[發(fā)明專(zhuān)利]燃料電池車(chē)輛的冷卻系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610633056.X
• 申請(qǐng)日: 2016-08-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106602104B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 河?xùn)|泫
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 現(xiàn)代自動(dòng)車(chē)株式會(huì)社
• 主分類(lèi)號(hào): H01M8/04029
• 分類(lèi)號(hào): H01M8/04029;H01M8/04007
• 代理公司: 北京尚誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11322
• 代理人: 龍淳

本發(fā)明提供一種燃料電池車(chē)輛的冷卻系統(tǒng)。該冷卻系統(tǒng)包括：多個(gè)燃料電池層疊成的燃料電池堆；歧管，燃料電池堆設(shè)置在歧管處，并且冷卻水在歧管的內(nèi)部流動(dòng)以與燃料電池堆進(jìn)行熱交換；流量控制閥，安裝在歧管中，并且基于燃料電池堆的溫度開(kāi)閉以使冷卻水與燃料電池堆進(jìn)行熱交換；以及冷卻水流道，將冷卻水引導(dǎo)至歧管的內(nèi)部，并且被雙重地布置以與燃料電池堆進(jìn)行熱交換。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃料電池車(chē)輛的冷卻系統(tǒng)，且更具體地，涉及一種主動(dòng)維持燃料電池堆中產(chǎn)生的恒定的熱的燃料電池車(chē)輛的冷卻系統(tǒng)。

背景技術(shù)

電化學(xué)燃料電池對(duì)反應(yīng)物即燃料和氧化劑流進(jìn)行轉(zhuǎn)化以產(chǎn)生電力和反應(yīng)物。電化學(xué)燃料電池使用設(shè)置在兩個(gè)電極，即陰極和陽(yáng)極之間的電解質(zhì)。各電極包括設(shè)置在用于誘導(dǎo)期望的電化學(xué)反應(yīng)的電解質(zhì)與電極之間的邊界面處的電極催化劑。通常，電極催化劑的位置形成電化學(xué)活性范圍。

通常，聚合物電解質(zhì)膜(PEM)燃料電池使用由設(shè)置在兩個(gè)電極層之間的離子交換膜形成的膜電極組件(MEA)。MEA包括例如碳纖維紙或碳布的作為流體擴(kuò)散層的多孔導(dǎo)電片材。在典型的MEA中，電極層提供離子交換膜的結(jié)構(gòu)支撐，并且該支撐典型地薄且有柔性。該膜是離子傳導(dǎo)性的(例如，質(zhì)子傳導(dǎo)性的)，并且作為使反應(yīng)物流彼此分離的屏障而起作用。該膜也作為兩個(gè)電極層之間的電絕緣體而起作用，因?yàn)殡姌O需要彼此電絕緣以防止短路。

電極電耦合以提供用于通過(guò)外力在電極間引導(dǎo)電子的路徑。在燃料電池堆中，MEA通常設(shè)置在反應(yīng)物流不能物理地穿透的兩個(gè)隔板之間。隔板作為集電器起作用并且提供用于電極的支撐。為控制反應(yīng)物流的向電化學(xué)活性范圍的分布，面向MEA的隔板的表面可具有形成在電化學(xué)活性范圍的露面通道。這種通道一般可形成與鄰接的電化學(xué)活性范圍相對(duì)應(yīng)的流場(chǎng)區(qū)域。具有形成在電化學(xué)活性范圍內(nèi)的反應(yīng)物通道的隔板公知為流場(chǎng)板。

同時(shí)，燃料電池系統(tǒng)包括配置成產(chǎn)生電能的燃料電池堆、配置成將燃料(氫)供給至燃料電池堆的燃料供給系統(tǒng)、配置成將作為電化學(xué)反應(yīng)所需的氧化劑的空氣中的氧供給至燃料電池堆的空氣供給系統(tǒng)、以及配置成將燃料電池堆的反應(yīng)熱去除至系統(tǒng)外部并且調(diào)節(jié)燃料電池堆的運(yùn)行溫度的熱和水管理系統(tǒng)。

具有以上結(jié)構(gòu)的燃料電池系統(tǒng)通過(guò)作為燃料的氫與空氣中的氧的電化學(xué)反應(yīng)發(fā)電，并且排出作為反應(yīng)副產(chǎn)物的熱和水。燃料電池堆是燃料電池車(chē)輛的主動(dòng)力源，并且是通過(guò)接收空氣中的氧和作為燃料的氫的供給而產(chǎn)生電的裝置。

由于當(dāng)被調(diào)節(jié)至最佳溫度的冷卻水引入到燃料電池堆中時(shí)燃料電池堆穩(wěn)定地表現(xiàn)出最佳輸出效果，因此將流入到堆中的冷卻水的溫度維持在特定溫度是重要的。因此，燃料電池車(chē)輛還包括在燃料電池堆回路中的冷卻水溫度控制器，其配置成最佳地調(diào)節(jié)流入到堆中的冷卻水的溫度。

燃料電池堆中的許多燃料電池串聯(lián)連接在一起以增加組件的輸出。在這種布置中，上述板的一側(cè)可充當(dāng)用于一個(gè)電池的陽(yáng)極板，并且另一側(cè)可充當(dāng)用于相鄰電池的陰極板。此外，上述板可被稱(chēng)為正極板。然而，隨著時(shí)間的經(jīng)過(guò)，當(dāng)燃料電池堆中的發(fā)熱量增加，并且流入旁通回路中的冷卻水的溫度迅速上升時(shí)，通過(guò)使用比例電磁鐵的開(kāi)閉而被冷卻的冷卻水被引入至燃料電池堆。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種針對(duì)使用比例電磁鐵在ON和OFF的方式下，難以進(jìn)行精確的流量和位置控制，以及用于平衡燃料電池堆中溫度的循回時(shí)間(lap time)長(zhǎng)的缺點(diǎn)，能夠通過(guò)低冷卻水流道根據(jù)顧客要求實(shí)現(xiàn)適當(dāng)應(yīng)對(duì)的、提高性能和商業(yè)價(jià)值的燃料電池車(chē)輛的冷卻系統(tǒng)。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，燃料電池車(chē)輛的冷卻系統(tǒng)可包括：多個(gè)燃料電池層疊成的燃料電池堆；歧管，燃料電池堆設(shè)置在歧管處，并且冷卻水在歧管的內(nèi)部流動(dòng)以與燃料電池堆進(jìn)行熱交換；流量控制閥，安裝在歧管中，并可基于燃料電池堆的溫度開(kāi)閉以使冷卻水與燃料電池堆進(jìn)行熱交換；以及冷卻水流道，配置成將冷卻水引導(dǎo)至歧管的內(nèi)部，并且被雙重地布置以與燃料電池堆進(jìn)行熱交換。