[发明专利]一种基于小颗粒布朗运动纳米流体的车用温控系统

说明书

本发明涉及一种基于小颗粒布朗运动纳米流体的车用温控系统，其包括燃料电池堆、温度传感器、水箱、散热器、单向变量液压泵、电导率传感器及控制模块，所述散热器、所述单项变量液压泵及所述燃料电池堆之间相互通过冷却液管路连通，以形成冷却循环回路，所述单向变量液压泵驱动纳米流体冷却液在所述冷却循环回路中流动；所述水箱设置于所述冷却循环回路中，与所述燃料电池堆及所述单向变量液压泵之间的冷却液管路连通，本发明提供的基于小颗粒布朗运动纳米流体的车用温控系统可保证燃料电池堆工作环境的温度维持在稳定的范围内。

技术领域

本发明涉及车用温度控制技术领域，尤其涉及一种基于小颗粒布朗运动纳米流体的车用温控系统。

背景技术

对于氢燃料电池温度特性的研究表明，由于活化能和各种物质传输从某种程度上都依赖于温度，温度对燃料电池的性能有显著的影响。因此，为了保证PEMFC(膜燃料电池)在一个合适的温度范围内运行，必须控制温度以维持其热平衡，并尽可能减少温度波动范围。同时，燃料电池内部温度的分布对燃料电池输出性能也会有影响，温度分布不均会增大流道内冷却水与气体的阻力，暂态高温会影响物质传输，导致膜干形成热点甚至危及电堆寿命。因此，PEMFC的温度控制不只是控制电堆工作在合理的运行温度区间，还要保证散热及时且电堆内温差合理避免温度分布不均。然而，氢燃料电池中将化学能转换为电能的反应是放热反应，随着化学反应的不断进行，温度逐渐升高，为保证燃料电池继续正常运行，需要对其进行冷却。车用PEMFC系统是大功率系统，需要采用液冷方式。

传统的提高冷却速率的方法是扩大传热面积或增加冷却剂流量；然而，这些方法需要增加热管理系统组件的尺寸。纳米流体是纳米颗粒在基液中的悬浮体，纳米颗粒在基液中的布朗运动会严重影响纳米流体的导热性能，而且当温度越高、纳米颗粒微观上的直径越小的情况下，布朗运动会越剧烈，这也能增加纳米颗粒的碰撞传热的概率。在一定条件下，纳米流体的导热系数可达70％。然而，当纳米颗粒碰撞概率越大，聚集的概率也越大，颗粒的聚集会导致纳米颗粒产生沉淀，导热性能会骤然下降，因此，为保证纳米流体的稳定性，需要采取可靠的颗粒分散措施。

乙二醇的冰点为-11.5摄氏度，沸点为197.4摄氏度，将它作为基液可以有效扩大管路循环液的工作温度范围。除此之外，在燃料电池的电导率非常低，不会干扰电气设备，因而非常适合在燃料电池内部使用。

PEMFC系统主要是一个反馈控制系统，工业上应用最为广泛的温度控制策略是通过两个耦合的PID控制器调节散热器电压和泵的流量，原理简单、结构简明、实现方便。但热管理系统存在的强耦合性，导致系统变载时温度波动较大，调节时间较长。而且传统反馈控制方法仅仅根据温度变化进行事后控制很难有效地消除负载波动对电堆温度的影响，无法满足负载快速变化时对温度稳定性的要求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种基于小颗粒布朗运动纳米流体的车用温控系统解决负载快速变化时对温度稳定性要求的问题。