热器的第一端作为所述进水管路的第一进水口；
所述水泵设置于所述出水管路中；
所述节温器的第一端与所述加热器的端之间贯通，所述节温器的第二端作为所述进水管路的第二进水口，所述节温器的第三端与所述燃料电池的冷却水入口贯通。
可选的，上述燃料电池加热系统中，还包括：
第一热量回收管路，所述第一热量回收管路的进气口与所述燃烧装置的出气口相连，所述第一热量回收管路的出气口与所述空压机的进气口相连。
可选的，上述燃料电池加热系统中，所述第一热量回收管路具有进气口、第一出气口和第二出气口；
所述第一热量回收管路的进气口与所述燃烧装置的出气口相连，所述第一热量回收管路的第一出气口与所述空压机的进气口相连，所述第一热量回收管路的第二出气口与外界贯通；
所述第一热量回收管路内设置有第三三通电磁阀，所述第三三通电磁阀用于实现所述第一热量回收管路进气口与第一出气口和第二出气口之间的导通状态的切换。
可选的，上述燃料电池加热系统中，还包括：
第二热量回收管路，所述第二热量回收管路的进气口与所述燃烧装置的出气口相连，所述第二热量回收管路的出气口与所述燃料电池的空气入口相连。
可选的，上述燃料电池加热系统中，所述第二热量回收管路具有进气口、第一出气口和第二出气口；
所述第二热量回收管路的进气口与所述燃烧装置的出气口相连，所述第二热量回收管路的第一出气口与所述燃料电池的空气入口相连，所述第二热量回收管路的第二出气口与外界贯通；
所述第二热量回收管路内设置有第四三通电磁阀，所述第四三通电磁阀用于实现所述第二热量回收管路进气口与第一出气口和第二出气口之间的导通状态的切换。
可选的，上述燃料电池加热系统中，还包括：
整车控制器，所述整车控制器的输出端与所述第一三通电磁阀、第二三通电磁阀、第一比例阀和第二比例阀的控制端相连，所述整车控制器的输出端用于提供控制所述第一三通电磁阀、第二三通电磁阀、第一比例阀和第二比例阀的工作状态的控制信号。
基于上述技术方案中，当冷启动时，燃烧装置通过所述第一三通电磁阀由所述燃气瓶获取可燃气体，通过所述第二三通电磁阀由所述空压机获取空气，空气和可燃气体在燃烧装置混合后燃烧，产生大量的热量，采用该热量对所述冷却液回路中的冷却液进行加热，使得冷却液的温度能够快速提高，从而使得燃料电池中的电堆内部的温度快速升高，缩短冷启动的时间。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为现有技术中燃料电池加热系统的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种燃料电池加热系统的结构示意图；
图3为本申请另一实施例提供的一种燃料电池加热系统的结构示意图；
图4为本申请另一实施例提供的一种燃料电池加热系统的结构示意图；
图5为本申请另一实施例提供的一种燃料电池加热系统的结构示意图；
图6为本申请另一实施例提供的一种燃料电池加热系统的结构示意图；
图7为本申请另一实施例提供的一种燃料电池加热系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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。
为了解决现有技术中燃料电池启动速度慢的问题，本实用新型提出了一种燃料电池加热系统，该系统能实现燃料电池冷启动过程中采用将一部分燃气瓶内的可燃气体以及一部分空压机输出的空气注入燃烧装置，在所述燃烧装置中混合后燃烧，采用燃烧产生的热量对冷却液管路中的冷却液进行加热，使得冷却液能够快速升温，然后采用经过燃烧装置升温后的冷却液对燃料电池内的电堆进行加热，从而加速电堆内部的温升，缩短冷启动的时间，防止了电堆内部扩散层(阴极区域)的结冰。具体的，参见图2，本申请实施例公开的燃料电池加热系统包括：
燃气瓶1，所述燃气瓶1为用于向燃料电池提供可燃气体的气瓶，其内部存储有高压可燃气体，该气瓶可以为氢气瓶或者是内部存储有其他可燃气体的气瓶或汽缸；
第一三通电磁阀2，所述第一三通电磁阀2的第一端与所述燃气瓶1的出气口相连，所述第一三通电磁阀2的第二端与燃料电池的燃气入口相连，所述第一三通电磁阀2可以根据控制信号使得第一三通电磁阀2的第一端与所述第一三通电磁阀2的第二端之间导通，或者是根据控制信号使得第一三通电磁阀2的第一端与所述第一三通电磁阀2的第三端之间导通，例如，在冷启动时，控制信号控制第一三通电磁阀2的第一端与所述第一三通电磁阀2的第三端之间导通，在正常启动时，控制信号控制第一三通电磁阀2的第一端与所述第一三通电磁阀2的第二端之间导通；
空压机3，在所述空压机3启动时，外部空气由空压机3进气口流入空压机3，空压机3对流入的气体直接增压，当冷启动时，通过第二三通电磁阀4将增压后的空气引入所述燃烧装置7，当正常启动时，通过所述第二三通电磁阀4将增压后的空气引入所述燃料电池；
第二三通电磁阀4，所述第二三通电磁阀4的第一端与所述空压机3的出气口相连，所述第二三通电磁阀4的第二端与燃料电池的空气入口相连；所述第二三通电磁阀4可以根据控制信号使得第二三通电磁阀4的第一端与所述第二三通电磁阀4的第二端之间导通，或者是根据控制信号使得第二三通电磁阀4的第一端与所述第二三通电磁阀4的第三端之间导通，例如，在冷启动时，控制信号控制第二三通电磁阀4的第一端与所述第二三通电磁阀4的第三端之间导通，在正常启动时，控制信号控制第二三通电磁阀4的第一端与所述第二三通电磁阀4的第二端之间导通；
燃烧装置7，所述燃烧装置7的第一进气口与所述第一三通电磁阀2的第三端相连，所述燃烧装置7的第二进气口与所述第二三通电磁阀4的第三端相连，所述燃烧装置7用于将由所述第一三通电磁阀2流入的燃气与由所述第二三通电磁阀4流入的空气混合后燃烧，采用燃烧产生的热量对燃料电池的冷却液回路中的冷却液进行加热，当冷启动时，燃烧装置7通过所述第一三通电磁阀2由所述燃气瓶1获取可燃气体，通过所述第二三通电磁阀4由所述空压机3获取空气，空气和可燃气体在燃烧装置7混合后燃烧，产生大量的热量，采用该热量对所述冷却液回路中的冷却液进行加热，使得冷却液的温度能够快速提高，从而使得燃料电池中的电堆内部的温度快速升高，缩短冷启动的时间。
具体的，当燃料电池发动机有启动需求时，可以通过比较器根据当前环境温度及燃料电池发动机冷却液温度，判定当前是否需要进行燃烧加热，例如，当比较器判定当环境温度低于第一预设温度t1，燃料电池发动机冷却液进出水温度低于第二预设温度t2时，表明燃料电池发动机为冷启动，需要开启所述燃烧装置7，其中，所述比较器可以由两个子比较器和一个逻辑与门实现，其中，一个子比较器的输入分别为当前环境温度和第一预设温度t1，另一个子比较器的输入分别为冷却液进出水温度和第二预设温度t2，两个子比较器的输出作为逻辑与门的两个输入，所述逻辑与门的输出作为所述比较器的比较结果，根据比较结果即可判定是否为冷启动。
当判定为冷启动时，控制所述第一三通电磁阀2以及所述第二三通电磁阀4的第一端与第三端之间导通，第一端与第二端之间截止；
所述冷却回路可以采用现有的结构，即，此时，冷却回路的冷却水的路径为：电堆冷却水路出口--水泵11--加热器10--节温器9--燃烧装置7--电堆冷却水路入口。
此外，为了防止燃烧装置7所释放的热量过度，从而使得所述冷却回路中的冷却液的温度过高，参见图3，本申请上述实施例公开的技术方案中，还可以设置有第一比例阀5和第二比例阀6；所述第一比例阀5设置在所述第一三通电磁阀2的第三端与所述燃烧装置7的第一进气口之间；所述第比例阀设置在所述第二三通电磁阀4的第三端与所述燃烧装置7的第一进气口之间。控制器可以通过调节所述第一比例阀5和第二比例阀6的开度来调节所述燃烧装置7所释放的热量。具体的，所述第一比例阀5和第二比例阀6的开度与所述燃料电池中电镀的升温速率有关，此时，同样也可以采用比较器 控制器的方式来实现所述第一比例阀5和第二比例阀6开度的调节；例如，通过温度采集装置采集所述燃料电池的电堆的升温速率，比较器在获取到所述升温速率后将其与第一预设速率进行对比，输出比较结果，通过温度采集装置采集所述冷却液的升温速率，比较器在获取到所述升温速率后将其与第二预设速率进行对比输出比较结果，将两个比较器的比较结果作为逻辑或门的输入，控制器依据所述逻辑或门的比较结果输出用于控制所述第一比例阀5和第二比例阀6的开度增大或减小的控制信号。
并且，所述控制器在开启所述第一比例阀5和第二比例阀6时，可以根据燃料电池中电堆的当前温度或冷却水的当前温度控制所述第一比例阀5和第二比例阀6的开度，该开度已经存储于预设映射表中，所述控制器只需在获取到所述电堆的当前温度或冷却水的当前温度后由映射表中调取对应的开度值，并将其输出值所述第一比例阀5和第二比例阀6即可，当第一比例阀5和第二比例阀6开启以后，在根据冷却水或电堆的温度变化速度调节所述第一比例阀5和第二比例阀6的开度即可。
参见图3，在本申请实施例公开的技术方案中，所述冷却液回路可以包括：
散热器8、水泵11、加热器10、节温器9、出水管路a和进水管路b；
所述进水管路b穿过所述燃烧装置7，经过与所述燃烧装置7热交换后出水管路a的出水端与所述燃料电池的冷却水入口相连；
所述出水管路a的进水端与所述燃料电池的冷却水出口相连；所述出水管路a的出水口与所述进水管路b的第一进水口、以及所述散热器8的进水口相连，所述进水管路b的第二进水口与所述散热器8的出水口相连；
所述加热器10的第一端作为所述进水管路b的第一进水口；
所述水泵11设置于所述出水管路a中；
所述节温器9的第一端与所述加热器10的端之间贯通，所述节温器9的第二端作为所述进水管路b的第二进水口，所述节温器9的第三端与所述燃料电池的冷却水入口贯通，所述节温器9三端之间的导通状态依据启动需求而定，例如，当为冷启动时，所述节温器9的第一端与第三端之间导通，第二端与第三端之间截止，当正常冷启动时，所述节温器9的第一端与第三端之间截止，第二端与第三端之间导通。
进一步的，上述方案中，燃气和空气在所述加热装置中燃烧以后，会排除大量的高温气体，为了回收高温气体的能量，参见图4，在本申请上述实施例公开的技术方案中，还可以包括：
第一热量回收管路12，所述第一热量回收管路12的进气口与所述燃烧装置7的出气口相连，所述第一热量回收管路12的出气口与所述空压机3的进气口相连，当冷启动时，所述第一热量回收管路12将所述燃烧装置7排出的高温气体引入所述空压机3的进气口，进而使其热量重新流回至所述加热装置继续对冷却液进行加热。
进一步的，用户或控制器可以依据需求控制是否采用所述第一热量回收管路12对燃烧装置7排出的热量进行回收，针对于此，参见图5，所述第一热量回收管路12具有进气口、第一出气口和第二出气口；
所述第一热量回收管路12的进气口与所述燃烧装置7的出气口相连，所述第一热量回收管路12的第一出气口与所述空压机3的进气口相连，所述第一热量回收管路12的第二出气口与外界贯通；
所述第一热量回收管路12内设置有第三三通电磁阀13，所述第三三通电磁阀13用于实现所述第一热量回收管路12进气口与第一出气口和第二出气口之间的导通状态的切换。
与上述方案相对的，为了实现对燃烧装置7排出的高温气体高效利用，也可以直接将所述燃烧装置7排出的高温气体引入所述燃料电池，直接采用这些高温气体对燃料电池内的电堆进行加热，具体的，参见图6，上述燃料电池加热系统中，还可以设置有第二热量回收管路14，所述第二热量回收管路14的进气口与所述燃烧装置7的出气口相连，所述第二热量回收管路14的出气口与所述燃料电池的空气入口相连。
对应的，参见图7，所述第二热量回收管路14也可以设置有一个进气口两个出气口(第一出气口和第二出气口)；
所述第二热量回收管路14的进气口与所述燃烧装置7的出气口相连，所述第二热量回收管路14的第一出气口与所述燃料电池的空气入口相连，所述第二热量回收管路14的第二出气口与外界贯通；
所述第二热量回收管路14内设置有第四三通电磁阀15，所述第四三通电磁阀15用于实现所述第二热量回收管路14进气口与第一出气口和第二出气口之间的导通状态的切换。
可选的，上述燃料电池加热系统中，还包括：
整车控制器，所述控制器用于提供本方案中各个电磁三通阀和比例阀的状态控制信号，例如，所述整车控制器的输出端与所述第一三通电磁阀2、第二三通电磁阀4、第一比例阀5和第二比例阀6的控制端相连，所述整车控制器的输出端用于提供控制所述第一三通电磁阀2、第二三通电磁阀4、第一比例阀5和第二比例阀6的工作状态的控制信号。
本申请上述实施例公开的技术方案，通过采用压空压机3直接大功率大流量增压技术，将空压机3输出的热空气与燃料电池的催化剂层(电堆位置)进行热传递，缩短了加热的时间。并且，采用燃料电池尾气再循环的结构回收了热量，节约了能量。并且，通过控制器将电堆的单片电压控制在0.8v以下，在保证快速冷启动的同时能够降低开机时的电压，提高了膜电极的可靠性。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
1.一种燃料电池加热系统，其特征在于，包括：
燃气瓶；
第一三通电磁阀，所述第一三通电磁阀的第一端与所述燃气瓶的出气口相连，所述第一三通电磁阀的第二端与燃料电池的燃气入口相连；
空压机；
第二三通电磁阀，所述第二三通电磁阀的第一端与所述空压机的出气口相连，所述第二三通电磁阀的第二端与燃料电池的空气入口相连；
燃烧装置，所述燃烧装置的第一进气口与所述第一三通电磁阀的第三端相连，所述燃烧装置的第二进气口与所述第二三通电磁阀的第三端相连，所述燃烧装置用于将由所述第一三通电磁阀流入的燃气与由所述第二三通电磁阀流入的空气混合后燃烧，采用燃烧产生的热量对燃料电池的冷却液回路中的冷却液进行加热。
2.根据权利要求1所述的燃料电池加热系统，其特征在于，还包括：
第一比例阀，所述第一比例阀设置在所述第一三通电磁阀的第三端与所述燃烧装置的第一进气口之间；
第二比例阀，所述第比例阀设置在所述第二三通电磁阀的第三端与所述燃烧装置的第一进气口之间。
3.根据权利要求1所述的燃料电池加热系统，其特征在于，所述冷却液回路包括：
散热器、水泵、加热器、节温器、出水管路和进水管路；
所述进水管路穿过所述燃烧装置，经过与所述燃烧装置热交换后出水管路的出水端与所述燃料电池的冷却水入口相连；
所述出水管路的进水端与所述燃料电池的冷却水出口相连；所述出水管路的出水口与所述进水管路的第一进水口、以及所述散热器的进水口相连，所述进水管路的第二进水口与所述散热器的出水口相连；
所述加热器的第一端作为所述进水管路的第一进水口；
所述水泵设置于所述出水管路中；
所述节温器的第一端与所述加热器的端之间贯通，所述节温器的第二端作为所述进水管路的第二进水口，所述节温器的第三端与所述燃料电池的冷却水入口贯通。
4.根据权利要求1所述的燃料电池加热系统，其特征在于，还包括：
第一热量回收管路，所述第一热量回收管路的进气口与所述燃烧装置的出气口相连，所述第一热量回收管路的出气口与所述空压机的进气口相连。
5.根据权利要求4所述的燃料电池加热系统，其特征在于，所述第一热量回收管路具有进气口、第一出气口和第二出气口；
所述第一热量回收管路的进气口与所述燃烧装置的出气口相连，所述第一热量回收管路的第一出气口与所述空压机的进气口相连，所述第一热量回收管路的第二出气口与外界贯通；
所述第一热量回收管路内设置有第三三通电磁阀，所述第三三通电磁阀用于实现所述第一热量回收管路进气口与第一出气口和第二出气口之间的导通状态的切换。
6.根据权利要求5所述的燃料电池加热系统，其特征在于，还包括：
第二热量回收管路，所述第二热量回收管路的进气口与所述燃烧装置的出气口相连，所述第二热量回收管路的出气口与所述燃料电池的空气入口相连。
7.根据权利要求6所述的燃料电池加热系统，其特征在于，所述第一热量回收管路具有进气口、第一出气口和第二出气口；
所述第二热量回收管路的进气口与所述燃烧装置的出气口相连，所述第二热量回收管路的第一出气口与所述燃料电池的空气入口相连，所述第二热量回收管路的第二出气口与外界贯通；
所述第二热量回收管路内设置有第四三通电磁阀，所述第四三通电磁阀用于实现所述第二热量回收管路进气口与第一出气口和第二出气口之间的导通状态的切换。
8.根据权利要求2所述的燃料电池加热系统，其特征在于，还包括：
整车控制器，所述整车控制器的输出端与所述第一三通电磁阀、第二三通电磁阀、第一比例阀和第二比例阀的控制端相连，所述整车控制器的输出端用于提供控制所述第一三通电磁阀、第二三通电磁阀、第一比例阀和第二比例阀的工作状态的控制信号。
技术总结