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【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于能源技术应用,具体属于一种带有余热回收的车载sofc辅助电源系统及方法。
技术介绍
1、目前锂离子电池作为电动汽车的主要动力设备,其具有能量密度高、生命周期长、自放电率低和无记忆效应等优势。但是仅采用锂电池作为动力设备的汽车存在续航里程短、低温启动时电池效率低的问题,因此需要设置相应的辅助电源设备。
2、固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,sofc)在650℃至1000℃的温度下能够将燃料中的化学能稳定地转化为电能,其具有效率高,燃料适用范围广,对环境友好和排气温度高等优势,但是也存在启动时间和响应时间较慢的问题。基于sofc启动时间较慢但是效率高的特点,可以将其作为辅助电源设备为电动汽车充电或者为其他设备供电。此外,sofc在运行的过程中能够产生高温尾气,为了利用这部分能量,余热回收系统常常被用来将sofc产生的高温尾气转化电能或者热能储存起来。然而,现有余热回收系统所需要的设备较多,存在系统体积规模较大的缺点,不太适合用于车载sofc辅助电源系统。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中存在的问题,本专利技术提供一种带有余热回收的车载sofc辅助电源系统及方法,其结构合理,系统复杂程度降低,在对能量梯级利用的基础上,有效地解决了传统余热回收系统体积大、不易携带的问题。同时sofc作为辅助电源系统,可以解决电动汽车续航里程短、低温启动时效率低以及sofc启动和响应时间较慢的问题。
2、为实现上述目的,本专利技术提供如
3、进一步的,相变材料蓄热器的第二入口与汽车空调系统的空气出口连通,相变材料蓄热器的第二出口与车厢连通用于将加热空气通入车厢,实现车厢供热。
4、进一步的,汽车空调系统空气出口与热电制冷系统冷端入口连通,热电制冷系统冷端的出口与车厢连通,热电制冷系统的热端与环境连通,电池组与热电制冷系统电连接用于对空气进行降温实现车厢供冷。
5、进一步的,相变材料蓄热器的第三入口与电池组冷却系统的冷却液出口连通用于为冷却液加热,相变材料蓄热器的第三出口与电池组冷却液进口连通用于利用高温冷却液实现低温下电池组的冷启动。
6、进一步的,热电发电机的热端出口与大气连通,相变材料蓄热器的第一出口与大气连通。
7、进一步的,sofc辅助电源系统包括燃料泵、鼓风机、燃料预热器、空气预热器、燃料混合器、固体氧化物燃料电池、后燃烧室,其中:
8、燃料泵出口与燃料预热器冷侧的入口连通,燃料预热器冷侧的出口与燃料混合器的入口连通,燃料混合器的出口与固体氧化物燃料电池的阳极入口相连;
9、鼓风机出口与空气预热器冷侧的入口相连,空气预热器冷侧的出口与固体氧化物燃料电池的阴极入口相连;
10、固体氧化物燃料电池的阳极出口与阴极出口均与后燃烧室的入口相连,同时固体氧化物燃料电池的阳极出口还与燃料混合器的进口连通;
11、后燃烧室出口与燃料预热器热侧的入口相连,燃料预热器热侧的出口与空气预热器热侧的入口相连接,空气预热器热侧的出口与热电发电机的热端入口相连。
12、进一步的,固体氧化物燃料电池采用多个串联或者并联的30单元阳极支撑电堆。
13、进一步的,热电发电机为多个串并联的半导体温差发电片组成,热电发电机的冷端与外界环境或者冷却水接触。
14、进一步的,所述相变材料蓄热器采用中温相变材料。
15、本专利技术还提供一种带有余热回收的车载sofc辅助电源系统的工作方法,具体步骤如下:
16、1)当sofc辅助电源系统处于工作状态时,sofc辅助电源系统的高温尾气进入热电发电机的热端,在温差作用下,热电发电机产生电势差并为电池组进行充电,电池组为电动汽车提供驱动力;
17、2)在热电发电机的高温尾气进入相变材料蓄热器进行放热,相变材料蓄热器中相变材料吸热发生相变将热量存储,寒冷环境的条件下,空气和冷却液通入相变材料蓄热器中进行换热,利用高温空气实现车厢供热,利用高温冷却液实现低温下电池组的冷启动。
18、与现有技术相比,本专利技术至少具有以下有益效果:
19、本专利技术提供一种带有余热回收的车载sofc辅助电源系统,采用热电发电机和相变材料蓄热器等结构简单以及体积较小的装置,能够在减小余热回收系统尺寸的基础上实现热量的梯级利用;sofc和热电发电机产生的电能可以为电池组充电从而提高电动汽车的行驶里程。相变材料蓄热器能够将sofc高温尾气中的热量储存起来,当在寒冷环境下又可以将储存的热量释放出来从而加热电池组和为车厢供热,在一定程度上可以解决电池组低温启动效率低的问题和节省供热所需的电能。
20、此外,因为sofc仅作为辅助电源系统,不直接作为动力系统为电动汽车提供动力,所以可以避免sofc启动和响应时间慢对电动汽车动力的影响。
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1.一种带有余热回收的车载SOFC辅助电源系统,其特征在于,包括SOFC辅助电源系统,热电发电机(8)、相变材料蓄热器(9)、电池组(10),SOFC辅助电源系统的高温尾气出口与热电发电机(8)的热端进口连通,热电发电机(8)的热端出口与相变材料蓄热器(9)的第一入口连通,SOFC辅助电源系统和热电发电机(8)用于为电池组(10)供电,电池组(10)用于为电动汽车提供驱动力或为车载设备供电,相变材料蓄热器(9)用于对空气和冷却液加热,高温空气用于实现车厢供热,高温冷却液用于实现低温下电池组的冷启动。
2.根据权利要求1所述的一种带有余热回收的车载SOFC辅助电源系统,其特征在于,相变材料蓄热器(9)的第二入口与汽车空调系统的空气出口连通,相变材料蓄热器(9)的第二出口与车厢连通用于将加热空气通入车厢,实现车厢供热。
3.根据权利要求1所述的一种带有余热回收的车载SOFC辅助电源系统,其特征在于,汽车空调系统空气出口与热电制冷系统(11)冷端入口连通,热电制冷系统(11)冷端的出口与车厢连通,热电制冷系统(11)的热端与环境连通,电池组(10)与热电制冷系统
4.根据权利要求1所述的一种带有余热回收的车载SOFC辅助电源系统,其特征在于,相变材料蓄热器(9)的第三入口与电池组冷却系统的冷却液出口连通用于为冷却液加热,相变材料蓄热器(9)的第三出口与电池组(10)冷却液进口连通用于利用高温冷却液实现低温下电池组的冷启动。
5.根据权利要求1所述的一种带有余热回收的车载SOFC辅助电源系统,其特征在于,热电发电机(8)的热端出口与大气连通,相变材料蓄热器(9)的第一出口与大气连通。
6.根据权利要求1所述的一种带有余热回收的车载SOFC辅助电源系统,其特征在于,SOFC辅助电源系统包括燃料泵(1)、鼓风机(2)、燃料预热器(3)、空气预热器(4)、燃料混合器(5)、固体氧化物燃料电池(6)、后燃烧室(7),其中:
7.根据权利要求6所述的一种带有余热回收的车载SOFC辅助电源系统,其特征在于,固体氧化物燃料电池(6)采用多个串联或者并联的30单元阳极支撑电堆。
8.根据权利要求1所述的一种带有余热回收的车载SOFC辅助电源系统,其特征在于,热电发电机(8)为多个串并联的半导体温差发电片组成,热电发电机(8)的冷端与外界环境或者冷却水接触。
9.根据权利要求1所述的一种带有余热回收的车载SOFC辅助电源系统,其特征在于,所述相变材料蓄热器(9)采用中温相变材料。
10.权利要求1所述一种带有余热回收的车载SOFC辅助电源系统的工作方法,其特征在于,具体步骤如下:
...【技术特征摘要】
1.一种带有余热回收的车载sofc辅助电源系统,其特征在于,包括sofc辅助电源系统,热电发电机(8)、相变材料蓄热器(9)、电池组(10),sofc辅助电源系统的高温尾气出口与热电发电机(8)的热端进口连通,热电发电机(8)的热端出口与相变材料蓄热器(9)的第一入口连通,sofc辅助电源系统和热电发电机(8)用于为电池组(10)供电,电池组(10)用于为电动汽车提供驱动力或为车载设备供电,相变材料蓄热器(9)用于对空气和冷却液加热,高温空气用于实现车厢供热,高温冷却液用于实现低温下电池组的冷启动。
2.根据权利要求1所述的一种带有余热回收的车载sofc辅助电源系统,其特征在于,相变材料蓄热器(9)的第二入口与汽车空调系统的空气出口连通,相变材料蓄热器(9)的第二出口与车厢连通用于将加热空气通入车厢,实现车厢供热。
3.根据权利要求1所述的一种带有余热回收的车载sofc辅助电源系统,其特征在于,汽车空调系统空气出口与热电制冷系统(11)冷端入口连通,热电制冷系统(11)冷端的出口与车厢连通,热电制冷系统(11)的热端与环境连通,电池组(10)与热电制冷系统(11)电连接用于对空气进行降温实现车厢供冷。
4.根据权利要求1所述的一种带有余热回收的车载sofc辅助电源系统,其特征在于,相变材料蓄热器(9)的第三入口与电池组冷...
【专利技术属性】
技术研发人员:李国君,伊炳尧,薛顶喜,张兄文,蒋世用,
申请(专利权)人:西安交通大学,
类型:发明
国别省市:
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