CN115004424A - 燃料电池系统联合体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种燃料电池系统联合体，其包括至少两个耦合的且能够在不同的负载点运行的燃料电池系统(A，B)，其中每个燃料电池系统(A，B)经由冷却剂输入管路(1A，1B)和冷却剂输出管路(2A，2B)分别连接于具有循环的冷却剂的冷却回路(3A，3B)。根据本发明，所述冷却回路(3A，3B)经由共同的返回管路(4)耦合，经由所述共同的返回管路能够给所述冷却剂输入管路(1A，1B)供应冷却剂，其中至少一个辅助设备(5，6)、例如电加热装置(5)和/或加热装置热交换器(6)的回流部(5)连接于所述共同的返回管路(4)。

Description

燃料电池系统联合体
技术领域
本发明涉及一种具有权利要求1前序部分的特征的燃料电池系统联合体。这种燃料电池系统联合体包括多个耦合的且能够在不同的负载点运行的燃料电池系统。
背景技术
燃料电池系统使燃料、例如氢气通过与氧气结合而氧化。在该过程中，电子被释放并且形成电压，该电压可以通过施加到适当的电阻上来做功。在连续供应燃料和氧气的情况下，该过程可以几乎任意长时间地运行。
在燃料电池系统中运行的电化学过程带有损失，因为包含在燃料中的能量的一部分被转换为热。这必须借助于适当的冷却装置来消散，以保持该系统的效率和寿命。需消散的热的量主要取决于该系统的运行参数。
通常采用的冷却方法是将燃料电池系统连接于冷却回路。该冷却回路的冷却剂被泵送通过该燃料电池系统的适当的通道，从而使其在通过系统的过程中吸收和运走热量。接着，又借助于适当的冷却装置、例如热传递装置将所吸收的热从冷却剂中取出，从而使得该冷却剂可以重新用来冷却该燃料电池系统。在此，一般在该冷却回路中接入辅助设备，该辅助设备利用该燃料电池系统的废热，例如用来加热乘客舱，和/或在外部温度低时加热该燃料电池系统。
如果为了覆盖提高的功率需求而将多个燃料电池系统耦合成一个联合体，则由于结构空间所限，该系统的所需的冷却常常被认为是很难的。此外，如果将至少一个辅助设备接入到冷却系统中，则进一步提高到了复杂性。
发明内容
因此，本发明的目的在于，使得至少一个辅助设备到包括多个燃料电池系统的联合体中的接入变得简单。此外，应提高该辅助设备的效率。
为了解决该任务，提供一种具有权利要求1的特征的燃料电池系统联合体。本发明的有利的实施方式可以由从属权利要求中得出。
提出了一种燃料电池系统联合体，其包括至少两个耦合的且能够在不同的负载点运行的燃料电池系统。每个燃料电池系统经由冷却剂输入管路和冷却剂输出管路分别连接于具有循环的冷却剂的冷却回路。根据本发明，所述冷却回路同样被耦合，确切地说经由一共同的返回管路耦合，经由所述共同的返回管路能够给所述冷却剂输入管路供应冷却剂。此外，一具有至少一个辅助设备连接于所述共同的返回管路。该辅助设备例如可以是电加热装置和/或加热装置热交换器。
通过冷却回路的耦合，节省了管路长度，从而降低了结构空间需求和成本。同时，降低了冷却剂量。如果辅助设备是电加热装置，则其可以在冷启动时被用来加热所有耦合的燃料电池系统。因为通过该电加热装置加热的冷却剂经由所述回流部进入到所述共同的返回管路中并且从这里分配到单个燃料电池系统的冷却剂输入管路上。由此，该电加热装置可以用作用于所有燃料电池系统的停车加热装置。因此，结果是提高了电加热装置的效率。
优选地，至少两个辅助设备经由所述回流部连接于所述共同的返回管路。该至少两个辅助设备可以并联或串联地连接。优选地，电加热装置作为第一辅助设备并且加热装置热交换器作为第二辅助设备。借助于加热装置热交换器可以例如实现舱内加热。为此目的，加热装置热交换器可以利用燃料电池系统的废热。因此，优选地，该加热装置热交换器在入流侧(至少间接地)连接于燃料电池系统的至少一个冷却剂输出管路。
在本发明的进一步方案中提出，所述燃料电池系统的冷却剂输出管路能够分别经由分支阀和分支管路与各自的燃料电池系统的相应的冷却剂输入管路连接。由此，可以将从燃料电池系统排出的或变热的冷却剂导入到冷却剂输入管路中，以便对其进行调温。因为每个燃料电池系统配备有自己的分支阀和自己的分支管路，所以该调温对于每个系统个性化地、确切地说优选根据负载进行。为此目的，分支阀优选实施为3/2换向阀和/或能够无级调节。
因为分支管路引导变热的冷却剂，所以作为进一步的措施建议：所述至少一个辅助设备的入流部连接于至少一个分支管路。通过这种方式可以利用该燃料电池系统的废热来提高该辅助设备的效率。在该情况下，辅助设备优选是加热装置热交换器和/或电加热装置。有利地，该辅助设备在入流侧连接于所有的分支管路，从而可以利用所有燃料电池系统的废热。
为了给该辅助设备供应限定量的、变热的冷却剂，优选在该回流部中设置泵。在此，它可以例如涉及简单的泵，其按照水泵的类型构成。
此外，优选还在所述燃料电池系统的冷却剂输入管路中分别设置泵。经由借助于所述泵产生的冷却剂体积流分别将限定量的冷却剂从所述共同的返回管路中分出并且供应给各自的燃料电池系统。因此，借助于所述泵可以将冷却剂分配到不同的冷却回路。
此外，借助于所述泵可以从各自的分离管路中抽吸变热的冷却剂。因此，优选地，所述燃料电池系统的分支管路分别在所述泵的上游供入到各自的冷却剂输入管路中。
有利地，在所述冷却回路中或者在所述共同的返回管路中设置至少一个热传递装置。借助于该热传递装置又可以从变热的、经由冷却剂输出管路从燃料电池系统输出的冷却剂中抽取热。如果每个冷却回路具有热传递装置，则该热传递装置分别布置在所述共同的返回管路的上游。替换地，可以在所述共同的返回管路中对于多个冷却回路设置一个热传递装置。通过这种方式可以进一步降低空间需求。
经由所述至少一个热传递装置，限定量的、经冷却的冷却剂进入到所述共同的返回管路中，其在那里与来自分支管路的、限定量的、经加热的冷却剂混合。
附图说明
下面借助附图详细阐述本发明。附图中：
图1示出本发明的燃料电池系统联合体的示意图；
图2示出图2中的连接上的辅助设备区域中的放大的局部；并且
图3示出图2中示出的实施方式的变型。
具体实施方式
从图1中示例性地得出燃料电池系统联合体，其包括两个燃料电池系统A和B。每个燃料电池系统A、B可以在不同的负载点运行。因此，燃料电池系统A、B的冷却需求可以变化。所以，给每个燃料电池系统A、B配置一冷却回路3A、3B，其中在本情况下冷却回路3A、3B经由共同的返回管路4耦合。据此，同一冷却剂在这两个冷却回路3A、3B中循环。
第一燃料电池系统A经由第一冷却剂输入管路1A和第一冷却剂输出管路2A连接至冷却回路3A。第二燃料电池系统B经由第二冷却剂输入管路1B和第二冷却剂输出管路2B连接至冷却回路3B。在每个冷却回路3A、3B中设置一热传递装置12A、12B，以便将热从变热的、从燃料电池系统A、B经由各自的冷却剂输出管路2A、2B导入到各自的冷却回路3A、3B中的冷却剂除去。热传递装置12A、12B分别在共同的返回管路4的上游接收在各自的冷却回路3A、3B中。替换地，热传递装置12可以布置在共同的返回管路4中。
为了个别地调节燃料电池系统A、B的各自的冷却剂输入管路1A、1B中的冷却剂的温度，可以将变热的冷却剂从冷却剂输出管路2A、2B导入到冷却剂输入管路1A、1B中。为此目的，冷却剂输出管路2A、2B分别经由分支阀7A、7B和分支管路8A、8B与相应的冷却剂输入管路1A、1B连接。分支管路8A、8B分别在泵11A、11B的上游通入到各自的冷却剂输入管路1A、1B中。借助于所述泵11A、11B可以给每个燃料电池系统A、B供应实际所需量的冷却剂。
此外，在图1中示出的燃料电池系统联合体具有两个辅助设备6，它们集成到包括入流部9和回流部5的辅助回路中。在图2中非常放大地示出该辅助回路。辅助设备6经由具有多个分支部的入流部9连接于所述分支管路8A、8B。经由设置在入流部9中的泵10向辅助设备6供应来自分支管路8A、8B的冷却剂。该辅助设备6在本情况中并联连接，但是也可以串联连接，如示例性地在图3中所示的那样。辅助设备6经由所述辅助回路的回流部5连接于所述共同的返回管路4。
在本情况中，辅助设备6是电加热装置6.1，借助于该电加热装置可以在冷启动时将变热的冷却剂供应给燃料电池系统A、B。由此，该电加热装置6.1可以用作用于所有燃料电池系统A、B的停车加热装置。此外，借助于该电加热装置6.1加热的冷却剂量只需走过短的冷却剂距离至燃料电池系统A、B。此外，只需加热相对少量的冷却剂，从而提高了停车加热装置的效率。
在本情况中，第二辅助设备6是加热装置热交换器6.2，其利用燃料电池系统A、B的废热来加热乘客舱。为此目的，经由分支管路8A、8B和入流部9将来自燃料电池系统A、B的、变热的冷却剂供应给加热装置热交换器6.2。通过这种方式可以利用燃料电池系统A、B的废热来提高加热装置热交换器6.2的效率。

Claims (7)

1.一种燃料电池系统联合体，其包括至少两个耦合的且能够在不同的负载点运行的燃料电池系统(A，B)，其中每个燃料电池系统(A，B)经由冷却剂输入管路(1A，1B)和冷却剂输出管路(2A，2B)分别连接于具有循环的冷却剂的冷却回路(3A，3B)，
其特征在于，所述冷却回路(3A，3B)经由共同的返回管路(4)耦合，经由所述共同的返回管路能够给所述冷却剂输入管路(1A，1B)供应冷却剂，其中一具有至少一个辅助设备(6)、例如电加热装置(6.1)和/或加热装置热交换器(6.2)的回流部(5)连接于所述共同的返回管路(4)。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统联合体，
其特征在于，至少两个辅助设备(6.1，6.2)经由所述回流部(5)连接于所述共同的返回管路(4)，该至少两个辅助设备并联或串联地连接。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统联合体，
其特征在于，所述燃料电池系统(A，B)的冷却剂输出管路(2A，2B)能够分别经由分支阀(7A，7B)和分支管路(8A，8B)与各自的燃料电池系统(A，B)的相应的冷却剂输入管路(1A，1B)连接。
4.根据权利要求3所述的燃料电池系统联合体，
其特征在于，所述至少一个辅助设备(6)的入流部(9)连接于至少一个分支管路(8A，8B)，其中优选在该回流部(9)中设置泵(10)。
5.根据权利要求中任一项所述的燃料电池系统联合体，
其特征在于，在所述燃料电池系统(A，B)的冷却剂输入管路(1A，1B)中分别设置泵(11A，11B)。
6.根据权利要求5所述的燃料电池系统联合体，
其特征在于，所述燃料电池系统(A，B)的分支管路(8A，8B)分别在所述泵(11A，11B)的上游通入到各自的冷却剂输入管路(1A，1B)中。
7.根据前述权利要求中任一项所述的燃料电池系统联合体，
其特征在于，在所述冷却回路(3A，3B)中或者在所述共同的返回管路(4)中设置至少一个热传递装置(12A，12B)。
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