[发明专利]燃料电池的冷却系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池冷却系统和方法，该燃料电池利用通过向阳极侧供应燃料气体并且向阴极侧供应氧化气体而产生的电化学反应发电。

背景技术

因为燃料电池对于环境具有很小影响，因此燃料电池正被用于车辆中。燃料电池例如通过向燃料电池堆的阳极侧供应燃料气体例如氢并且向阴极侧供应包括氧的氧化气体例如空气，并且通过电解膜在这两者之间发生反应而产生所需电力。这种反应在燃料电池中发热，所以为了将其冷却，冷却剂例如冷却水循环通过燃料电池堆并且然后被散热器等冷却。为了在起动时温热低温的燃料电池，冷却剂被例如加热器加热到适当温度。以此方式，冷却剂循环通过燃料电池堆并且它的温度得以被调节。

同样，气体压缩机例如空气压缩机(ACP)被用于适当加压供应到燃料电池堆的阴极侧的氧化气体。当ACP运行时，它也发热并且因此被称为中间冷却器的热交换器冷却。另外，车辆也设有用于对座舱进行空气调节的热交换器。以此方式，车辆设有用于不同目的的各种热交换器，所以合理的是考虑它们的共享使用。

例如，日本专利申请公开No.JP-A-2005-79007描述了一种燃料电池系统，它防止堵塞同时有助于弥补来自设于燃料电池阴极侧上的增湿器的不足湿度。这里，用于冷却阴极供应气体的冷却剂和用于冷却燃料电池堆的冷却剂这两者被共享并且用于冷却阴极供应气体的热交换器和燃料电池堆被冷却剂流道串联连接。在该冷却剂流道的中途处布置两个三通阀，该两个三通阀根据燃料电池的温度是否高或低而改变冷却剂流动的方向。

同样，PCT申请的公开的日本国家阶段申请No.2005-514261描述了一种用于加热和冷却车辆的方法，该车辆具有作为空气调节设备的燃料电池和加热源，当外部温度低时，它易于弥补不足的热，并且当外部温度高时，还使得能够充分地冷却燃料电池设备和令人舒适的空气调节。根据在该公开中描述的技术，公共冷却剂被用于冷却加热源并且为车辆提供空气调节所以仅仅使用单个的冷却剂回路。该冷却剂回路在分支点处分支成第一子回路和第二子回路。第一子回路向燃料电池设备分配冷却剂，而第二子回路向车辆的空气调节设备分配冷却剂。在循环通过这些设备之后，被分配的冷却剂然后在汇合点处再次汇合到一起。即，燃料电池设备的热交换器和空气调节设备的热交换器在单循环中串联布置。

在相关技术中，当独立控制这些热交换器时，冷却剂回路及其控制相互独立，这是不方便的。当燃料电池堆的冷却系统和阴极供应气体的冷却系统被独立控制时，由阴极供应气体的冷却系统确定进入燃料电池堆的阴极供应气体的温度，并且主要由燃料电池组的冷却系统确定离开燃料电池堆的阴极供应气体(所谓的阴极废气)的温度。如果这两个冷却系统被相互独立地控制，则在进入燃料电池堆的阴极供应气体的温度和阴极废气的温度之间的温差变得太大，这可导致下面的问题。

例如，增湿器与燃料电池堆平行设置以适当加湿阴极供应气体并且将该加湿的气体供应到燃料电池堆，但是在增湿器两端之间的温差可能变得太大。所使用的增湿器可具有熟知的管状构造，但是如果在增湿器两端之间的温差变得太大，则该管状构造可被损坏并且不能充分工作。因此，对于每一燃料电池热交换器，使得冷却剂回路及其控制相互独立不仅使得结构复杂，而且导致冷却剂的不足使用并且可导致例如上述的那些问题。

日本专利申请公开No.JP-A-2005-79007和PCT申请的公开的日本国家阶段申请No.2005-514261描述了相关技术，该技术共享用于冷却阴极供应气体的冷却剂和用于冷却燃料电池堆的冷却剂并且使用用于冷却燃料电池即加热源，以及为车辆座舱提供空气调节的公共冷却剂。利用这些技术，燃料电池堆和用于冷却的另一热交换器被串联布置在冷却剂流道中并且共享相同的冷却剂。结果，燃料电池堆温度的调整和阴极供应气体以及车辆座舱的温度的调整是相互独立的。因此，虽然在这些技术中冷却剂被更加有效地使用，但是不能独立地控制各个温度。因此，正如当各个冷却系统被独立控制时一样，难以适当地对温度进行调节。

以此方式，在相关技术中，燃料电池堆的温度调整和阴极供应气体以及车辆座舱的温度调整未以协作方式得以控制。

发明内容

鉴于前面的问题，本发明因此提供一种燃料电池冷却系统，它以协作方式控制燃料电池堆的冷却系统和另一热交换系统。