[发明专利]延长去离子器使用寿命的燃料电池热管理系统

说明书

本发明公开了一种延长去离子器使用寿命的燃料电池热管理系统，包括：燃料电池电堆、冷却水泵、散热器、第一温度传感器、第二温度传感器、压力传感器以及去离子器。冷却水泵的出口通过第一管路与燃料电池电堆的冷却液腔的入口相连接。散热器的冷却液入口通过第二管路与燃料电池电堆的冷却液腔的出口相连接，且散热器的冷却液出口通过第三管路与冷却水泵的入口相连接。第一温度传感器设置于第一管路上。第二温度传感器设置于第二管路上。去离子器的入口通过第一排气管路与燃料电池电堆的冷却液腔的入口处相连接。借此，本发明的延长去离子器使用寿命的燃料电池热管理系统，结构简单合理，减低了成本，且延长了去离子器的使用寿命。

技术领域

本发明是关于新能源汽车技术领域，特别是关于一种延长去离子器使用寿命的燃料电池热管理系统。

背景技术

燃料电池系统是用于一种新能源汽车用的动力系统，以氢气作为燃料，空气作为氧化剂，产生电能的动力装置，排放物仅为水和热量。燃料电池系统包括核心零部件(燃料电池电堆)、电辅件(空压机、增湿器、传感器、阀类零件、DCDC等)、热管理系统零部件(阳极热交换器、中冷器、节温器、散热器等)、连接的管路接头、机械结构等。

燃料电池系统中最核心零部件，燃料电池电堆，是利用燃料氢气和氧化剂空气的电化学反应产生电能的电化学装置，燃料电池电堆阳极发生氢气的氧化反应，阴极发生空气的还原反应。燃料电池电堆不同于传统内燃机，是通过电化学反应产生电能，排放只有水。在电化学反应过程中，伴随着产热，需要通过冷却系统将燃料电池电堆反应的热量导出，以避免燃料电池电堆局部或整体过热。燃料电池电堆过热容易引起燃料电池电堆内的膜电极衰减，减少燃料电池电堆的寿命。故燃料电池电堆的热管理设计及架构至关重要。

为了冷却燃料电池电堆，冷却液需要通过燃料电池电堆中的双极板以导出热量，而双极板在燃料电池电堆工作过程中，会带有高电压(100-300V)，故燃料电池系统中使用的冷却液需要保持低电导率，以避免电压通过冷却液传导到燃料电池系统中其他零部件上，造成电气安全问题。在燃料电池系统运行过程中，增加电导率的原因是冷却液回路中各零件(如燃料电池电堆、中冷器、三通阀、散热器、膨胀水箱、连接管路的接头等)在运行过程中析出或释放的离子。现有方案是通过在燃料电池系统冷却系统中增加去离子器零件，以去除在燃料电池系统运行过程中产生的离子。但是，去离子器吸收离子的容量有限，在吸收一定量的离子后，将不在具备离子吸收的能力。所以，燃料电池系统需要定期更换去离子器，以保证冷却系统内的离子能够被持续去除，保证燃料电池系统冷却系统中的电导率在安全阈值之下。因为燃料电池系统中冷却系统的离子来源为各零部件，简化燃料电池系统冷却系统架构，减少冷却液与零件的接触能够有效减少离子的增加。

现有的燃料电池系统热管理子系统方案主要如下：

1、公开号为CN206353578U的专利申请提出了一种带蓄热加热功能的燃料电池热管理系统，将离子交换器设计在大循环水路的除气管路上面，有效地避免了高水阻离子交换器对主循环水路的。并在小循环中增加了电加热器，提高温度控制的精度。该方案为了集成了蓄热加热功能，相比现有方案增加了蓄热器和电磁阀，额外的零件会增加燃料电池系统冷却子系统成本，也会增加系统设计难度，并降低去离子器寿命。

2、公开号为CN113130934A的专利申请提出一种燃料电池整车集成式热管理系统，减少了管路和零部件，对燃料电池动力系统各个零部件的冷却系统做集成化设计。并且可以利用空压机和电机等的余热快速给燃料电池升温，使燃料电池达到启动温度和高效率点温度。该方案需要使用多个四通阀、三通阀，阀门的增加会增加燃料电池系统冷却子系统成本，冷却系统支路增加会导致设计困难，也会降低去离子器寿命。