CN213565505U - 用于燃料电池汽车的组合式冷却系统及包括其的燃料电池汽车 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于燃料电池汽车的组合式冷却系统和包括该组合式冷却系统的燃料电池汽车。所述组合式冷却系统包括：燃料电池冷却系统；动力电池冷却系统；与燃料电池冷却系统和动力电池冷却系统的管道并联的热交换器；以及设置在热交换器与燃料电池冷却系统和/或动力电池冷却系统之间的电磁阀。本实用新型公开的组合式冷却系统不仅能降低燃料电池的低温冷起动时间，还能够节约动力电池冷却系统中的加热器的功率消耗。

Description

用于燃料电池汽车的组合式冷却系统及包括其的燃料电池 汽车

技术领域

本实用新型涉及燃料电池汽车，尤其涉及一种用于燃料电池汽车的组合式冷却系统。

背景技术

在燃料电池汽车中，同时存在两套电能供给系统，即燃料电池系统和动力电池系统。这两套系统相互配合，以满足燃料电池汽车对驾驶机动性和续航里程的需求。在正常工作状态下，燃料电池系统和动力电池系统会产生大量热量，因而都需要被冷却。由于燃料电池系统正常工作时的冷却温度远高于动力电池系统正常工作时的冷却温度，导致两者无法共用一套冷却系统，即各自需要具备独立的冷却系统。其中，燃料电池系统由于工作时发热量较大，一般采用水冷系统，而动力电池根据实际应用情况可以采用空调制冷剂冷却、水冷和风冷系统。

通常，上述的燃料电池冷却系统和动力电池冷却系统中还各自集成有加热器。燃料电池系统中的加热器用于在燃料电池汽车低温冷起动时为燃料电池加热，以快速起动燃料电池。当燃料电池正常工作后，其工作产生的热量足以抵消耗散到外界冷空气中的热量，此时燃料电池系统中的加热器将停止工作，并且其冷却风扇等部件将开始工作，以进一步耗散掉多余的热量。动力电池系统中的加热器用于在燃料电池汽车在低温下持续工作时为动力电池加热，以将其温度升高或维持在较佳的工作温度范围内，因为此时动力电池工作所产生的热量可能不足以抵消耗散到外界冷空气中的热量。

当前，由于燃料电池系统中的加热器的功率受限，导致燃料电池汽车的低温冷起动时间较长，因而驾驶机动性降低。此外，当燃料电池汽车在低温下持续运行时：一方面，燃料电池冷却系统中的冷却风扇等部件工作以耗散掉燃料电池工作所产生的多余热量；另一方面，动力电池冷却系统中的加热器工作来为动力电池提供热量，这无疑增大了整个燃料电池汽车的额外的电力消耗，其与燃料电池汽车的环保节能理念是相悖的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提出一种改进的用于燃料电池汽车的组合式冷却系统。

本实用新型公开了一种用于燃料电池汽车的组合式冷却系统，其包括：燃料电池冷却系统，所述燃料电池冷却系统包括供冷却液流动的管道，并且集成有第一加热器；动力电池冷却系统，所述动力电池冷却系统也包括供冷却液流动的管道，并且集成有第二加热器；热交换器，所述热交换器包括形成第一通路的第一入口和第一出口，以及形成第二通路的第二入口和第二出口，所述热交换器通过所述第一入口和第一出口与所述燃料电池冷却系统的管道并联，并通过所述第二入口和第二出口与所述动力电池冷却系统的管道并联；以及设置在所述热交换器与所述燃料电池冷却系统和/或动力电池冷却系统之间的电磁阀。

在一种实施方式中，所述电磁阀包括设置在所述热交换器的第一入口与所述燃料电池冷却系统之间的第一电磁阀，和/或设置在所述热交换器的第一出口与所述燃料电池冷却系统之间的第二电磁阀。

在一种实施方式中，所述电磁阀包括设置在所述热交换器的第二入口与所述动力电池冷却系统之间的第一电磁阀，和/或设置在所述热交换器的第二出口与所述动力电池冷却系统之间的第二电磁阀。

在一种实施方式中，所述动力电池冷却系统用于冷却动力电池，其还包括第二循环泵和制冷器，所述动力电池、制冷器、第二循环泵串联连接并形成串联回路，并且所述第二加热器设置在所述串联回路与所述热交换器之间。

在一种实施方式中，所述热交换器包括两根相互盘绕的散热管，所述第一入口和第一出口分别是其中一根散热管的入口和出口，而所述第二入口和第二出口分别是另一根散热管的入口和出口。

在一种实施方式中，所述热交换器包括外壳体和位于所述外壳体内的散热管，所述第一入口和第一出口分别是所述外壳体或所述散热管的入口和出口，而所述第二入口和第二出口分别是所述散热管或所述外壳体的入口和出口。

在一种实施方式中，两根散热管中的冷却液或外壳体与散热管中的冷却液相向流动。

在一种实施方式中，所述燃料电池冷却系统和动力电池冷却系统与所述热交换器并联的管道中设置有节流口。

在一种实施方式中，所述热交换器的第一入口和第二入口附近设置有水泵。

本实用新型还公开了一种燃料电池汽车，其包括如上所述的组合式冷却系统。

根据本实用新型的用于燃料电池汽车的组合式冷却系统在现有的燃料电池冷却系统和动力电池冷却系统之间连接有热交换器等部件。在燃料电池低温冷起动时，可以借助动力电池系统的加热器进行辅助加热，缩短燃料电池低温冷起动时间。此外，在低温环境下，可以利用燃料电池产生的多余的热量来提高或维持动力电池系统的工作温度，节约动力电池冷却系统中的加热器的功率消耗。

附图说明

提供说明书附图以帮助阅读者更透彻地理解本实用新型，其中：

图1是根据本实用新型的一个实施例的用于燃料电池汽车的组合式冷却系统的示意图；

图2是根据本实用新型的另一实施例的用于燃料电池汽车的组合式冷却系统的示意图；以及

图3是根据本实用新型的又一实施例的用于燃料电池汽车的组合式冷却系统的示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本实用新型进行描述。应当理解，提供具体实施例仅是出于便于透彻理解本实用新型的目的，而不旨在限制本实用新型。因此，以下实施例只是示例性的，并且本实用新型的保护范围仅由所附权利要求限定。

图1示意性地示出了根据本实用新型的一个实施例的用于燃料电池汽车的组合式冷却系统。该冷却系统包括燃料电池冷却系统1、动力电池冷却系统2、热交换器3以及电磁阀4。

所述燃料电池冷却系统1采用水冷的冷却方式，其用于冷却燃料电池11，并且包括第一循环泵12、第一加热器13、冷却风扇14、三通阀15以及连接上述各部件的管道，该管道供冷却液在其中流动。在图1所示的示例中，燃料电池11、循环泵12和加热器13串联连接，并且冷却风扇14与加热器13并联连接。三通阀15设置在冷却液流入加热器13和冷却风扇14的分支点处，其包括位于干路的第一端口15a、位于加热器13的支路的第二端口15b以及位于冷却风扇14的支路的第三端口15c。当燃料电池低温冷起动时，三通阀15的第一端口15a与第二端口15b连通，使得管道中的冷却液仅流经加热器13而被加热，并在循环泵12的作用下流到燃料电池11附近以为其提供热量。当燃料电池起动后，其工作产生大量热量因而需要散热。此时，三通阀15的第一端口15a和第三端口15c连通，使得管道中的冷却液仅流经冷却风扇14而被降温，进而流到燃料电池11附近以带走其一部分热量。然而，本领域技术人员将理解，燃料电池冷却系统1的各部件可以以任何其他合适的方式连接。例如，该燃料电池冷却系统1可以不包括三通阀15，并且循环泵12、加热器13和冷却风扇14能够与燃料电池11简单地串联连接。

所述动力电池冷却系统2也采用水冷的冷却方式，其用于冷却动力电池21，并且包括第二循环泵22、第二加热器23、制冷器24以及连接上述各部件的管道，该管道供冷却液在其中流动。在图1所示的示例中，动力电池21、制冷器24、第二循环泵22和第二加热器23串联连接。然而，本领域技术人员将理解，燃料电池冷却系统1的各部件可以与动力电池21以任何其他合适的方式连接。

上述燃料电池冷却系统1和动力电池冷却系统2中采用的冷却液可以是水，也可以是任何其它合适的冷却液。

所述热交换器3并联连接在所述燃料电池冷却系统1和动力电池冷却系统2之间。具体地，所述热交换器3包括形成第一通路的第一入口31a和第一出口31b，以及形成第二通路的第二入口32a和第二出口32b。所述热交换器3通过所述第一入口31a和第一出口31b与所述燃料电池冷却系统1的管道并联，使得燃料电池冷却系统1中的冷却液能够流入热交换器3中；并且通过所述第二入口32a和第二出口32b与所述动力电池冷却系统2的管道并联，使得动力电池冷却系统2中的冷却液能够流入热交换器3中，以实现两者的热交换。如图1所述，来自燃料电池冷却系统1的冷却液与来自动力电池冷却系统2的冷却液在热交换器3中相向流动，以增大两者的热交换效率。

所述热交换器3可以采用任何合适的构造。例如，该热交换器3可以包括两根相互盘绕的散热管，所述第一入口31a和第一出口31b分别是其中一根散热管的入口和出口，而所述第二入口32a和第二出口32b分别是另一根散热管的入口和出口。可替代地，该热交换器3可以包括外壳体和位于外壳体内的散热管，所述第一入口31a和第一出口31b分别是外壳体的入口和出口，而所述第二入口32a和第二出口32b分别是散热管的入口和出口，反之亦然。

所述电磁阀4包括：第一电磁阀41，其设置在热交换器3的第一入口31a和燃料电池冷却系统1之间；以及第二电磁阀42，其设置在热交换器3的第一出口31b和燃料电池冷却系统1之间。在燃料电池11低温冷起动时，所述第一电磁阀41和第二电磁阀42打开，由此借助动力电池冷却系统2中的加热器23作为辅助加热源来加热燃料电池11，从而缩短燃料电池11的低温冷起动时间。在低温环境条件下，所述第一电磁阀41和第二电磁阀42保持打开，利用燃料电池11产生的多余的热量来提高或维持动力电池21的工作温度，节约动力电池冷却系统2中的加热器23的功率消耗。当动力电池21的温度上升到合适的温度范围内时，可以关闭所述电磁阀4，并实时监测该动力电池21的温度，以通过该电磁阀4对动力电池21的温度进行闭环控制。

随着动力电池21持续工作以及环境温度的变化，当动力电池的温度上升到超出其合适的温度范围时，所述电磁阀4应当完全关闭。此时，动力电池冷却系统2中的制冷器24启动，以耗散多余的热量。

从以上描述可知，根据本实用新型的组合式冷却系统的热交换器3仅在低温环境下(例如环境温度低于0℃)起作用。在环境温度舒适或较高时，通过电磁阀4的关闭来阻断燃料电池冷却系统1和动力电池冷却系统2之间的热交换，使得燃料电池冷却系统1和动力电池冷却系统成为两套独立的冷却系统，分别用于冷却燃料电池和动力电池等部件。

值得注意的是，为了避免流入热交换器3内的冷却液的流量过小，可以在燃料电池冷却系统1和动力电池冷却系统2与热交换器3并联的管道中设置节流口。所述节流口可以采用本领域中常用形式的节流口，诸如针阀式节流口、偏心式节流口、轴向三角槽式节流口、轴向缝隙式节流口等。替代地，可以在热交换器3的第一入口31a和第二入口32a附近设置小型水泵。

图2示意性地示出了根据本实用新型的另一实施例的用于燃料电池汽车的组合式冷却系统。其与图1中示出的构造基本相同，区别仅在于电磁阀4’(第一电磁阀41’和第二电磁阀42’)的位置。

具体地，在图2所示的示例中，第一电磁阀41’位于热交换器3的第二入口32a和动力电池冷却系统2之间，而第二电磁阀42’位于热交换器3的第二出口32b和动力电池冷却系统2之间。图2中所示的电磁阀4’的工作过程与图1中所示的电磁阀4的工作过程类似，在此不再赘述。

值得强调的是，根据本实用新型的组合式冷却系统可以具备所述第一电磁阀41,41’和第二电磁阀42,42’中的一个、两个、三个或四个。

图3示意性地示出了根据本实用新型的又一实施例的用于燃料电池汽车的组合式冷却系统。其与图1中示出的构造基本相同，区别仅在于第二加热器23’的位置。

具体地，在图3所示的示例中，动力电池21、第二循环泵22和制冷器24串联连接并形成串联回路，并且第二加热器23’安装在该串联回路与热交换器3之间。在这种构造中，所述第二加热器23’距离热交换器3更近，从而提高了燃料电池11低温冷起动期间第二加热器23’作为辅助加热源的加热效率。由此，进一步缩短了燃料电池11的低温冷起动时间。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区别类似的对象，并不用于描述特定的顺序或先后次序。应当理解，被冠以“第一”、“第二”或“第三”等的对象在适当的情况下可以互换。

尽管以上公开了本实用新型的具体实施例，但是本领域技术人员可以理解的是，在不脱离本实用新型的精神和范围的条件下，可以进行各种修改、替换和变化。因此，本实用新型的范围不局限于上述具体实施例，而是仅由所附权利要求限定。

附图标记：

1 燃料电池冷却系统

11 燃料电池

12 第一循环泵

13 第一加热器

14 冷却风扇

15 三通阀

15a 第一端口

15b 第二端口

15c 第三端口

2 动力电池冷却系统

21 动力电池

22 第二循环泵

23,23’ 第二加热器

24 制冷器

3 热交换器

31a 第一入口

31b 第一出口

32a 第二入口

32b 第二出口

4,4’ 电磁阀

41,41’ 第一电磁阀

42,42’ 第二电磁阀。

Claims (10)

1.一种用于燃料电池汽车的组合式冷却系统，其特征在于，包括：

燃料电池冷却系统(1)，所述燃料电池冷却系统(1)包括供冷却液流动的管道，并且集成有第一加热器(13)；

动力电池冷却系统(2)，所述动力电池冷却系统(2)也包括供冷却液流动的管道，并且集成有第二加热器(23，23’)；

热交换器(3)，所述热交换器(3)包括形成第一通路的第一入口(31a)和第一出口(31b)，以及形成第二通路的第二入口(32a)和第二出口(32b)，所述热交换器(3)通过所述第一入口(31a)和第一出口(31b)与所述燃料电池冷却系统(1)的管道并联，并通过所述第二入口(32a)和第二出口(32b)与所述动力电池冷却系统(2)的管道并联；以及

设置在所述热交换器(3)与所述燃料电池冷却系统(1)和/或动力电池冷却系统(2)之间的电磁阀(4)。

2.根据权利要求1所述的组合式冷却系统，其特征在于，所述电磁阀(4)包括设置在所述热交换器(3)的第一入口(31a)与所述燃料电池冷却系统(1)之间的第一电磁阀(41)，和/或设置在所述热交换器(3)的第一出口(31b)与所述燃料电池冷却系统(1)之间的第二电磁阀(42)。

3.根据权利要求1或2所述的组合式冷却系统，其特征在于，所述电磁阀(4)包括设置在所述热交换器(3)的第二入口(32a)与所述动力电池冷却系统(2)之间的第一电磁阀(41’)，和/或设置在所述热交换器(3)的第二出口(32b)与所述动力电池冷却系统(2)之间的第二电磁阀(42’)。

4.根据权利要求1所述的组合式冷却系统，其特征在于，所述动力电池冷却系统(2)用于冷却动力电池(21)，其还包括第二循环泵(22)和制冷器(24)，所述动力电池(21)、制冷器(24)、第二循环泵(22)串联连接并形成串联回路，并且所述第二加热器(23’)设置在所述串联回路与所述热交换器(3)之间。

5.根据权利要求1所述的组合式冷却系统，其特征在于，所述热交换器(3)包括两根相互盘绕的散热管，所述第一入口(31a)和第一出口(31b)分别是其中一根散热管的入口和出口，而所述第二入口(32a)和第二出口(32b)分别是另一根散热管的入口和出口。

6.根据权利要求1所述的组合式冷却系统，其特征在于，所述热交换器(3)包括外壳体和位于所述外壳体内的散热管，所述第一入口(31a)和第一出口(31b)分别是所述外壳体或所述散热管的入口和出口，而所述第二入口(32a)和第二出口(32b)分别是所述散热管或所述外壳体的入口和出口。

7.根据权利要求5或6所述的组合式冷却系统，其特征在于，两根散热管中的冷却液或外壳体与散热管中的冷却液相向流动。

8.根据权利要求1所述的组合式冷却系统，其特征在于，所述燃料电池冷却系统(1)和动力电池冷却系统(2)与所述热交换器(3)并联的管道中设置有节流口。

9.根据权利要求1所述的组合式冷却系统，其特征在于，所述热交换器(3)的第一入口(31a)和第二入口(32a)附近设置有水泵。

10.一种燃料电池汽车，其包括根据权利要求1-9中任一项所述的组合式冷却系统。

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