CN1529376A - 两路循环控制的燃料电池热管理系统 - Google Patents

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张扬军
高
郭宫达
欧阳明高
卢青春
李希浩
聂圣芳
许家群
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    • Y02E60/50—Fuel cells

Abstract

两路循环控制的燃料电池热管理系统涉及到热工技术领域。其特征在于，在与燃料电池连接的冷却液流出管道上装有一个节温器，使该热管理系统成为双循环热管理系统，该节温器的高温出口通过管道连接散热器的入口，该散热器的出口通过管道连接冷却液流入管道，该节温器的低温出口通过管道直接连接冷却液流出管道；在冷却液流入管道或冷却液流出管道上安装有水泵。本发明利用节温器将车用燃料电池传统的单路冷却循环系统改进为双路冷却循环系统，有效避免了车用燃料电池的过冷和过热，使工作温度保持在80～90℃，保证了燃料电池高效运行。

Description

两路循环控制的燃料电池热管理系统
技术领域
两路循环控制的燃料电池热管理系统涉及到热工技术领域。
背景技术
在能源危机和环境保护的双重压力下，国际各大汽车公司都致力于研制新能源、无污染的燃料电池汽车。作为燃料电池汽车的动力核心——质子交换膜燃料电池发动机，成为燃料电池汽车研发中的关键技术之一。
质子交换膜燃料电池发动机的主要部件为质子交换膜燃料电池，其反应物是氢气和氧气，在正常稳态工作时质子膜中含有一定量的液态水(电解液)，在催化剂的作用下，氢原子分解为氢质子和电子，氢质子透过湿润的质子膜和另一侧的氧结合生成水，电子则通过外加电路提供电能。事实证明，燃料电池堆工作时对温度的要求又非常高，随着电池温度的升高，电池电压迅速增大。电压变化趋于平缓。通常在80～90℃时输出功率最大。一旦燃料电池堆温度超出80～90℃范围，热稳定性和质子传导性都将会严重下降，功率就会迅速下降；温度过高时，会使质子膜脱水，引起膜性能变差，各种极化增强，造成电池性能的下降，因而不能使质子膜燃料电池高于这一温度范围工作。夏季行驶，温度过高将严重影响电池堆热稳定性和质子传导性，使功率迅速下降，产生“过热”现象。冬季行驶，寒冷的天气将给质子交换膜燃料电池带来很大的危害。温度过低也将使燃料电池工作效率下降，产生“过冷”现象。为使燃料电池汽车行驶在各种各样的气候中，令燃料电池堆进行有效工作，提高燃料电池发动机效率，需为燃料电池发动机配备高效的热管理系统。且燃料电池汽车运行工况不断变化，在不同的工况下燃料电池的发热量不同。
现有燃料电池汽车正处于研发阶段，其热管理系统采用了单一循环控制，即所有冷却液均经过散热器，容易在冬季和低负荷工况出现过冷现象，导致燃料电池发动机功率下降，进一步影响燃料电池汽车的工作稳定性。
发明目的
本发明的目的是针对燃料电池汽车在不同气候和不同工况下的运行，提供一种两路循环控制的燃料电池热管理系统。节温器的使用使燃料电池热管理系统由单一循环控制改为两路循环控制。两路循环控制的燃料电池热管理系统包括利用散热器降温的大循环回路和自然降温的小循环回路。
本发明含有与燃料电池(1)相接的冷却液流出管道(2)、冷却液流入管道(7)，散热器(5)和水泵(8)，其特征在于，在所述冷却液流出管道(2)上装有一个节温器(3)，使该热管理系统成为双循环热管理系统；该节温器(3)的高温出口通过管道连接所述散热器(5)的入口，该散热器(5)的出口通过管道连接所述冷却液流入管道(7)，该节温器(3)的低温出口通过管道直接连接所述冷却液流入管道(7)；所述水泵(8)安装在冷却液流入管道(7)或冷却液流出管道(2)上。节温器可使用蜡式节温器或电子节温器。
本发明可有效避免了车用燃料电池发动机的过冷和过热，使工作温度保持在一定温度范围，保证燃料电池发动机高效运行。
附图说明
图1是本发明实施方式示意图。
具体实施方式
结合附图说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本实施例采用的节温器是型号为MD174234的蜡式节温器。当管道2温度较高时，节温器内蜡液融化膨胀，开启内部的上阀门，关闭内部的侧阀门；温度降低时，蜡液凝固，关闭上阀门，开启侧阀门。它有一个进液口3a和两个出液口，进液口3a和流出管道2相接，高温出液口3b(连接内部的上阀门)通过管道4连接散热器5，散热器5的出口通过管道9连接冷却液进水管道7；低温出液口3c(连接内部的侧阀门)通过管道6直接连接冷却液流入管道7，这样就形成了以散热器散热为大循环，以自然散热为小循环的双路冷却循环系统。水泵装在流入管道7上，也可装在流出管道2上。
当在高温环境或大负荷工况运行时，燃料电池内部易产生过热现象，高于某一温度上限的冷却液温度使节温器内部的上阀门打开，侧阀门关闭，冷却液从高温出口3b流出，形成大循环回路，其组成为燃料电池1，节温器3，带冷却风扇11的散热器5，水泵8和连接管道2，4，9，7。冷却液流经燃料电池1吸收热量，温度升高，经流出管道2，节温器3，管道4进入散热器5，在冷却风扇11的大力抽吸下，空气流高速从散热器通过，受热后的冷却液在流经散热器5的过程中，其热量不断散到大气中去，冷却后的冷却液经管道9，管道7，在水泵8的作用下流回燃料电池1，使燃料电池1较好地得到冷却而保持在使燃料电池发动机正常工作的温度范围。
当燃料电池在低温环境或低负荷工况运行时，采用大循环回路易使燃料电池过冷，低于温度下限的冷却液温度使节温器3的上阀门关闭，侧阀门打开，冷却液从低温出口3c流出，形成小循环回路，其组成为燃料电池1，节温器3，管道6，水泵8和管道7。冷却液流经燃料电池1吸收热量，温度升高，经管道2，节温器3，管道6，没有流经散热器5，便由管道7，在水泵8的作用下流回燃料电池1，避免了目前的燃料电池冷却系统采用的单一大循环回路造成的过冷现象。
在工况变化较大的情况下，节温器的上阀门和侧阀门部分开启以调节分别进入大小循环的冷却液比例，使冷却液不至于过冷或过热而保持在使燃料电池发动机正常工作的温度范围。
本发明对车用燃料电池热管理系统进行了改进，加装了节温器，将目前的单一循环控制的热管理系统改进为双路循环控制的热管理系统，有效避免了车用燃料电池的过冷和过热，使工作温度保持在使燃料电池发动机正常工作的温度范围，保证了燃料电池发动机的高效运行。

Claims (3)

1、两路循环控制的燃料电池热管理系统，含有与燃料电池(1)相接的冷却液流出管道(2)、冷却液流入管道(7)，散热器(5)和水泵(8)，其特征在于，在所述冷却液流出管道(2)上装有一个节温器(3)，使该热管理系统成为双循环热管理系统；该节温器(3)的高温出口通过管道连接所述散热器(5)的入口，该散热器(5)的出口通过管道连接所述冷却液流入管道(7)，该节温器(3)的低温出口通过管道直接连接所述冷却液流入管道(7)；所述水泵(8)安装在冷却液流入管道(7)或冷却液流出管道(2)上。
2、如权利要求1所述的两路循环控制的燃料电池热管理系统，其特征在于，所述节温器是蜡式节温器或电子节温器。
3、如权利要求2所述的两路循环控制的燃料电池热管理系统，其特征在于，所述蜡式节温器的型号为MD174234。
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