[發明專利]一種燃料電池電堆熱管理裝置、系統和方法

在審

• 申請號: 201810055532.3
• 申請日: 2018-01-19
• 公開（公告）號: CN108091903A
• 公開（公告）日: 2018-05-29
• 發明（設計）人: 張欽國;李建秋;徐梁飛;歐陽明高;郭迪;江宏亮
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01M8/04007
• 分類號: H01M8/04007;H01M8/04029;H01M8/04701
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 李紅爽;龍洪

本申請提出一種燃料電池電堆熱管理裝置、系統和方法，所述裝置包括：管道機構貫穿燃料電池堆并與水箱、散熱器、水泵相連接，用于將從燃料電池堆的冷卻液出口排出的冷卻液進行循環冷卻后再傳輸至燃料電池堆的冷卻液入口；控制機構與數據采集裝置相連接，用于根據數據采集裝置采集的溫度信號確定冷卻液的溫度，根據溫度信號控制針閥的開度使得冷卻液的溫度在預設溫度范圍內；針閥機構設置于水泵與散熱器之間的通路上，用于根據控制機構的信號控制通過散熱器的冷卻液的流量。管道機構包括排氣管道，排氣管道分別設置于燃料電池堆的冷卻液入口與水箱的通路上和去離子罐與水箱的通路上，用于將管道機構中冷卻液中的氣泡傳輸至水箱。

技術領域

本發明涉及燃料電池的熱管理技術領域，具體涉及一種燃料電池電堆熱管理裝置、系統和方法。

背景技術

燃料電池(例如質子交換膜燃料電池(PEMFC))發電正以急起直追的勢頭快步進入工業化規模應用的階段，將成為21世紀繼火電、水電、核電后的第四代發電方式，燃料電池的動態性能和使用壽命受進氣濕度、進氣流量及溫度的影響很大，而且工作過程中會產生大量的熱量需要散掉，同時，功率越大，發動機產生的熱量越多，需要設計滿足大功率發動機散熱需求的散熱系統；

因此，開發先進的大功率燃料電池發動機測試系統顯得尤為重要，PEMFC的高效率、無污染、建設周期短、易維護以及低成本的潛能引發新能源與環保的綠色革命，如今，PEMFC需要同時要保證在冬季低溫環境中啟動和運行。從經濟性和系統工作質量的角度來看，氣泡對系統的危害是相當大的，嚴重地危害著系統的工作可靠性，其導熱系數大大減低，嚴重地影響著冷卻液的冷卻效果。引起系統的振動和噪聲。當氣泡伴隨流動的壓力液再次從局部低壓區流向高壓區時氣泡破裂消失，氣泡破裂消失就會伴隨氣穴噪聲的產生。同時大量氣泡潰滅會導致局部高壓引起較大的壓力波動，使系統產生振動，進而影響到控制元件和控制元件的工作性能。在測試過程中發現原結構會導致電堆進口或者出口處出現大量氣泡從而造成管路中的湍流或旋窩，而且由于節溫器開度的滯后性，出現短時溫度過高和溫度波動較大的情況。

因此，建立一套高性能的熱管理系統對于提高電堆的工作性能和提高壽命具有很高的現實意義。

發明內容

本發明提供一種燃料電池電堆熱管理裝置、系統和方法，實現精確控制冷卻液的溫度和方便排氣的電堆熱管理系統。

為了實現上述發明目的，本發明采取的技術方案如下：

第一方面，本發明提供一種燃料電池電堆熱管理裝置，包括：控制機構、針閥機構和管道機構，

所述管道機構貫穿燃料電池堆并與水箱、散熱器、水泵相連接，用于將從所述燃料電池堆的冷卻液出口排出的冷卻液進行循環冷卻后再傳輸至所述燃料電池堆的冷卻液入口；

所述控制機構與數據采集裝置相連接，用于根據所述數據采集裝置采集的目標區域的溫度信號確定冷卻液的溫度，根據所述目標區域的溫度信號控制針閥的開度使得冷卻液的溫度在預設溫度范圍內；

所述針閥機構設置于水泵與散熱器之間的通路上，所述針閥機構的受控端連接于控制機構，用于根據控制機構的信號控制通過散熱器的冷卻液的流量。

優選地，所述管道機構包括排氣管道，所述排氣管道分別設置于所述燃料電池堆的冷卻液入口與水箱的通路上和去離子罐與水箱的通路上，用于將管道機構中冷卻液中的氣泡傳輸至所述水箱。

優選地，所述控制機構，還用于根據所述數據采集裝置采集的目標區域的壓力信號確定冷卻液的水壓，根據所述目標區域的壓力信號控制水泵的轉速使得冷卻液的水壓值在預設水壓范圍內。

優選地，所述數據采集裝置包括：設置于燃料電池堆的冷卻液入口處的壓力傳感器和溫度傳感器。

優選地，所述控制機構，還用于根據所述目標區域的溫度信號控制風扇的轉速使得冷卻液的溫度在預設溫度范圍內。