[发明专利]用于燃料电池电堆的热管理系统及设置有该系统的车辆

说明书

本发明提供一种用于燃料电池电堆的热管理系统及设置有该系统的车辆，热管理系统包括：燃料电池电堆；液态储氢罐；液态氢换热器，液态氢换热器与燃料电池电堆相连通，用于与燃料电池电堆中流出的冷却水进行热交换，经过液态氢换热器的冷却水流向所述燃料电池电堆，并且液态氢换热器与液态储氢罐相连通，用于将液态储氢罐中的液态氢汽化；以及气态储氢罐，设置在液态氢换热器的下游，并与液态氢换热器相连通，用于接收汽化后的氢气。本发明的热管理系统利用液氢汽化时吸热带走冷却水中一部分热量，冷却燃料电池电堆的同时节约部分能源，并且，液态氢通过在液态氢换热器中吸收冷却水中的热量而汽化，从而增加汽车续航里程。

技术领域

本发明涉及燃料电池电堆领域，特别涉及用于燃料电池电堆的热管理系统及设置有该系统的车辆。

背景技术

燃料电池电堆汽车作为一种高效、清洁的能源转换装置，受到汽车届界的普遍重视。PEMFC(proton exchange membrane fuel cell，质子交换膜燃料电池电堆)燃料电池电堆具有工作温度低、启动速度快、发电效率高、技术成熟等优点，成为最适合的汽车动力源。温度对燃料电池电堆的性能有重要影响，合适的温度可以提升电化学反应的活性，增加膜的导电率，进而提高燃料电池电堆的效率。但温度过高之后会加快铂粒子的传输速率与催化剂的降解效率，从而导致了催化层的有效面积减少，且PEMFC中电解质膜耐温有限，工作过程中还需要保持电解质膜的含水量，所以研究燃料电池电堆热管理系统具有重要意义。目前，采用冷却水循环的方式带走电堆的热量，利用散热器将冷却水的热量散发到大气中，实现电堆的冷却。

质子交换膜燃料电池电堆是一种高效、清洁的绿色环保能源。具有能量转换效率高、工作温度低、无污染、比功率大、启动迅速等优点，已经成为能源领域研究的新热点之一。由于质子交换膜燃料电池电堆内部40％-50％的能量耗散为热能，所以有效的热管理对于质子交换膜燃料电池电堆来说是非常重要的。同时，质子交换膜燃料电池电堆(PEMFC)整体温度控制与内部温度分布均匀性对维持电化学反应的正常进行和长期稳定工作也有着重要的影响，有效的热管理是保证电池高性能和高效率的关键。目前，现有的技术手段是通过冷却水循环的方式带走电堆的热量，利用散热器将冷却水中的热量散发到大气中。这种方法不仅会损耗多余的能量，同时，也会造成燃料电池电堆局部热点处温度过高，特别是在夏季，环境温度过高且冷却水的沸点低，会造成冷却液温度迅速升高甚至沸腾，大大降低了行车安全。随着燃料电池电堆汽车功率的增加，这种问题会更加突出。同时，由于储氢罐容积的限制，导致燃料汽车携带的燃料有限，限制了其续航里程。

燃料电池电堆内部热平衡与燃料电池电堆的性能、寿命和安全紧密相关。热管理系统除了涉及到空间燃料电池电堆的高温冷却问题还必须考虑到低温下冷启动问题。电池工作过程中产生的水会以液态或气态的形式运动到扩散层，再通过阴极流道排出。但温度过低后冷却水结冰覆盖在催化剂层，导致燃料电池电堆的启动失败，无法正常运行。目前，燃料电池电堆汽车主要依靠散热器带走多余的热量。当散热需求较大时，需要匹配一个大功率的散热器，这种方法不仅增加能耗，同时散热器占据前机舱的空间，造成空间浪费。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种用于燃料电池电堆的热管理系统及设置有该系统的车辆，该热管理系统不但能够冷却燃料电池电堆，还能节约部分能源，并且，能够增加汽车续航里程。

为了实现上述目的，本申请提供一种用于燃料电池电堆的热管理系统，所述热管理系统包括：燃料电池电堆；液态储氢罐；液态氢换热器，所述液态氢换热器与所述燃料电池电堆相连通，用于与所述燃料电池电堆中流出的冷却水进行热交换，经过所述液态氢换热器的冷却水流向所述燃料电池电堆，并且所述液态氢换热器与所述液态储氢罐相连通，用于将所述液态储氢罐中的液态氢汽化；以及气态储氢罐，设置在所述液态氢换热器的下游，并与所述液态氢换热器相连通，用于接收汽化后的氢气。

进一步地，热管理系统还包括设置在所述燃料电池电堆下游的加热装置，所述加热装置与所述燃料电池电堆连接，用于对来自于所述燃料电池电堆中的冷却水进行加热。