[发明专利]一种具有蓄冷功能的燃料电池热管理系统

说明书

本发明公开了一种具有蓄冷功能的燃料电池热管理系统，包括：燃料电池主冷却系统，通过冷却液循环直接为燃料电池电堆散热；蓄冷系统，蓄冷水在其中循环，并通过第一换热器与所述燃料电池主冷却系统的冷却液换热；制冷系统，制冷剂在其中循环流动，并经过第二换热器与所述蓄冷系统中的蓄冷水换热；该系统有效增加了燃料电池的现有散热系统的峰值散热能力，可提升燃料电池车的动力性能、运行可靠性和使用寿命。

技术领域

本发明涉及质子交换膜燃料电池领域，具体涉及一种具有蓄冷功能的燃料电池热管理系统。

背景技术

质子交换膜燃料电池是一种将燃料(氢气)的化学能转换为电能的发电装置，由于其高效、环保、续驶能力强等优点，越来越多地用于车辆动力动力系统。随着燃料电池技术的发展，输出功率不断增加，散热问题越来越成为制约其发展的瓶颈。在额定工况下，燃料电池发电量与发热量约为1：1，其工作温度通常在65-80℃之间，相比燃油车105℃左右的工作温度，其散热温差过小，散热负荷较大，在环境温度较高的应用场景下，容易出现过温故障，导致动力系统限制功率运行，严重影响驾乘安全和体验。

而目前一般从以下三个方面提升燃料电池系统的散热能力：一是提升散热器性能，开发换热系数更高的散热器，其优点是不需要占用更大的空间，但是依赖于行业的技术进步，且开发费用高；二是提高电堆工作温度，但是过高的温度会使燃料电池膜内含水量快速降低，导致性能下降甚至膜损坏；三是增加散热器面积，该方法需要选用更大或者更多的散热器，不仅会对整车有更高的布置空间要求，增加系统冷却液用量从而导致重量增加，另外还会在低温环境下对系统的温度控制带来不利影响。

发明内容

本发明的目的是提出一种不占用较大空间、开发费用低的提升燃料电池系统散热能力的方案。

为实现上述目的，本发明提出了一种具有蓄冷功能的燃料电池热管理系统，包括：

燃料电池主冷却系统，通过冷却液循环直接为燃料电池电堆散热；

蓄冷系统，蓄冷水在其中循环，并通过第一换热器与所述燃料电池主冷却系统的冷却液换热；

制冷系统，制冷剂在其中循环流动，并经过第二换热器与所述蓄冷系统中的蓄冷水换热。

优选的，所述第一换热器包括高温管路和低温管路，其中，第一换热器高温管路连接在燃料电池主冷却系统中，第一换热器低温管路连接在蓄冷系统中；

所述第二换热器也包括高温管路和低温管路，其中，第二换热器高温管路连接在蓄冷系统中，第二换热器低温管路连接在制冷系统中。

优选的，所述燃料电池主冷却系统包括通过管路连接的：

第一循环水泵，为燃料电池主冷却系统中的冷却液提供循环动力；

第一温度传感器，设置在燃料电池电堆上游，检测进入燃料电池电堆管路的冷却液的入堆水温；

散热器，与所述第一换热器的高温管路并联，该散热器与第一换热器均设置在所述燃料电池电堆的下游，为冷却液散热；

第一三通阀，设置在散热器和第一换热器与燃料电池电堆之间，控制和分配经过散热器和第一换热器高温管路的冷却液流量。

优选的，所述蓄冷系统包括通过管路连接的：

第二循环水泵，设置在所述第一换热器低温管路的上游，为蓄冷系统的蓄冷水提供循环动力；

第二三通阀，设置在第一换热器低温管路和第二循环水泵之间，用于控制流入第一换热器低温管路的蓄冷水流量；

储水箱，设置在第一换热器低温管路下游，在无需蓄冷水循环时储存蓄冷水；

第二温度传感器，设置在所述储水箱出口，用于检测蓄冷系统的蓄冷水水温；