[实用新型]一种燃料电池热管理系统

说明书

本实用新型公开了一种燃料电池热管理系统，包括：内循环回路和外循环回路；其中：内循环回路包含燃料电池电堆，外循环回路不包含燃料电池电堆，内循环回路和所述外循环回路通过热交换器相连。本实用新型通过内循环回路和外循环回路构成的多回路结构，可以满足燃料电池复杂的工况需求，能够快速实现燃料电池系统热平衡，保障燃料电池工作在最佳温度范围内。

技术领域

本申请涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池热管理系统。

背景技术

质子交换膜燃料电池的能量效率约为50％，这表明在电化学反应中约一半的化学能转换为热能。内部热源会增大燃料电池的工作温度，提高电池输出性能和催化剂活性，但是温度过高又会造成膜“脱水”以及系统衰减加剧。因此，为了保证燃料电池持续稳定运行且具有优异的性能和耐久性，燃料电池热管理系统必不可少。

质子交换膜燃料电池的温度特性主要由质子交换膜特性决定，以最常用的Nafion膜为例，其最佳工作温度温度不宜超出80℃，超过该温度时膜的稳定性和质子传导性能会严重下降。其次，燃料电池产热成因主要源自电化学反应、内阻和水液化，大部分热产自阴极侧的催化剂层，其他部分包括质子交换膜和导电器件的欧姆内阻等。

由此可知，燃料电池自身产热机制决定了电堆温度分布不均的特性。针对燃料电池温度特性和温度分布不均特性，需要热管理系统对燃料电池内部温度进行调节，保证燃料电池始终工作在合适的温度范围内，维持电堆内部热平衡。

热管理系统主要采用散热装置与电堆进行热交换，以达到温度调节的目的。目前主要包括三类：串联回路结构、旁路阀回路结构、多回路结构。其中，串联回路结构只有单流道用于发生热交换，没有其他自由度来操纵热交换效率，对于给定的散热效率，冷却系统的功耗不能得到最佳控制，从而降低了整个系统的效率。旁路阀回路结构通过单个旁路阀控制冷却液是否经过散热器，可一定程度提高燃料电池热效率，但该结构控制点少，风扇、泵、阀的控制存在耦合性。多回路结构可解决上述问题，现有技术提出了一种含两级非混合循环水路的燃料电池热管理系统，该方法可降低电导率指标维护费用，但是该结构加热器和去离子装置增加了成本。现有技术提出了一种用于燃料电池堆的热处理系统，该方法主要解决余热浪费问题，但该方法结构成本较高，且未能充分利用水箱的冷却功能。

综上所述，如何快速实现燃料电池系统热平衡，保障燃料电池工作在最佳温度范围内，是一项亟待解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本申请提供了一种燃料电池热管理系统，能够快速实现燃料电池系统热平衡，保障燃料电池工作在最佳温度范围内。

本申请提供了一种燃料电池热管理系统，包括：内循环回路和外循环回路；其中：

所述内循环回路包含燃料电池电堆；

所述外循环回路不包含燃料电池电堆；

所述内循环回路和所述外循环回路通过热交换器相连。

优选地，所述内循环回路包括：第一内循环回路、第二内循环回路、第三内循环回路；其中：

所述第一内循环回路包括：燃料电池电堆、第一旁路阀、第一冷却泵，冷却液电堆流出后经所述第一旁路阀直接进入所述第一冷却泵，然后回到电堆；

所述第二内循环回路包括：所述燃料电池电堆、所述第一旁路阀、所述热交换器、第二旁路阀、所述第一冷却泵，冷却液从电堆流出后经所述第一旁路阀进入热交换器，流经所述第二旁路阀进入所述第一冷却泵，然后回到电堆；

所述第三内循环回路包括：燃料电池电堆、所述第一旁路阀、所述热交换器、所述第二旁路阀、第一储液箱、所述第一冷却泵，冷却液从电堆流出后经所述第一旁路阀进入所述热交换器，流经所述第二旁路阀依次进入所述第一储液箱、第一冷却泵，然后回到电堆。