[發(fā)明專利]燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)、燃料電池系統(tǒng)及具有該系統(tǒng)的車輛

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210078815.2
• 申請日: 2012-03-22
• 公開（公告）號: CN102610838A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 湯浩;雷姣;張占奎;楊海玉;李云
• 申請（專利權(quán)）人: 中國東方電氣集團有限公司
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04;B60L11/18
• 代理公司: 北京康信知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11240
• 代理人: 吳貴明;余剛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及車用燃料電池散熱領(lǐng)域，具體而言，涉及一種燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)、燃料電池系統(tǒng)及具有該系統(tǒng)的車輛。

背景技術(shù)

燃料電池汽車通過燃料電池發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的電能來驅(qū)動汽車，由于其具有效率高、零排放、運行平穩(wěn)、無噪聲等一系列優(yōu)良性能，被稱為“地道的環(huán)保汽車”，是未來汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢。燃料電池汽車其核心部件為燃料電池堆，燃料電池是一種高效、清潔、可持續(xù)工作的發(fā)電設(shè)備，以質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)為例，燃料氣體(氫氣或重整氫)從陽極側(cè)進入，氫原子在陽極失去電子變成質(zhì)子，質(zhì)子穿過質(zhì)子交換膜到達(dá)陰極，電子同時經(jīng)由外部回路到達(dá)陰極，在陰極質(zhì)子、電子與氧氣結(jié)合生成水。燃料電池采用電化學(xué)反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，不受卡諾循環(huán)的限制，直接發(fā)電效率高達(dá)45％，廣泛應(yīng)用于電站、移動式電源、電動汽車、航天飛船、軍用裝備以及民用產(chǎn)品等領(lǐng)域。

燃料電池堆在運行過程中會產(chǎn)生大量熱能，約占燃料化學(xué)能的50％，以一個輸出為100kW的燃料電池堆為例，其會產(chǎn)生約100kW的熱量，使燃料電池堆溫度升高，過高的溫度會使膜干燥，降低膜的性能，縮短膜的使用壽命，進而降低燃料電池堆的性能和使用壽命；與此同時，燃料電池的電源管理系統(tǒng)等電氣設(shè)備也會產(chǎn)生大量的熱量。為了提高燃料電池及相關(guān)電氣設(shè)備的運行效率和使用壽命，燃料電池系統(tǒng)及其相關(guān)部件(如電源管理系統(tǒng)、反應(yīng)氣體和冷卻液體供給泵等)產(chǎn)生的熱量需要及時移除。

通用汽車環(huán)球科技運作公司專利“整合的車輛冷卻系統(tǒng)”(申請?zhí)?00810131536.1)提供了一種整合的車輛冷卻系統(tǒng)，該冷卻系統(tǒng)通過設(shè)備的共享實現(xiàn)了內(nèi)燃機和輔助部件冷卻系統(tǒng)的整合。

清華大學(xué)專利“一種燃料電池城市客車車載冷卻循環(huán)系統(tǒng)”(申請?zhí)?00810246572.2)提供了一種燃料電池城市客車車載冷卻循環(huán)系統(tǒng)，為車載電氣設(shè)備提供冷卻，使燃料電池城市客車電器在可控的溫度內(nèi)安全的工作。

現(xiàn)代自動車株式會社專利“用于燃料電池汽車的冷卻系統(tǒng)”(申請?zhí)?01010266526.6)提供了一種用于燃料電池汽車的冷卻系統(tǒng)，包括整體散熱器框架，該整體散熱器框架在一個平面上串聯(lián)排列堆疊式散熱器和電動傳動系統(tǒng)散熱器，該發(fā)明能通過相對簡單的構(gòu)型和組裝過程來實現(xiàn)。

清華大學(xué)專利“燃料電池車用余熱熱泵空調(diào)系統(tǒng)”(申請?zhí)?00810113785.8)提供了一種利用燃料電池發(fā)動機余熱的熱泵空調(diào)系統(tǒng)，能同時滿足制冷和采暖需要，降低了空調(diào)系統(tǒng)消耗，提高了車輛動力性及經(jīng)濟性。

現(xiàn)有的技術(shù)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前有關(guān)車用燃料電池的研究主要集中在如何實現(xiàn)燃料電池堆的有效冷卻，沒有形成高效的綜合熱管理優(yōu)化系統(tǒng)，同時燃料電池堆、尾氣以及燃料電池堆運行過程中電氣等附件產(chǎn)生的熱量未被有效利用，這會增加車用燃料電池的運行成本，也會阻礙燃料電池汽車的產(chǎn)業(yè)化進程。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提供一種綜合利用燃料電池產(chǎn)生的熱量的燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)、燃料電池系統(tǒng)及具有該系統(tǒng)的車輛，以解決燃料電池系統(tǒng)的廢熱無法得到有效利用的問題。

本發(fā)明提供了一種燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，包括：冷卻系統(tǒng)，用于回收燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)生的廢熱；供暖系統(tǒng)，與冷卻系統(tǒng)相連通，用于利用冷卻系統(tǒng)回收的廢熱供暖。

進一步地，供暖系統(tǒng)包括：廢熱供暖系統(tǒng)，用于利用冷卻系統(tǒng)回收的廢熱供暖；電加熱供暖系統(tǒng)，用于電加熱供暖。

進一步地，廢熱供暖系統(tǒng)包括：冷卻液供暖系統(tǒng)，沿冷卻介質(zhì)的流動方向設(shè)置在冷卻系統(tǒng)的下游；尾氣供暖系統(tǒng)，與燃料電池堆的尾氣排放口相連通。

進一步地，冷卻液供暖系統(tǒng)包括：冷卻液供暖器，冷卻液供暖器沿冷卻介質(zhì)的流動方向設(shè)置在冷卻系統(tǒng)的下游；以及風(fēng)扇，與冷卻液供暖器對應(yīng)設(shè)置。

進一步地，冷卻液供暖器為多個，多個冷卻液供暖器串聯(lián)或者并聯(lián)或者串并聯(lián)組合沿冷卻介質(zhì)的流動方向設(shè)置在冷卻系統(tǒng)的下游；每個冷卻液供暖器對應(yīng)設(shè)置有一個或多個風(fēng)扇。

進一步地，電加熱供暖系統(tǒng)與廢熱供暖系統(tǒng)并聯(lián)設(shè)置。

進一步地，冷卻系統(tǒng)包括通過管道相互連通的燃料電池堆冷卻系統(tǒng)和電氣設(shè)備冷卻系統(tǒng)；電氣設(shè)備冷卻系統(tǒng)包括泵冷卻系統(tǒng)和電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)；電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)沿冷卻介質(zhì)的流動方向設(shè)置在燃料電池堆冷卻系統(tǒng)的上游或者下游。

進一步地，電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)外冷卻系統(tǒng)或者為內(nèi)冷卻系統(tǒng)；外冷卻系統(tǒng)為冷卻管路位于電源管理系統(tǒng)外部并與電源管理系統(tǒng)貼合；內(nèi)冷卻系統(tǒng)為冷卻管路位于電源管理系統(tǒng)內(nèi)部。