[发明专利]一种燃料电池发动机的热管理系统

说明书

本发明属于燃料电池技术领域，公开了一种燃料电池发动机的热管理系统。该热管理系统，包括燃料电池电堆、PTC加热回路、散热回路和中冷回路；该热管理系统采用纳米流体作为换热介质。本发明提供的热管理系统，采用纳米流体作为换热介质，以及利用PTC加热回路、散热回路和中冷回路的协调工作，使热管理系统结构更简单，更紧凑，流阻更小，且冷启动性能优异，能够维持电堆及整个燃料电池发动机的高效、安全运行。

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池发动机的热管理系统。

背景技术

燃料电池发动机的热管理系统，通过冷却回路使燃料电池电堆以及各辅助部件的温度保持在一定的范围内，同时通过中冷器使电堆的空气侧进气温度满足要求，从而保证系统正常高效的运行。因此，热管理系统对燃料电池发动机的正常使用、寿命的长短起到至关重要的影响，是燃料电池发动机集成设计和开发的核心技术之一。

目前燃料电池热管理系统在集成设计和开发方面，主要面临以下关键问题：1.电堆冷却问题，电堆的温度必须控制在一定的范围内，这对电堆大功率工作情况下的散热提出了高要求。2.系统结构紧凑性问题，为了达到电堆需要的散热功率，往往热管理系统需要匹配体积比较大的散热器，然而在整车布置过程中，乘用车并没有足够多的空间留给热管理系统进行布置，如何使热管理系统结构紧凑，是实际工程应用中必须要解决的问题。3.余电处理问题，当电堆停止工作时，仍会有少量的氢氧反应产生电能，如何处理多余的电能对于系统的安全性能十分重要。4.冷启动问题，使用PTC加热器(由PTC陶瓷发热元件与铝管组成)加热冷却液(换热介质)使电堆升温，加热的时间长短是评价冷启动性能的重要指标。而目前燃料电池热管理系统的冷启动性能、结构紧凑性和余电处理能力均有待提高或增强。

因此，亟需提供一种冷启动性能优异、结构紧凑的燃料电池发动机的热管理系统。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种热管理系统，其冷启动性能优异，结构紧凑。

一种热管理系统，包括燃料电池电堆、PTC加热回路、散热回路和中冷回路；所述热管理系统采用纳米流体作为换热介质。

本发明提供的热管理系统，采用纳米流体作为换热介质，利用其高热导率和低电导率，换热效率高，所述纳米流体自去离子化，系统中无需设置常规的去离子器，使得系统结构更简单，更紧凑，流阻更小。而所述热管理系统利用PTC加热回路、散热回路和中冷回路的协调工作，使所述热管理系统冷启动性能优异，高效，安全。所述PTC加热回路协助燃料电池电堆快速升温，使电堆在低温环境中的快速启动；所述散热回路带走燃料电池电堆部分热量，使电堆处于正常的温度范围内；所述中冷回路利用换热介质对高温的换热介质和气体进行降温，使进入电堆的空气处于合适的温度范围。

优选的，所述纳米流体选自Al₂O₃水基纳米流体、SiO₂水基纳米流体、Al₂O₃-SiO₂水基纳米流体、Al₂O₃乙二醇基纳米流体、SiO₂乙二醇基纳米流体或Al₂O₃-SiO₂乙二醇基纳米流体中的至少一种。

优选的，所述燃料电池发动机的热管理系统，包括：

燃料电池电堆；

节温器，与所述燃料电池电堆相连；

PTC加热回路，包括依次相连的PTC加热器和第一分流阀；所述PTC加热器主要负责加热回路中的换热介质，所述第一分流阀决定经过所述PTC加热器加热的换热介质流向，从而满足不同情况下的冷启动。

第一合流阀；