[實用新型]一種燃料電池熱管理系統

有效

• 申請號: 201920244875.4
• 申請日: 2019-02-26
• 公開（公告）號: CN209312914U
• 公開（公告）日: 2019-08-27
• 發明（設計）人: 陳宗海;潘瑞;楊朵;汪玉潔;楊曉宇
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: H01M8/04007
• 分類號: H01M8/04007;H01M8/04029
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 古利蘭;王寶筠

本實用新型公開了一種燃料電池熱管理系統，包括：內循環回路和外循環回路；其中：內循環回路包含燃料電池電堆，外循環回路不包含燃料電池電堆，內循環回路和所述外循環回路通過熱交換器相連。本實用新型通過內循環回路和外循環回路構成的多回路結構，可以滿足燃料電池復雜的工況需求，能夠快速實現燃料電池系統熱平衡，保障燃料電池工作在最佳溫度范圍內。

技術領域

本申請涉及燃料電池技術領域，尤其涉及一種燃料電池熱管理系統。

背景技術

質子交換膜燃料電池的能量效率約為50％，這表明在電化學反應中約一半的化學能轉換為熱能。內部熱源會增大燃料電池的工作溫度，提高電池輸出性能和催化劑活性，但是溫度過高又會造成膜“脫水”以及系統衰減加劇。因此，為了保證燃料電池持續穩定運行且具有優異的性能和耐久性，燃料電池熱管理系統必不可少。

質子交換膜燃料電池的溫度特性主要由質子交換膜特性決定，以最常用的Nafion膜為例，其最佳工作溫度溫度不宜超出80℃，超過該溫度時膜的穩定性和質子傳導性能會嚴重下降。其次，燃料電池產熱成因主要源自電化學反應、內阻和水液化，大部分熱產自陰極側的催化劑層，其他部分包括質子交換膜和導電器件的歐姆內阻等。

由此可知，燃料電池自身產熱機制決定了電堆溫度分布不均的特性。針對燃料電池溫度特性和溫度分布不均特性，需要熱管理系統對燃料電池內部溫度進行調節，保證燃料電池始終工作在合適的溫度范圍內，維持電堆內部熱平衡。

熱管理系統主要采用散熱裝置與電堆進行熱交換，以達到溫度調節的目的。目前主要包括三類：串聯回路結構、旁路閥回路結構、多回路結構。其中，串聯回路結構只有單流道用于發生熱交換，沒有其他自由度來操縱熱交換效率，對于給定的散熱效率，冷卻系統的功耗不能得到最佳控制，從而降低了整個系統的效率。旁路閥回路結構通過單個旁路閥控制冷卻液是否經過散熱器，可一定程度提高燃料電池熱效率，但該結構控制點少，風扇、泵、閥的控制存在耦合性。多回路結構可解決上述問題，現有技術提出了一種含兩級非混合循環水路的燃料電池熱管理系統，該方法可降低電導率指標維護費用，但是該結構加熱器和去離子裝置增加了成本。現有技術提出了一種用于燃料電池堆的熱處理系統，該方法主要解決余熱浪費問題，但該方法結構成本較高，且未能充分利用水箱的冷卻功能。

綜上所述，如何快速實現燃料電池系統熱平衡，保障燃料電池工作在最佳溫度范圍內，是一項亟待解決的問題。

實用新型內容

有鑒于此，本申請提供了一種燃料電池熱管理系統，能夠快速實現燃料電池系統熱平衡，保障燃料電池工作在最佳溫度范圍內。

本申請提供了一種燃料電池熱管理系統，包括：內循環回路和外循環回路；其中：

所述內循環回路包含燃料電池電堆；

所述外循環回路不包含燃料電池電堆；

所述內循環回路和所述外循環回路通過熱交換器相連。

優選地，所述內循環回路包括：第一內循環回路、第二內循環回路、第三內循環回路；其中：

所述第一內循環回路包括：燃料電池電堆、第一旁路閥、第一冷卻泵，冷卻液電堆流出后經所述第一旁路閥直接進入所述第一冷卻泵，然后回到電堆；

所述第二內循環回路包括：所述燃料電池電堆、所述第一旁路閥、所述熱交換器、第二旁路閥、所述第一冷卻泵，冷卻液從電堆流出后經所述第一旁路閥進入熱交換器，流經所述第二旁路閥進入所述第一冷卻泵，然后回到電堆；

所述第三內循環回路包括：燃料電池電堆、所述第一旁路閥、所述熱交換器、所述第二旁路閥、第一儲液箱、所述第一冷卻泵，冷卻液從電堆流出后經所述第一旁路閥進入所述熱交換器，流經所述第二旁路閥依次進入所述第一儲液箱、第一冷卻泵，然后回到電堆。