CN107431221A - 用于冷却燃料电池的冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于冷却燃料电池系统(2)中的燃料电池(3)的冷却装置(15)，包含至少两个流体连接的冷却回路(16，17)，液态冷却介质在冷却回路中流动，其中所述第一冷却回路(16)包括第一冷却剂泵(18)、燃料电池换热器(6)、加热装置(19)以及增压空气冷却器(20)，所述增压空气冷却器与流向燃料电池(3)的经压缩的空气发生热交换接触，且其中所述第二冷却回路(17)包括用于冷却所述液态冷却介质的冷却换热器(23)。本发明的冷却装置的特征在于，设有至少另一冷却剂泵(22)。

Description

用于冷却燃料电池的冷却装置

技术领域

本发明涉及一种如权利要求1的前序所详细定义的类型的、用于冷却燃料电池系统中的燃料电池的冷却装置。

背景技术

现有技术中已揭示过用于冷却燃料电池的冷却装置。特别是就燃料电池或燃料电池系统的车辆应用而言，起决定性作用的一方面是高效的冷却，另一方面是在冷起动情形下快速加热燃料电池的能力。

同类型的DE 102 03 311 B4详细揭示过一种包含冷却回路的燃料电池系统。出于上述原因，此冷却回路具有可控制的冷却器旁路，用以在常规工作中使液态冷却介质流过冷却换热器，并针对冷起动情形绕过此冷却换热器，进而更快地将此燃料电池加热。除燃料电池换热器以外，这个通过冷却器旁路实现的“小”冷却回路包括增压空气冷却器以及冷却剂泵。这样一来，在冷起动情形下便能通过燃料电池换热器借助源自增压空气冷却器的热量相对较快地将燃料电池加热。藉此，在常规工作中通过燃料电池换热器既将增压空气冷却器冷却，也将燃料电池冷却，其中在增压空气冷却器和燃料电池换热器中经加热的液态冷却介质通过冷却换热器冷却。同类型的现有技术中描述的冷却装置结构主要有两个缺陷。尽管增压空气冷却器和燃料电池换热器在小冷却回路中的布局能够实现燃料电池在冷起动情形下的快速加热，但另一方面，对于常规工作，即就针对燃料电池的冷却工作而言，述及的先流过增压空气冷却器再流过燃料电池的结构的缺陷在于，在流入燃料电池换热器之前，冷却介质已因增压空气冷却器而经过相对较大程度的加热。这对燃料电池的高效冷却造成负面影响。另一重大缺陷在于，冷却剂泵必须适用于冷却装置的最高负荷工作。故对于冷起动情形以及小冷却回路的工作而言，冷却剂泵具有过大尺寸，且该处的所需体积流量和输送率均相应具有较差的效率。这是一个巨大缺陷，因为在这些情形下，为加热燃料电池而需要的所有功率首先必须来自一电能存储器，例如电池。故在此情形下低效的冷却剂泵导致需要相对较大的电能存储装置，进而存在安装空间及成本方面的缺陷。特别是就在车辆中的应用而言这是巨大的缺陷。

在其他现有技术中，以EP 1 836 742 B1的形式揭示过一种类似的结构，其包含划分成多个支路的主冷却回路，以及在冷起动情形下工作的具有燃料电池换热器和加热装置的小冷却回路。如图所示，此结构特别复杂，并且需要多个阀装置，其相应地需要大量安装空间以及造成控制需求及成本。这个方案的另一缺陷在于，通过膨胀机并且因此间接通过主冷却剂泵来驱动小冷却回路中的冷却剂泵。此结构的效率相应较差，故与前述实施例相比，主冷却剂泵针对冷起动情形所需要的功率更高，因而除已述及的缺陷以外，此装置具有在冷起动中之高功率需求方面的重大缺陷。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种针对燃料电池系统中的燃料电池的冷却装置，其与现有技术相比有所改进，并且特别是避免上述缺陷。

本发明用以达成上述目的的解决方案为一种具有权利要求1的特征的冷却装置。本发明的冷却装置的有利设计方案和改进方案参阅从属权利要求。

就本发明的冷却装置而言，与同类型的现有技术类似，所述冷却装置具有至少两个流体相连的冷却回路，液态冷却介质在冷却回路中流动。其中所述第一冷却回路包括第一冷却剂泵、燃料电池换热器、加热装置以及增压空气冷却器。所述第二冷却回路包括用于冷却所述冷却介质的冷却换热器。根据本发明，设有另一冷却剂泵。可以如此操作所述结构，使得例如就冷起动情形而言，所述第一冷却回路大体借助其冷却剂泵、燃料电池换热器、增压空气冷却器以及加热装置工作。借助所述加热装置，且一旦通过压缩后热的供给空气开始朝向燃料电池阴极侧送风，便将热量输入第一冷却回路中的液态冷却介质。因为这个第一冷却回路能够独立于第二冷却回路工作，故能够在热质量相应较小的情况下，借助源自经压缩的供给空气的热量和通过所述加热装置(例如电阻加热装置)送入的热量实现燃料电池的高效加热。由于第一冷却回路能够独立于第二冷却回路工作，防止液态冷却介质在冷却换热器中的冷却，从而相应较快地将所述结构加热。

不同于现有技术中揭示的、包含围绕冷却换热器的冷却器旁路的解决方案，所述结构的决定性优势在于，借助通常无需在加热燃料电池的情形下工作的第二冷却剂泵，能够实现液态冷却介质在第一冷却回路中的相对高效的循环。亦即，与现有技术中的泵相比，能够将第一冷却剂泵优化，以减小体积流量和输送率。这样便能在第一冷却剂泵的针对所述用途的理想效率下，为加热燃料电池实现液态冷却介质的极高效的循环。特别是在车辆中(其中冷却剂泵所需的电功率(至少在开始阶段)源自电能存储装置)的应用中，就电能存储装置的容量和结构而言，上述情形为显著优点。

在需要冷却燃料电池的常规工作情形下，例如在配设有燃料电池系统的车辆的满负荷运行中冷却燃料电池时，借助两个先后串联的冷却剂泵来输送液态冷却介质。这样便能相应实现较大的体积流量，不过各冷却剂泵可优化成小的并且针对其中需要承担液态冷却介质的体积流量输送的主要负荷的相应工作情形而言是高效。亦即，例如可采用两个较小且低成本的泵，其一起提供所需的最大流率，以及，在这些泵单独工作时，能够在高效率下提供较小的体积流量。

根据本发明的冷却装置的另一非常有利的设计方案，所述增压空气冷却器沿所述冷却介质的流向设于所述燃料电池换热器下游。在常规工作中，所述增压空气冷却器的这个沿冷却介质的流向设于燃料电池换热器下游的布局确保：在进入燃料电池前，冷却介质不会因该增压空气冷却器而已大幅升温——该大幅升温将呈现严重的缺陷。确切而言，借助所述布局能够使相对较冷的冷却介质流过燃料电池，从而可靠且高效地将燃料电池冷却。其中在冷却介质重新离开燃料电池或燃料电池换热器时，该冷却介质的温度总是仍足以将压缩后的相对较热的供给空气冷却一定程度，以满足燃料电池的安全工作的需求。在增压空气冷却器之后，所述冷却介质具有相应较高的温度。理想情形下，所述冷却介质在冷却工作中或多或少地直接流动至冷却换热器。能够在这个冷却换热器中实现的冷却通常取决于环境空气与流入冷却换热器的液态冷却介质之间的温差。这个温差越大，即液态冷却介质在冷却装置的这个位置上的温度越高(通常在不加以控制的环境温度下)，冷却效果便越好越高效。亦即，借助增压空气冷却器的沿冷却介质的流向的布局(在理想情形下直接设于冷却换热器上游)，因此实现液态冷却介质的特别高效的冷却。与此对应地，可以减小所述冷却换热器的表面面积，或者在表面面积相同的情况下提高冷却效率。这特别是在车辆应用中具有决定性优势，因为通常因设计规格来提供冷却换热器的可用面积，这就常规的燃料电池用冷却装置而言具有重大缺陷，因为与内燃机相比燃料电池的工作温度相对较低。借助增压空气冷却器的所述沿流向设于燃料电池换热器下游的布局，能够显著减小此缺陷。

在需要加热燃料电池的加热工作中，就本发明的冷却装置而言，仅使得相对较小的热质量流过所述第一冷却回路。在此情形下，增压空气冷却器沿冷却介质的流向设于燃料电池上游还是设于燃料电池下游是近乎无关紧要的。基于液态冷却介质的在第一冷却回路中的相对较短的行程长度，即便在采用上述布局的情况下，在流过整个第一回路后，源自增压空气冷却器的热量也被相对高效地送入燃料电池换热器。基于上述在常规工作中的优势，总是优选采用根据本发明的这个设计方案的布局。此外，将所述增压空气冷却器与所述燃料电池换热器布置在同一(小)冷却回路中的优点在于，针对燃料电池阴极侧的空气和针对燃料电池换热器的冷却介质通过增压空气冷却器得到均匀调温。这样便实现燃料电池中的良好水平衡。通过燃料电池自身借助燃料电池换热器以及借助自增压空气冷却器流动至燃料电池阴极侧的空气实现的均匀升温，除良好的水平衡以外，也减小热应力向燃料电池的区域的输入，这有助于延长燃料电池的寿命，因为与燃料电池自身与流入燃料电池的空气有较大温差的情形相比，燃料电池叠堆的夹紧装置和密封件承受的负荷大幅减小。

根据本发明的冷却装置的另一非常有利的设计方案，还设有用于至少间接对所述冷却回路中之一中的空间进行加热的空间换热器。这种空间换热器用于对设于燃料电池系统的区域内的空间进行加热。在优选应用于车辆时，所述空间换热器特别是可以是用于加热车内的内腔换热器。根据一种非常有利的改进方案，所述空间换热器设于所述第一冷却回路中。亦即，所述空间换热器可以特别有利的方式与燃料电池、加热装置以及增压空气冷却器和第一冷却剂泵一起设于第一冷却回路中。这样一来，在车辆起动后，能够通过空间换热器非常早地实现对空间特别是对车辆内腔的加热，从而为车辆的使用者提供较高的热舒适性。

根据另一非常有利的设计方案，所述第二冷却回路具有两个子回路，两者均包括一个冷却剂泵，其中所述空间换热器与所述加热装置设于同一子回路中，且其中所述燃料电池换热器设于另一子回路中。借助这个将第一冷却回路划分成两个子回路的结构，这些分别具有一个冷却剂泵的子回路能够相互独立地工作。特定而言，这样便能针对空间，特别是针对车辆内腔提供较高的舒适性。亦即，可借助仅一个具有冷却剂泵、空间换热器和加热装置的子回路的工作来实现对空间的加热，而无需为此将燃料电池或燃料电池系统一起加热或起动。另一方面，第二冷却回路的工作也仅将燃料电池加热，而不将内腔一起加热。也可以使空间换热器不被室内空气流过，但在此情形下，在小冷却回路中存在空间换热器的额外的流阻，故借助包含子回路的替代性结构，能够将为通过第一冷却回路加热燃料电池所需的能量进一步优化。

根据本发明的冷却装置的另一设计方案，所述空间换热器也可以设于所述冷却换热器的冷却器旁通管路中。所述空间换热器可作为冷却换热器的替代方案，或作为其补充被并联流过，并且因此针对需要将空间加热的情形，特别是在燃料电池系统的常规工作中能对冷却介质的冷却进行协助。同时能够节省构件，因为借助在冷却器旁通管路中的布局，针对具有相似功能的空间换热器无需附加管路支路。

此外，根据本发明的冷却装置的另一非常有利的设计方案，可以沿流向在所述燃料电池换热器上游设有至少一个加热换热器，其用于对分配给该加热换热器的组件进行加热。亦即，这种加热换热器可用于加热另一组件或者另一介质。这样便通过加热换热器实现液态冷却介质在冷却回路中的冷却。例如可将所述加热换热器应用在燃料电池系统中，以针对燃料电池将经膨胀的燃料加热。例如若采用源自压缩气体存储器的在70MPa的额定压力下的氢气，则在将氢气导入燃料电池前，通常需要将此氢气减压至一个低得多的压力水平。在这个减压至较低压力水平的过程中，氢气大幅冷却。这可能会在燃料电池中导致热应力，并有可能导致水分的凝结(在最不利的情形下为冻结)。故通常将经膨胀的氢气加热。这可借助加热换热器实现，其在本发明的冷却装置中根据所述有利设计方案沿流向设于所述燃料电池换热器上游。这样便能在燃料电池换热器上游进一步降低液态冷却介质的温度，从而在常规工作中实现燃料电池的特别高效的冷却。

所述加热换热器优选可在所述第二冷却回路中沿流向设于所述冷却换热器下游。作为将经膨胀的氢气加热的替代或补充方案，也可以将所述加热换热器用于加热水分离剂，例如位于燃料电池的阴极排出空气中的水分离剂，从而防止其冻结。借助这两个可以相互替代或相互串联的(优选以先流过针对经膨胀的燃料的加热换热器，再流过针对水分离剂的加热换热器的方式布置的)功能，总是减小液态冷却介质的温度，这有助于燃料电池的冷却。

根据一种有利改进方案，所述加热换热器可以与离子交换器串联或者并联的方式一起被所述液态冷却介质流过。在离子交换器的区域内也将温度降低。此外，所述液态冷却介质的相对较低的温度有助于延长离子交换器的寿命。其中根据一种有利改进方案，所述离子交换器和所述加热换热器均可与所述冷却剂泵中之一并联布置。这样便在针对燃料电池的冷却工作中实现冷却介质的充分通流，而无需使所述液态冷却介质的整个体积流量流过构件，因为这一方面不必要，另一方面会导致较高的压力损失和不佳的能效。

附图说明

本发明之冷却装置的其他有利设计方案由其他从属权利要求给出，并结合实施例阐释，下文将参照附图对实施例进行详细说明。

其中：

图1为燃料电池车辆的原理图；

图2为处于两个不同工作状态下的冷却装置的第一可行实施方式；

图3为处于两个不同工作状态下的冷却装置的第二可行实施方式；以及

图4为处于三个不同工作状态下的冷却装置的第三可行实施方式。

具体实施方式

图1以大幅简化的方式示出车辆1。此车辆1应构建为燃料电池车辆。针对车辆1的电驱动功率通过燃料电池系统2提供，所述燃料电池系统在图1中以大幅简化的方式示出。燃料电池3构成燃料电池系统2的核心，所述燃料电池特别是优选以PEM工艺实施为单电池的叠堆。仅示例性地，在燃料电池3内示出有一个共用的阳极区4、一个共用的阴极区5以及一个用于燃料电池3的调温的燃料电池换热器6。

为燃料电池3的阳极区4提供充当燃料的氢气。该氢气在例如70MPa的额定压力下储存在压缩气体储存器7中，并且通过调节及计量单元8流动至燃料电池3的阳极区4。在此处示出的实施例中，未消耗的燃料通过废气管路9从燃料电池3的阴极区5进入下文还将详细说明的排风管路10的区域。通过空气输送装置11将充当供氧剂的空气提供给燃料电池3的阴极区5。这个空气输送装置11例如可构建为流式压缩机。源自燃料电池3的阴极区5的残余空气通过已述及的排风管路10到达排风涡轮机12，在该排风涡轮机的区域内至少部分地自排出空气回收热能和压力能。此外，借助通过排风管路10流动的排出空气将通过废气管路9自阳极区4流出的、总是含有残余氢气的废气稀释。此外，在燃料电池3的阳极侧上可额外设有所谓的“阳极回路”。其未在图中示出。但该阳极回路已为燃料电池技术领域的技术人员所熟知，故能毫无问题地增补。类似情况也适用于阴极侧上的空气加湿器。

此外，为防止排风涡轮机12受液滴影响，在排风管路10中通常额外设有液体分离剂或水分离剂13。这个水分离剂13将液滴自处于排风管路10的排出空气分离，并以液态形式将此液滴排出。排出空气自身通过排风管路10进一步流动至排风涡轮机12。排风涡轮机12与空气输送装置11一起布置在一个共用的轴上，该轴还与电机14建立起作用性连接。此电机14特别是能提供除排风涡轮机12所提供之功率以外所需的、用于驱动空气输送装置11的功率。在某些情形下，当在排风涡轮机12的区域内积累的功率高于空气输送装置11所需功率时，电机14还能够作为发电机来运行。这个结构同样为本领域技术人员所熟知，并且常被称作电动涡轮增压器、ETC(Electric Turbo Charger)或马达助力涡轮增压器(电动辅助的涡轮增压器)。

为在常规工作中通过燃料电池换热器6将燃料电池3冷却，在车辆1中还设有冷却装置15。在此处示出的实施例中，冷却装置15包括第一冷却回路16，其亦可称作小冷却回路。这个第一冷却回路与第二(大)冷却回路17建立起流体连接。所述液态冷却介质在第一冷却回路16的区域内通过第一冷却剂泵18输送，并流过针对液态冷却介质的加热装置19，其在所示实施例中构建为电阻加热装置。所述加热装置也可以其他方式构建，具体方式例如为，通过火焰燃烧或催化燃烧使氢气发生反应，并将废热输送至液态冷却介质。此外，在所述第一冷却回路中设有增压空气冷却器20。这个增压空气冷却器20构建为换热器，其一侧被在空气输送装置11下游通向燃料电池的阴极区5的经压缩的热供给空气流过。增压空气冷却器20的为此发生导热接触的另一侧被该液态冷却介质流过。藉此将热压缩的热空气冷却，使得燃料电池3不会因空气而承受热负荷，并且防止该燃料电池的膜片干燥。与此同时，所述液态冷却介质当然会因增压空气冷却器20而升温。该第一冷却回路16内的另一组件是空间换热器21，其用于视需要对车辆内腔进行加热，具体方式为，空间换热器21如箭头所示被流入车辆1内腔或在此内腔中循环的空气流过。

第一冷却回路16的另一部件是已述及的沿流向设于空间换热器21下游及增压空气冷却器20上游的、用于燃料电池3的调温的燃料电池换热器6。视需要而定，借助这个燃料电池换热器6能够针对冷起动情形将燃料电池3加热，或者能够在常规工作中将废热自燃料电池3排出。第一冷却回路16通常在冷起动情形下工作，具体方式为，液态冷却介质自冷却剂泵18出发首先流过空间换热器21，随后流过燃料电池换热器6，而后流过增压空气冷却器20，最后流过加热装置19。其中第一冷却回路16相对较小，并具有相应较小的热质量。这样一来，通过借助来自增压空气冷却器20的压缩增压空气以及视需要借助加热装置19输入的能量，能够实现组件特别是燃料电池3的快速加热。视需要而定，可以同时将车辆内腔加热，具体方式为，使得空气流过空间换热器21。

对于车辆1中的燃料电池系统2的常规工作而言，通常设有第一冷却回路16与第二冷却回路17的组合，所述第二冷却回路具有另一冷却剂泵22以及用于将热量排入车辆1的环境的冷却换热器23。例如为在燃料电池系统2的电气满负荷下，例如在车辆1以高速驶上坡道的情况下，通过燃料电池换热器6将燃料电池3充分冷却，通过两个在此串联的冷却剂泵18、22实现液态冷却介质的循环。藉此，两个冷却剂泵18、22兼具相对较大的体积流量和适当的结构尺寸。这样便能通过燃料电池换热器6实现燃料电池3的极佳冷却。具体而言，可视需要液态冷却介质以与冷却换热器23并联的方式流过空间换热器21，以将更多的热量自液态冷却介质排出，在此情形下排入车辆1的内腔。

所述结构的另一优点在于，增压空气冷却器20沿液态冷却介质的流向布置在燃料电池换热器6下游。这样便能将所述液态冷却介质在流入燃料电池换热器6时的输入温度设定得非常小，从而实现燃料电池3的理想冷却。燃料电池3的温度通常低于100℃，故即便在燃料电池3下游，所述液态冷却介质仍总是足够“冷”，足以在增压空气冷却器中将经压缩的通常约200℃的供给空气冷却至足够低的程度，使得燃料电池即便在满负荷条件下也不承受不必要的负荷。在此种满负荷情形下，加热装置19当然断开。

自图1还可识别出充当第二冷却回路17的其他部件的加热换热器24。其用途在于，将源自压缩气体储存器7的膨胀后的相对较冷的氢气加热。这样便防止燃料电池3的阳极区4内的液体凝结。同时在加热换热器24中将所述液态冷却介质冷却，因为其将热量传递至经膨胀的氢气。在理想情形下，液态冷却介质在进入燃料电池换热器6前冷却至一低于环境温度的温度(待借助冷却换热器23实现的液态冷却介质的最低温度)。这使得燃料电池3通过燃料电池换热器6特别高效地冷却，并且实现冷却装置15的极高的冷却效率，进而防止或至少缓解因冷却装置15造成的燃料电池系统2的效率限制。这样一来，即便在高环境温度下，燃料电池车辆1也能够以高效率工作，这对车辆使用者而言为巨大优点。

随后的附图详细示出本发明的冷却装置15的其他详细实施方式，其中冷却装置处于不同工作状态下。已结合图1说明的组件通过相似的符号示出，故就此等组件而言可参照图1的描述。

图2以类似于图1的方式示出冷却装置15。第一冷却回路16在此也包括第一冷却剂泵18，沿流向在其下游设有燃料电池3的燃料电池换热器6、增压空气冷却器20以及空间换热器21和加热装置19。在调节阀25开启的情况下，在燃料电池系统2的加热模式中以此顺序流过所述构件。图2以点划线示出加热模式中的该通流状态。此外还以虚线示出在用于冷却燃料电池3的常规工作模式中的运行。为此将调节阀25完全闭合，或者在对用于内腔加热的热量有相应需求的情况下将该调节阀至少部分闭合。所述液态冷却介质的在此以虚线绘示的主要体积流量同样自第一冷却剂泵18出发穿过燃料电池3的燃料电池换热器6以及增压空气冷却器20。在增压空气冷却器20下游，所述液态冷却介质被加热至出现于冷却装置15中的最高温度，并流入冷却换热器23。借助流入冷却换热器23的液态冷却介质与环境温度的相对较大的温差，在冷却换热器23中实现冷却介质的极高效的冷却。图2至4分别示出一个与冷却换热器23并联的冷却剂补偿容器26。在冷却装置15中通常设有此冷却剂补偿容器，但对于本发明而言其具有次要意义，故在此不对其进行详细说明。

在冷却换热器23下游，所述冷却介质通过第二冷却回路17的三个并联的支路重新流动至第一冷却剂泵18。其中所述中心支路包括第二冷却剂泵22，其在相应需要高体积流量的冷却剂介质的情况下与冷却剂泵18串联工作。以与此冷却剂泵22并联，进而仅被一部分体积流量流过的方式，设有用于加热经膨胀的氢气的加热换热器24。在该加热换热器下游沿流向设有另一加热换热器27，其用于加热位于阴极区5的排风管路10中的水分离剂13。在与冷却剂泵22并联的第二管路支路中设有以28表示的离子交换器。可能需要此离子交换器，以便在燃料电池系统2工作期间持续减小液态冷却介质的传导性，进而在冷却介质的区域内以及在与冷却介质接触的接地构件的区域内避免不期望的电位。在使较冷的液态冷却介质流过这个离子交换器的情况下，离子交换器28特别高效地工作，并且有助于延长离子交换器28的寿命。故该离子交换器沿流向布置在冷却换热器23下游，以便与经相应冷却的冷却介质发生接触。其他则如上文所述，通过加热换热器24和27将位于冷却装置15外的介质加热，从而将所述液态冷却介质进一步冷却。冷却介质以相应较低的温度通过冷却剂泵18输送入燃料电池换热器6中，从而能实现燃料电池3的理想冷却。

图3所示结构类似于图2所示结构，区别主要仅在于，调节阀25自第一冷却回路16移入第二冷却回路17，并且移入位于增压空气冷却器20与冷却换热器23之间的区域。此外，空间换热器21在此位于冷却器旁路29中，可如此通过阀装置30控制该冷却器旁路，使得空间换热器21被完全或者以与冷却换热器23并联的方式部分流过(视调节阀25的位置而定)。但如图3所示，阀装置30的位置防止上述情形，具体方式为，该阀装置将冷却器旁路29相应断开并且将第一冷却回路16闭合。这样便能在不加热车辆1的内腔的情况下，通过燃料电池换热器6以类似于图2的方式加热燃料电池3。图3也以点划线示出冷却介质的此流动。在燃料电池系统2的如虚线所示的常规冷却工作中，相应切换阀装置30，使得空间换热器21与冷却换热器23如上文所述被以并联方式流过。在其他方面，所述结构的功能与图2所描述的结构对应。

冷却装置15的根据图3的实施例不能同前文描述的冷却装置15的实施例那样为车辆的乘客提供相同的舒适性。但该实施例能够加快燃料电池的加热，进而缩短车辆1的起动时间，这是巨大的优点，由此引起的舒适性损失是可被用户容忍的，或者可以借助独立的辅助加热装置来弥补。

图4示出冷却装置15的另一可行的结构。与前述实施方式的区别在于，第一冷却回路16划分成两个子回路16.1和16.2。第一子回路16.1包括第二冷却剂泵22以及空间换热器21和加热装置19。另一子回路16.2包括第一冷却剂泵18、包含燃料电池换热器6的燃料电池3以及增压空气冷却器20。与先前的附图类似，图4也以虚线示出用于加热燃料电池3的模式。在此情形下，调节阀31通常闭合，其用于将归属于第二冷却回路17的加热换热器24和27以及并联的离子交换器28接入。实现三个不同阀位的阀装置32切换至其最左侧位置，与图示不同。此时，第一冷却剂泵18所输送的液态冷却介质能够首先流过燃料电池换热器6，随后流过增压空气冷却器20，而后流过空间换热器21和加热装置19。这样便建立如点划线所示的循环。此外，借助阀装置32的这个特殊设计方案，第二冷却剂泵22在此同样已协助式介入。但也可采用包含第二冷却剂泵22的管路支路被截止的替代性设计方案。

图4也以虚线示出用于冷却燃料电池3的常规工作。在此情形下，阀装置32如图所示切换至其最右侧位置，使得具有第二冷却剂泵22的支路与冷却换热器23连接。这样便实现根据虚线的通流，其中在调节阀31开启的情况下，为冷却，所述液态冷却介质也可流过离子交换器28以及加热换热器24和27。结构与前文描述的结构对应，故在此也沿流向在冷却换热器23上游以热有效的方式设有增压空气冷却器20，用以实现尽可能高的温度，进而实现液态冷却介质在冷却换热器23中的高效冷却。

图4以虚线示出冷却装置15的模式的第三可行实施方案。在此模式中，阀装置32切换至其中间位置。这样便将所述具有第二冷却剂泵22的管路支路直接与具有加热装置19及空间换热器21的管路支路连接。这样一来，在第二冷却剂泵22和加热装置19工作时便通过子回路16.1实现对车辆1的内腔的加热，而无需流过或操作冷却装置15的其他组件。可以自此状态出发直接切换至以点划线示出的状态，从而除内腔以外也加热燃料电池3，并且随后可起动车辆1。藉此，如图4所示实施例中的冷却装置15的结构还实现针对车辆1的辅助加热功能。

总体而言，所述所有实施方式中的冷却装置15均非常高效，因为这些冷却装置总是具有热质量相对较小的第一冷却回路16，以便将燃料电池3加热至较高程度。此举可借助小且高效的第一冷却剂泵18进行，针对燃料电池3的冷却情形，通过串联连接的第二冷却剂泵22和第二冷却回路17的激活/流通来协助该第一冷却剂泵。此外，如此选择所述组件沿液态冷却介质的流向的布局，使得实现理想的热条件，并且一方面能够实现燃料电池3的极佳冷却，另一方面实现液态冷却介质在冷却换热器23和/或空间换热器21中的极佳冷却。故冷却装置15在所述所有实施方式中均特别有利，并且适于冷却特别是位于车辆1中的燃料电池系统2。当然，冷却装置15也可以有利地以所述方式应用在静态燃料电池系统2(通常无空间换热器21)中。

Claims (10)

1.一种用于冷却燃料电池系统(2)中的燃料电池(3)的冷却装置(15)，包含至少两个流体连接的冷却回路(16，17)，液态冷却介质在冷却回路中流动，其中第一冷却回路(16)包括第一冷却剂泵(18)、燃料电池换热器(6)、加热装置(19)以及增压空气冷却器(20)，所述增压空气冷却器与流向燃料电池(3)的经压缩的供给空气发生热交换接触，且其中第二冷却回路(17)包括用于冷却所述液态冷却介质的冷却换热器(23)，

其特征在于，

设有至少另一冷却剂泵(22)。

2.根据权利要求1所述的冷却装置(15)，

其特征在于，

所述增压空气冷却器(20)沿所述液态冷却介质的流向设于所述燃料电池换热器(6)下游。

3.根据权利要求1或2所述的冷却装置(15)，

其特征在于，

设有空间换热器(21)，其用于至少间接地将所述冷却回路(16，17)中的一个冷却回路中的空间加热。

4.根据权利要求3所述的冷却装置(15)，

其特征在于，

所述空间换热器(21)设于所述第一冷却回路(16)中。

5.根据权利要求3或4所述的冷却装置(15)，

其特征在于，

所述第一冷却回路(16)具有两个子回路(16.1，16.2)，这两个子回路均具有一个冷却剂泵(18，22)，其中所述空间换热器(21)与所述加热装置(19)设于同一子回路(16.1)中，且其中所述燃料电池换热器(6)设于另一子回路(16.2)中。

6.根据权利要求3、4或5所述的冷却装置(15)，

其特征在于，

所述空间换热器(21)设于绕过所述冷却换热器(23)的冷却器旁通管路(29)中。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的冷却装置(15)，

其特征在于，

沿流向在所述燃料电池换热器(6)上游设有至少一个加热换热器(24，27)，其用于加热分配给该加热换热器的组件和/或流过这个加热换热器的介质。

8.根据权利要求7所述的冷却装置(15)，

其特征在于，

所述至少一个加热换热器(24，27)设于绕过所述冷却剂泵(18，22)中之一的泵旁路中。

9.根据权利要求7或8所述的冷却装置(15)，

其特征在于，

就所述液态冷却介质的通流而言，以与所述至少一个加热换热器(24，27)并联的方式设有离子交换器(28)。

10.根据权利要求7、8或9所述的冷却装置(15)，

其特征在于，

所述至少一个加热换热器(24，27)适于加热用于所述燃料电池(3)的经膨胀的燃料和/或加热液体分离剂(13)。