[發明專利]燃料電池車輛的溫度管理系統及方法

在審

• 申請號: 201410466735.3
• 申請日: 2014-09-12
• 公開（公告）號: CN104752742A
• 公開（公告）日: 2015-07-01
• 發明（設計）人: 羅盛煜;樸勛雨
• 申請（專利權）人: 現代自動車株式會社;起亞自動車株式會社
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04;B60L11/18
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 余剛;吳孟秋

本發明公開了燃料電池車輛的溫度管理系統及方法。其中，燃料電池車輛的溫度管理系統，包括：散熱器、水泵、離子過濾器、流量控制閥、狀態檢測器和控制器。散熱器被配置為經由冷卻水排出燃料電池組產生的熱，水泵被配置為循環冷卻水通過該系統。另外，在連接燃料電池組和散熱器的冷卻水循環線路分支的分支線路中設置離子過濾器。狀態檢測器被配置為檢測冷卻水狀態信息，流量控制閥被配置為選擇性地阻斷冷卻水向離子過濾器的流動；控制器被配置為根據狀態檢測器檢測的冷卻水狀態信息控制流量控制閥的操作。

技術領域

本公開內容涉及燃料電池車輛的溫度管理系統及方法。更具體來說，本公開內容涉及燃料電池車輛的溫度管理系統及方法，其通過增加冷卻水流速并相應地增加散熱器中的散熱量來減少進入高溫限流模式的次數。

背景技術

一種按照燃料電池車輛構造的燃料電池系統，包括：1)通過反應氣體的電化學反應產生電能的燃料電池組，2)給燃料電池組供應氫氣(即，燃料)的氫氣供應裝置，3)給燃料電池組供應含氧空氣的空氣供應裝置，以及4)把燃料電池組產生的熱量驅散到外部從而最佳控制工作溫度并管理水量(water production)的溫度和水管理系統。

通常，燃料電池組將作為(例如)氫氣和氧氣(即，常見反應氣體)的電化學反應過程中產生的副產物的熱和水排出。但是，為了使燃料電池組呈現最佳輸出性能，需要在點火和工作過程中，燃料電池組的溫度需要被管理處于最佳溫度。

因此，使用在點火過程中快速增加燃料電池組的溫度而在工作期間將燃料電池組的溫度仍維持在最佳溫度的溫度管理系統是必要的。

圖1中示出了燃料電池車輛的常規溫度管理系統。圖1為示出了燃料電池車輛的溫度管理系統中冷卻水環路的示意圖，其中，燃料電池車輛的溫度管理系統包括：將燃料電池組1產生動力時產生的熱排出到外部的散熱器2，連接在燃料電池組1和散熱器2之間從而能在其間循環冷卻水的冷卻水循環線路3，選擇性旁路冷卻水從而防止冷卻水經過散熱器2的旁路線路4和三通閥5，泵送并循環冷卻水的水泵6，以及增加冷卻水的溫度從而使燃料電池組變暖的加熱器7。此外，為了使冷卻水的電導率維持在預定的水平以下，在冷卻水環路的分支線路8中設置有過濾冷卻水中存在的離子的軟化器(DMN)9。

圖1中的溫度管理系統將燃料電池組工作過程中產生的熱排出到外部，同時沿著散熱器2至三通閥5、然后至水泵6、隨后是加熱器7、最終回到燃料電池組1的路線循環冷卻水。

由于聚合物電解質燃料電池(PEFMC)(其是燃料車輛中常用的燃料電池)在低溫下工作，因此需要散熱面積大的散熱器以使燃料維持在低溫下，但是，在暖和天氣下，散熱器排出的熱量少于燃料電池組產生的熱量，這樣，散熱器在這些條件下通常不能充分冷卻燃料電池。

因此，如圖2所示，當燃料電池組出口處的冷卻水的溫度增加并因此達到設定溫度時，燃料電池控制器(FCU)限制燃料電池組的電流輸出從而保護燃料電池組并防止冷卻水的溫度高于設定溫度，這被稱為高溫限流。

在暖和天氣下，當車輛持續急加速和高輸出工作(例如，在高速公路或上坡行駛)或冷卻水的流速不夠時，冷卻水增加到高溫，并因此經常會出現這種高溫限流。因此，在該限流時段中，當司機踩加速踏板時，燃料電池組的輸出是不夠的。

由于需要增加不足的散熱能力從而防止經常出現高溫限流，需要考慮額外增加散熱器的散熱面積的方法，但是由于車輛布局而存在諸多限制。

此外，應當使用高性能/高流速泵來最大化散熱性能，但是，在泵高輸出其間，在泵送冷卻水的同時壓力超過燃料電池組的內壓力水平時，由于燃料電池組的結構，可能由于該增加壓力而造成燃料電池組的泄漏。

上述背景技術公開的信息只是為了增進對本公開內容背景技術的了解，因此，可包含不構成該國本領域技術人員已經熟知的當前技術的信息。

發明內容