[實用新型]燃料電池熱管理系統、燃料電池系統及具有該系統的車輛

有效

• 申請號: 201220111519.3
• 申請日: 2012-03-22
• 公開（公告）號: CN202474108U
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 湯浩;雷姣;張占奎;楊海玉;李云
• 申請（專利權）人: 中國東方電氣集團有限公司
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04;B60K1/04
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 吳貴明;余剛

技術領域

本實用新型涉及車用燃料電池散熱領域，具體而言，涉及一種燃料電池熱管理系統、燃料電池系統及具有該系統的車輛。

背景技術

燃料電池汽車通過燃料電池發生電化學反應產生的電能來驅動汽車，由于其具有效率高、零排放、運行平穩、無噪聲等一系列優良性能，被稱為“地道的環保汽車”，是未來汽車產業發展的趨勢。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、可持續工作的發電設備，以質子交換膜燃料電池(PEMFC)為例，燃料氣體(氫氣或重整氫)從陽極側進入，氫原子在陽極失去電子變成質子，質子穿過質子交換膜到達陰極，電子同時經由外部回路到達陰極，在陰極質子、電子與氧氣結合生成水。燃料電池采用電化學反應將化學能轉化為電能，不受卡諾循環的限制，直接發電效率高達45％，廣泛應用于電站、移動式電源、電動汽車、航天飛船、軍用裝備以及民用產品等領域。

燃料電池堆在運行過程中會產生大量熱能，約占燃料化學能的50％，以一個輸出為100kW的燃料電池堆為例，其會產生約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等電氣設備也會產生大量的熱量。為了提高燃料電池及相關電氣設備的運行效率和使用壽命，燃料電池系統及其相關部件(如電源管理系統、反應氣體和冷卻液體供給泵等)產生的熱量需要及時移除。

通用汽車環球科技運作公司專利“整合的車輛冷卻系統”(申請號200810131536.1)提供了一種整合的車輛冷卻系統，該冷卻系統通過設備的共享實現了內燃機和輔助部件冷卻系統的整合。

清華大學專利“一種燃料電池城市客車車載冷卻循環系統”(申請號200810246572.2)提供了一種燃料電池城市客車車載冷卻循環系統，為車載電氣設備提供冷卻，使燃料電池城市客車電器在可控的溫度內安全的工作。

現代自動車株式會社專利“用于燃料電池汽車的冷卻系統”(申請號201010266526.6)提供了一種用于燃料電池汽車的冷卻系統，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排列堆疊式散熱器和電動傳動系統散熱器，該發明能通過相對簡單的構型和組裝過程來實現。

清華大學專利“燃料電池車用余熱熱泵空調系統”(申請號200810113785.8)提供了一種利用燃料電池發動機余熱的熱泵空調系統，能同時滿足制冷和采暖需要，降低了空調系統消耗，提高了車輛動力性及經濟性。

現有的技術調研發現，目前有關車用燃料電池的研究主要集中在如何實現燃料電池堆的有效冷卻，沒有形成高效的綜合熱管理優化系統，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業化進程。

實用新型內容

本實用新型旨在提供一種綜合利用燃料電池產生的熱量的燃料電池熱管理系統、燃料電池系統及具有該系統的車輛，以解決燃料電池系統的廢熱無法得到有效利用的問題。

本實用新型提供了一種燃料電池熱管理系統，包括：冷卻系統，用于回收燃料電池系統產生的廢熱；供暖系統，與冷卻系統相連通，用于利用冷卻系統回收的廢熱供暖。

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

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

進一步地，冷卻液供暖系統包括：冷卻液供暖器，冷卻液供暖器沿冷卻介質的流動方向設置在冷卻系統的下游；以及風扇，與冷卻液供暖器對應設置。

進一步地，冷卻液供暖器為多個，多個冷卻液供暖器串聯或者并聯或者串并聯組合沿冷卻介質的流動方向設置在冷卻系統的下游；每個冷卻液供暖器對應設置有一個或多個風扇。

進一步地，電加熱供暖系統與廢熱供暖系統并聯設置。

進一步地，冷卻系統包括通過管道相互連通的燃料電池堆冷卻系統和電氣設備冷卻系統；電氣設備冷卻系統包括泵冷卻系統和電源管理系統冷卻系統；電源管理系統冷卻系統沿冷卻介質的流動方向設置在燃料電池堆冷卻系統的上游或者下游。

進一步地，電源管理系統冷卻系統外冷卻系統或者為內冷卻系統；外冷卻系統為冷卻管路位于電源管理系統外部并與電源管理系統貼合；內冷卻系統為冷卻管路位于電源管理系統內部。