[发明专利]一种燃料电池系统集成水热散热系统

说明书

本发明提供了一种燃料电池系统集成水热散热系统，其中水热散热系统可包括：电池堆冷却回路，所述电池堆冷却回路中的冷却液由第一水泵驱动依次通过电池堆、换热器，并回到第一水泵；以及辅助系统冷却回路，辅助系统冷却回路中的冷却液由第二水泵驱动依次通过三通阀、所述换热器、散热器、燃料电池辅助系统，并回到第二水泵，其中三通阀具有连接第二水泵的第一接口、连接换热器的第二接口、以及连接到换热器和散热器之间的旁路接口。当电池堆冷启动时，辅助系统冷却回路可通过换热器对电池堆冷却回路提供热量以加速电池堆启动，当电池堆温度达到最佳工作温度范围时，辅助系统冷却回路可通过换热器帮助电池堆冷却回路散热。

技术领域

本发明涉及新能源汽车领域，更具体地，涉及用于燃料电池系统的集成水热散热系统。

背景技术

燃料电池，尤其是氢燃料电池，因其燃料来源广、无污染、零排放，被视为未来的能源解决方案之一。氢燃料电池(以下简称“燃料电池”)的工作原理是通过使氢气与氧气进行化学反应，从而将化学能转换成电能。更具体地，其基本原理是将氢气送到燃料电池的阳极板(负极)，经过催化剂(铂)的作用，氢原子中的一个电子被分离出来，失去电子的氢离子(质子)穿过质子交换膜，到达燃料电池阴极板(正极)，而电子是不能通过质子交换膜的，这个电子，只能经外部电路，到达燃料电池阴极板，从而在外电路中产生电流。电子到达阴极板后，与氧原子和氢离子重新结合为水。由于供应给阴极板的氧，可以从空气中获得，因此只要不断地给阳极板供应氢，给阴极板供应空气，并及时把水(蒸气)带走，就可以不断地提供电能。燃料电池发出的电，经逆变器、控制器等装置，给电动机供电，再经传动系统、驱动桥等带动车轮转动，就可使车辆在路上行驶。

为了保证燃料电池电池堆(以下简称“电池堆”)的绝缘性能，对冷却液的离子浓度要求很高(要求去离子水)。然而，燃料电池辅助系统(包括例如中冷器、DC-DC变换器及空压机控制器)并没有这个要求。冷却液的离子浓度要求高，则成本增加。燃料电池电池堆的核心在于膜电极，离子交换通过质子交换膜进行，质子交换膜的最佳运行状态温度在70～90℃之间。温度太低，会导致膜电极中铂的催化活性降低，而温度过高，会导致质子交换膜失水严重，不利于质子传导，因此保持合适的温度和湿度至关重要。燃料电池在低于0℃的工作环境下，阴极侧反应生成的水易结冰导致催化层、扩散层堵塞，阻碍反应的进行，并且水结冰产生的体积变化也会对膜电极组件的结构产生破坏。因此，目前燃料电池启动对外输出功率一般需要将电池堆内部温度达到0℃以上进行。

目前的燃料电池技术存在以下技术问题：

1)当前的主要技术方案将燃料电池电池堆与燃料电池辅助系统中的中冷器和散热器相连接，存在水循环回路大、去离子水要求多且更换频繁的弊端；以及

2)当前燃料电池系统的散热部分考虑到温度差异(电池堆工作温度为70～90℃，控制器温度为60～70℃)分为两块，主散热器为电池堆及中冷器散热(电池堆冷却回路)，辅助散热器为空压机及控制器和DC-DC(辅助系统冷却回路)，散热系统复杂且效率不高。

发明内容

提供本发明内容以便以简化形式介绍将在以下具体实施方式中进一步的描述一些概念。本发明内容并非旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于燃料电池系统的水热散热系统，其中所述水热散热系统可包括：

电池堆冷却回路，所述电池堆冷却回路中的冷却液由第一水泵驱动依次通过电池堆、换热器，并回到所述第一水泵；以及

辅助系统冷却回路，所述辅助系统冷却回路中的冷却液由第二水泵驱动依次通过三通阀、所述换热器、散热器、燃料电池辅助系统，并回到第二水泵，其中所述三通阀具有连接所述第二水泵的第一接口、连接所述换热器的第二接口、以及连接到所述换热器和所述散热器之间的旁路接口。