CN220692067U - 热管理系统及质子交换膜氢燃料电池系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种热管理系统及质子交换膜氢燃料电池系统，在热管理系统中，换热器用于电堆冷却回路的第一冷却液与散热辅助回路的第二冷却液进行热交换，由于第二冷却液温度较低，因此在进行热交换时，可以降低电堆冷却回路的第一冷却液的温度，在进行换热后，第二冷却液温度上升，则通过第一散热器对第二冷却液进行散热，以降低第二冷却液的温度。由于第一散热器不处于电堆冷却回路，第一散热器不会直接对电堆冷却回路造成影响，即使采用功率较大的第一散热器，也不会对电堆冷却回路的电导率造成影响。因此本申请的热管理系统能够降低第一冷却液的离子析出率，从而降低电堆冷却回路的电导率。

Description

热管理系统及质子交换膜氢燃料电池系统

技术领域

本申请涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种热管理系统及质子交换膜氢燃料电池系统。

背景技术

质子交换膜氢燃料电池系统(Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC)利用氢气和氧气反应产生电，其产物是水，由于反应物和产物都是清洁无污染物质，PEMFC系统在车用领域和分布式发电领域开始逐步应用。

相关技术中，在一些功率较大的PEMFC系统中，PEMFC系统的热管理系统需要匹配的散热器的功率越来越大，因此散热器的离子析出率也越高，增大了系统回路的电导率。

实用新型内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种热管理系统及质子交换膜氢燃料电池系统，降低电堆冷却回路的冷却液的离子析出率，从而降低电堆冷却回路的电导率。

根据本申请的第一方面实施例的热管理系统，包括：

电堆冷却回路，所述电堆冷却回路包括电堆；

散热辅助回路，所述散热辅助回路设有第一散热器；

换热器，所述换热器设有第一管路和第二管路；所述电堆的输出端与所述第一管路的输入端连接，所述电堆的输入端与所述第一管路的输出端连接；所述第一散热器的输入端与所述第二管路的输出端连接，所述第一散热器的输出端与所述第二管路的输入端连接；

所述换热器用于所述电堆冷却回路的第一冷却液与所述散热辅助回路的第二冷却液进行热交换。

根据本申请实施例的热管理系统，至少具有如下有益效果：本申请实施例的热管理系统中，电堆冷却回路的第一冷却液用于冷却电堆。换热器用于电堆冷却回路的第一冷却液与散热辅助回路的第二冷却液进行热交换，由于第二冷却液温度较低，因此在进行热交换时，可以降低电堆冷却回路的第一冷却液的温度，在进行换热后，第二冷却液温度上升，则通过第一散热器对第二冷却液进行散热，以降低第二冷却液的温度。因此，本申请实施例的热管理系统可以应用于功率较大的PEMFC系统中，由于第一散热器不处于电堆冷却回路，第一散热器不会直接对电堆冷却回路造成影响，即使采用功率较大的第一散热器，也不会对电堆冷却回路的电导率造成影响。本申请实施例通过换热器降低第一冷却液的温度，换热器与第一散热器相比，离子析出率更低，因此本申请实施例的热管理系统能够降低电堆冷却回路的第一冷却液的离子析出率，从而降低电堆冷却回路的电导率。

根据本申请的一些实施例，所述散热辅助回路还包括第一水泵，所述第一散热器的输出端通过所述第一水泵与所述第二管路的输入端连接。

根据本申请的一些实施例，所述散热辅助回路还包括第一膨胀水箱，所述第一膨胀水箱的输入端与所述第一散热器连接，所述第一膨胀水箱的输出端连接于所述第一水泵与所述第一散热器之间。

根据本申请的一些实施例，所述散热辅助回路设有第一支路和第二支路，所述第一支路的一端与所述第二管路的输入端连接，另一端与所述第二管路的输出端连接，所述第一支路穿设于空压机模块，所述第一支路用于降低所述空压机模块的温度；

所述第二支路的一端与所述第二管路的输入端连接，另一端与所述第二管路的输出端连接，所述第二支路穿设于电源模块，所述第二支路用于降低所述电源模块的温度。

根据本申请的一些实施例，所述散热辅助回路还包括第二散热器，所述第二散热器设于所述第一支路。

根据本申请的一些实施例，所述电堆冷却回路还包括第二水泵和过滤器，所述电堆的输入端通过所述第二水泵与所述第一管路的输出端连接；所述过滤器连接于所述第二水泵与所述第一管路的输出端之间，所述过滤器的输入端与所述第一管路的输出端连接，所述过滤器的输出端与所述第二水泵的输入端连接。

根据本申请的一些实施例，所述电堆冷却回路还包括电磁阀和加热器，所述电磁阀连接于所述过滤器与第一管路的输出端之间；所述加热器的一端连接于所述第一管路的输出端，另一端连接于所述电磁阀与所述过滤器之间。

根据本申请的一些实施例，所述电堆冷却回路还包括第二膨胀水箱和去离子器，所述去离子器的输入端连接于所述电堆的输出端，所述去离子器的输出端与所述第二膨胀水箱的输入端连接，所述第二膨胀水箱的输出端连接于所述电磁阀与所述过滤器之间。

根据本申请的一些实施例，所述电堆冷却回路还包括中冷器，所述冷器的输入端连接于所述第二水泵与所述电堆的输入端之间，所述中冷器的输出端连接于所述电堆的输出端与所述第一管路的输入端之间。

本申请第二方面实施例提供了一种质子交换膜氢燃料电池系统，包括如第一方面实施例任意一项所述的热管理系统。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

下面结合附图和实施例对本申请做进一步的说明，其中：

图1为本申请一实施例的热管理系统的结构示意图；

图2为本申请另一实施例的热管理系统的结构示意图。

附图标记：

电堆冷却回路100；电堆110；电磁阀120；过滤器130；加热器140；去离子器150；中冷器160；第二膨胀水箱170；第二水泵180；

散热辅助回路200；第一散热器210；第一水泵220；第一膨胀水箱230；第一支路240；空压机模块241；空压机控制器242；第二支路250；电源模块251；温度传感器260；第二散热器270；

换热器300。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本申请的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本申请中的具体含义。

本申请的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

参照图1至图2，本申请第一反面实施例提供了一种热管理系统，包括：

电堆冷却回路100，电堆冷却回路100包括电堆110；

散热辅助回路200，散热辅助回路200设有第一散热器210；

换热器300，换热器300设有第一管路和第二管路；电堆110的输出端与第一管路的输入端连接，电堆110的输入端与第一管路的输出端连接；第一散热器210的输入端与第二管路的输出端连接，第一散热器210的输出端与第二管路的输入端连接；

换热器300用于电堆冷却回路100的第一冷却液与散热辅助回路200的第二冷却液进行热交换。

根据本申请实施例的热管理系统，至少具有如下有益效果：本申请实施例的热管理系统中，电堆冷却回路100的第一冷却液用于冷却电堆110。换热器300用于电堆冷却回路100的第一冷却液与散热辅助回路200的第二冷却液进行热交换，由于第二冷却液温度较低，因此在进行热交换时，可以降低电堆冷却回路100的第一冷却液的温度，在进行换热后，第二冷却液温度上升，则通过第一散热器210对第二冷却液进行散热，以降低第二冷却液的温度。因此，本申请实施例的热管理系统可以应用于功率较大的PEMFC系统中，由于第一散热器210不处于电堆冷却回路100，第一散热器210不会直接对电堆冷却回路100造成影响，即使采用功率较大的第一散热器210，也不会对电堆冷却回路100的电导率造成影响。本申请实施例通过换热器300降低第一冷却液的温度，换热器300与第一散热器210相比，离子析出率更低，因此本申请实施例的热管理系统能够降低电堆冷却回路100的第一冷却液的离子析出率，从而降低电堆冷却回路100的电导率。

需要说明的是，换热器300基于第一管路和第二管路，第一管路中的液体与第二管路中的液体可以进行热交换。

值得注意的是，本申请实施例的换热器300可以为板式换热器300，相比第一散热器210液体和空气的换热，板式换热器300中液体和液体的换热效率更高，在相同换热量下，板式换热器300的体积比第一散热器210小。在一实施例中，板式换热器300使用的不锈钢316L材质的离子析出率比相关技术中通用的铝制芯体第一散热器210的离子析出率低很多，因此，本申请实施例的热管理系统能够降低电堆冷却回路100的第一冷却液的离子析出率，从而降低电堆冷却回路100的电导率。

值得注意的是，功率较大的第一散热器210的阻流较大，而本申请实施例中第一散热器210与电堆冷却回路100是相互独立的，因此第一散热器210的阻流不会影响电堆冷却回路100，因此本申请实施例能够降低电堆冷却回路100的阻流。

可以理解的是，散热辅助回路200还包括第一水泵220，第一散热器210的输出端通过第一水泵220与第二管路的输入端连接。具体的，第一水泵220的输入端与第一散热器210的输出端连接，第一水泵220的输出端与第二管路的输入端连接。需要说明的是，在一些PEMFC系统中，例如PEMFC系统应用到分布式发电领域时，第一散热器210放置在PEMFC发电系统集装箱外面几十米远的地方，相关技术中，第一散热器210位于电堆冷却回路100内，由于第一散热器210与电堆110距离较远，因此需要扬程较大的水泵，而在电堆冷却回路100中，需要使用燃料电池专用水泵，但是燃料电池专用水泵的扬程有限，无法满足要求。因此，相关技术中，由于需要使用燃料电池专用水泵，会对第一散热器210的位置具有较大限制。而本申请实施例中，由于第一散热器210不处于电堆冷却回路100，因此无需采用燃料电池专用水泵，可以选取扬程较大的水泵作为第一水泵220，从而能够降低对第一散热器210的位置限制。

可以理解的是，散热辅助回路200还包括第一膨胀水箱230，第一膨胀水箱230的输入端与第一散热器210连接，第一膨胀水箱230的输出端连接于第一水泵220与第一散热器210之间。第一膨胀水箱230用于散热辅助回路200的补液、稳压、排气。

可以理解的是，散热辅助回路200设有第一支路240和第二支路250，第一支路240的一端与第二管路的输入端连接，另一端与第二管路的输出端连接，第一支路240穿设于空压机模块241，第一支路240用于降低空压机模块241的温度；第二支路250的一端与第二管路的输入端连接，另一端与第二管路的输出端连接，第二支路250穿设于电源模块251，第二支路250用于降低电源模块251的温度。值得注意的是，本申请实施例的热管理系统应用于PEMFC系统，PEMFC系统通常设有空压机模块241和电源模块251，散热辅助回路200通过第一支路240降低空压机模块241的温度，通过第二支路250降低电源模块251的温度。还可以通过第一支路240或第二支路250对PEMFC系统的其他设备进行降温，例如，PEMFC系统还包括空压机控制器242，第一支路240依次穿设空压机模块241和空压机控制器242，以使第二冷却液能够降低空压机模块241和空压机控制器242的温度。

在一实施例中，第二冷却液的温度不能高于60度，在散热辅助回路200中设有温度传感器260，温度传感器260设于换热器300的第二管路的输入端，温度传感器260用于监测第二管路的输入端处的第二冷却液的温度，当第二冷却液的温度高于60度时，则通过第一散热器210进行散热。例如，当检测到第二冷却液的温度高于60度，则调整第一散热器210的风扇的转速，进行散热。

在另一实施例中，参照图2，散热辅助回路200还包括第二散热器270，第二散热器270设于第一支路240。第二散热器270可以为小功率第一散热器210，能够对第一支路240的第二冷却液进行散热。具体的，第二散热器270设于靠近第二管路的输入端处，用于降低第二管路的输入端处的第二冷却液的温度。

可以理解的是，电堆冷却回路100还包括第二水泵180和过滤器130，电堆110的输入端通过第二水泵180与第一管路的输出端连接；过滤器130连接于第二水泵180与第一管路的输出端之间，过滤器130的输入端与第一管路的输出端连接，过滤器130的输出端与第二水泵180的输入端连接。具体的，第二水泵180的输出端与电堆110的输入端连接，第二水泵180的输入端与过滤器130的输出端连接。

可以理解的是，电堆冷却回路100还包括电磁阀120和加热器140，电磁阀120连接于过滤器130与第一管路的输出端之间；加热器140的一端连接于第一管路的输出端，另一端连接于电磁阀120与过滤器130之间。当电堆冷却回路100的第一冷却液无需加热时，电磁阀120打开，加热器140关闭，第一冷却液从电磁阀120流过。当电堆冷却回路100的第一冷却液需要加热时，电磁阀120关闭，加热器140启动，第一冷却液无法从电磁阀120流过，而是从加热器140中流过，加热启动，能够加热第一冷却液。加热器140可以是PTC加热器140。

可以理解的是，电堆冷却回路100还包括第二膨胀水箱170和去离子器150，去离子器150的输入端连接于电堆110的输出端，去离子器150的输出端与第二膨胀水箱170的输入端连接，第二膨胀水箱170的输出端连接于电磁阀120与过滤器130之间。用于去除第一冷却液中的导电离子，从而降低电堆冷却回路100的导电率。第二膨胀水箱170用于电堆冷却回路100的补液、稳压、排气。

可以理解的是，电堆冷却回路100还包括中冷器160，中冷器160的输入端连接于第二水泵180与电堆110的输入端之间，中冷器160的输出端连接于电堆110的输出端与第一管路的输入端之间。具体的，第二水泵180的输出端分别与中冷器160的输入端、电堆110输入端连接，第二水泵180的输入端与过滤器130的输出端连接。

本申请第二方面实施例提供了一种质子交换膜氢燃料电池系统，包括如第一方面实施例任意一项的热管理系统。

由于质子交换膜氢燃料电池系统包括如本申请第一方面实施例任一项的热管理系统，因此第一方面所提及到的实施例中的热管理系统的相应内容同样适用于第二方面所提及到的实施例中的质子交换膜氢燃料电池系统，并且具有相同的实现原理以及技术效果，为避免描述内容冗余，此处不再详细描述。

上面结合附图对本申请实施例作了详细说明，但是本申请不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本申请宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (10)

1.一种热管理系统，其特征在于，包括：

电堆冷却回路，所述电堆冷却回路包括电堆；

散热辅助回路，所述散热辅助回路设有第一散热器；

换热器，所述换热器设有第一管路和第二管路；所述电堆的输出端与所述第一管路的输入端连接，所述电堆的输入端与所述第一管路的输出端连接；所述第一散热器的输入端与所述第二管路的输出端连接，所述第一散热器的输出端与所述第二管路的输入端连接；

所述换热器用于所述电堆冷却回路的第一冷却液与所述散热辅助回路的第二冷却液进行热交换。

2.根据权利要求1所述的热管理系统，其特征在于，所述散热辅助回路还包括第一水泵，所述第一散热器的输出端通过所述第一水泵与所述第二管路的输入端连接。

3.根据权利要求2所述的热管理系统，其特征在于，所述散热辅助回路还包括第一膨胀水箱，所述第一膨胀水箱的输入端与所述第一散热器连接，所述第一膨胀水箱的输出端连接于所述第一水泵与所述第一散热器之间。

4.根据权利要求3所述的热管理系统，其特征在于，所述散热辅助回路设有第一支路和第二支路，所述第一支路的一端与所述第二管路的输入端连接，另一端与所述第二管路的输出端连接，所述第一支路穿设于空压机模块，所述第一支路用于降低所述空压机模块的温度；

所述第二支路的一端与所述第二管路的输入端连接，另一端与所述第二管路的输出端连接，所述第二支路穿设于电源模块，所述第二支路用于降低所述电源模块的温度。

5.根据权利要求4所述的热管理系统，其特征在于，所述散热辅助回路还包括第二散热器，所述第二散热器设于所述第一支路。

6.根据权利要求1所述的热管理系统，其特征在于，所述电堆冷却回路还包括第二水泵和过滤器，所述电堆的输入端通过所述第二水泵与所述第一管路的输出端连接；所述过滤器连接于所述第二水泵与所述第一管路的输出端之间，所述过滤器的输入端与所述第一管路的输出端连接，所述过滤器的输出端与所述第二水泵的输入端连接。

7.根据权利要求6所述的热管理系统，其特征在于，所述电堆冷却回路还包括电磁阀和加热器，所述电磁阀连接于所述过滤器与第一管路的输出端之间；所述加热器的一端连接于所述第一管路的输出端，另一端连接于所述电磁阀与所述过滤器之间。

8.根据权利要求7所述的热管理系统，其特征在于，所述电堆冷却回路还包括第二膨胀水箱和去离子器，所述去离子器的输入端连接于所述电堆的输出端，所述去离子器的输出端与所述第二膨胀水箱的输入端连接，所述第二膨胀水箱的输出端连接于所述电磁阀与所述过滤器之间。

9.根据权利要求6所述的热管理系统，其特征在于，所述电堆冷却回路还包括中冷器，所述冷器的输入端连接于所述第二水泵与所述电堆的输入端之间，所述中冷器的输出端连接于所述电堆的输出端与所述第一管路的输入端之间。

10.一种质子交换膜氢燃料电池系统，其特征在于，包括如权利要求1至9任意一项所述的热管理系统。