[發明專利]用于冷卻燃料電池的冷卻裝置

有效

• 申請號: 201680014486.1
• 申請日: 2016-02-12
• 公開（公告）號: CN107431221B
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發明（設計）人: M·比勒;U·帕澤拉;O·施密德;B·沃格爾
• 申請（專利權）人: 戴姆勒股份公司
• 主分類號: H01M8/04029
• 分類號: H01M8/04029;H01M8/04111;H01M8/04225;H01M8/04007;B60L58/32;B60L58/33;B60L58/34;B60L1/00;B60L1/02
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 吳鵬;殷玲

本發明涉及一種用于冷卻燃料電池系統(2)中的燃料電池(3)的冷卻裝置(15)，包含至少兩個流體連接的冷卻回路(16，17)，液態冷卻介質在冷卻回路中流動，其中所述第一冷卻回路(16)包括第一冷卻劑泵(18)、燃料電池換熱器(6)、加熱裝置(19)以及增壓空氣冷卻器(20)，所述增壓空氣冷卻器與流向燃料電池(3)的經壓縮的空氣發生熱交換接觸，且其中所述第二冷卻回路(17)包括用于冷卻所述液態冷卻介質的冷卻換熱器(23)。本發明的冷卻裝置的特征在于，設有至少另一冷卻劑泵(22)。

技術領域

本發明涉及一種用于冷卻燃料電池系統中的燃料電池的冷卻裝置。

背景技術

現有技術中已揭示過用于冷卻燃料電池的冷卻裝置。特別是就燃料電池或燃料電池系統的車輛應用而言，起決定性作用的一方面是高效的冷卻，另一方面是在冷起動情形下快速加熱燃料電池的能力。

同類型的DE 102 03 311 B4詳細揭示過一種包含冷卻回路的燃料電池系統。出于上述原因，此冷卻回路具有可控制的冷卻器旁路，用以在常規工作中使液態冷卻介質流過冷卻換熱器，并針對冷起動情形繞過此冷卻換熱器，進而更快地將此燃料電池加熱。除燃料電池換熱器以外，這個通過冷卻器旁路實現的“小”冷卻回路包括增壓空氣冷卻器以及冷卻劑泵。這樣一來，在冷起動情形下便能通過燃料電池換熱器借助源自增壓空氣冷卻器的熱量相對較快地將燃料電池加熱。藉此，在常規工作中通過燃料電池換熱器既將增壓空氣冷卻器冷卻，也將燃料電池冷卻，其中在增壓空氣冷卻器和燃料電池換熱器中經加熱的液態冷卻介質通過冷卻換熱器冷卻。同類型的現有技術中描述的冷卻裝置結構主要有兩個缺陷。盡管增壓空氣冷卻器和燃料電池換熱器在小冷卻回路中的布局能夠實現燃料電池在冷起動情形下的快速加熱，但另一方面，對于常規工作，即就針對燃料電池的冷卻工作而言，述及的先流過增壓空氣冷卻器再流過燃料電池的結構的缺陷在于，在流入燃料電池換熱器之前，冷卻介質已因增壓空氣冷卻器而經過相對較大程度的加熱。這對燃料電池的高效冷卻造成負面影響。另一重大缺陷在于，冷卻劑泵必須適用于冷卻裝置的最高負荷工作。故對于冷起動情形以及小冷卻回路的工作而言，冷卻劑泵具有過大尺寸，且該處的所需體積流量和輸送率均相應具有較差的效率。這是一個巨大缺陷，因為在這些情形下，為加熱燃料電池而需要的所有功率首先必須來自一電能存儲器，例如電池。故在此情形下低效的冷卻劑泵導致需要相對較大的電能存儲裝置，進而存在安裝空間及成本方面的缺陷。特別是就在車輛中的應用而言這是巨大的缺陷。

在其他現有技術中，以EP 1 836 742 B1的形式揭示過一種類似的結構，其包含劃分成多個支路的主冷卻回路，以及在冷起動情形下工作的具有燃料電池換熱器和加熱裝置的小冷卻回路。如圖所示，此結構特別復雜，并且需要多個閥裝置，其相應地需要大量安裝空間以及造成控制需求及成本。這個方案的另一缺陷在于，通過膨脹機并且因此間接通過主冷卻劑泵來驅動小冷卻回路中的冷卻劑泵。此結構的效率相應較差，故與前述實施例相比，主冷卻劑泵針對冷起動情形所需要的功率更高，因而除已述及的缺陷以外，此裝置具有在冷起動中之高功率需求方面的重大缺陷。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種針對燃料電池系統中的燃料電池的冷卻裝置，其與現有技術相比有所改進，并且特別是避免上述缺陷。

本發明用以達成上述目的的解決方案為一種具有下文所述的特征的冷卻裝置。本發明的冷卻裝置的有利設計方案和改進方案參閱下文所述。