[發明專利]燃料電池熱交換系統及氫能有軌電車

有效

• 申請號: 202010037492.7
• 申請日: 2020-01-14
• 公開（公告）號: CN111169326B
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發明（設計）人: 汪培楨;毛業軍;張偉先;唐艷麗;易柯;李玉梅;胡潤文;柯建明
• 申請（專利權）人: 中車株洲電力機車有限公司
• 主分類號: B60L58/26
• 分類號: B60L58/26;H01M8/04029;B60H1/14
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 孔祥貴

本發明公開一種燃料電池熱交換系統，包括依次閉環串聯的燃料電池、熱交換器的冷卻水通道、膨脹水箱、冷卻水循環泵和水冷散熱器，依次閉環串聯的熱交換器的廢熱回收水通道、采暖水箱和廢熱回收水循環泵，以及采暖水箱依次閉環串聯有水暖散熱器和供暖水循環泵。燃料電池產生的部分熱量通過熱交換器傳遞至采暖水箱，為水暖散熱器提供熱量，余熱由水冷散熱器耗散，不影響燃料電池系統、空調系統原有功能及性能。利用燃料電池廢熱供暖，提高燃料電池系統能量利用率；降低水冷散熱器風機噪聲污染，節省空間；充分利用燃料電池與空調系統熱量，提高整車系統能源利用率，實現節能減排。本發明還公開一種包括上述燃料電池熱交換系統的氫能有軌電車。

技術領域

本發明涉及有軌電車領域，特別是涉及一種燃料電池熱交換系統。此外，本發明還涉及一種包括上述系統的氫能有軌電車。

背景技術

近年來大功率燃料電池技術取得重大進步，為其在機車、有軌電車等軌道交通領域應用提供了可能，燃料電池車輛自身攜帶主動力源，不依賴牽引供電系統，可實現全程/局部無網運行。氫燃料電池是將氫氣和氧氣的化學能直接轉化成電能的發電裝置。其具有功率調節響應快、續航里程長、零排放、轉換效率高、氫燃料獲取途徑較多、設備功率密度高、穩定性好等優勢。目前，應用于交通運輸領域的氫燃料電池主要為質子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC)。

質子交換膜燃料電池反應不受卡諾循環限制，能量轉換效率最高可達50％，因此有50％的能量將以熱能的形式耗散，意味著燃料電池發熱功率近似等于其發電功率。燃料電池的最佳工作溫度一般為60℃至80℃，燃料電池電堆對工作溫度十分敏感，低溫工作區間，歐姆阻抗較大，發電效率較低；工作溫度過高，將導致質子交換膜脫水，降低電導率。因此，燃料電池熱管理系統對整個電池系統運行十分重要。

大功率燃料電池系統通常采用水冷方式循環散熱，冷卻水流經燃料電池電堆進入散熱器，散熱風機利用空氣對流降低散熱器中冷卻水的溫度，降溫后的冷卻水再次進入燃料電池電堆，冷卻水循環泵帶動冷卻水對電堆持續散熱。大量的熱能被排放到大氣環境中，增加了環境的廢熱排放，同時也是一種熱量資源的浪費；同時，現有燃料電池水冷裝置，散熱風機自身消耗電能較大，并帶來巨大的噪聲。

因此，如何優化改善現有水冷裝置，對燃料電池廢熱進行回收利用，是一個亟待解決的問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種燃料電池熱交換系統，通過增加廢熱回收裝置和供暖裝置，實現整車熱量綜合管理，提高整車系統能源利用率，實現節能減排。本發明的另一目的是提供一種包括上述燃料電池熱交換系統的氫能有軌電車。

為解決上述技術問題，本發明提供一種燃料電池熱交換系統，包括依次閉環串聯的燃料電池、熱交換器的冷卻水通道、膨脹水箱、冷卻水循環泵和水冷散熱器，還包括依次閉環串聯的所述熱交換器的廢熱回收水通道、采暖水箱和廢熱回收水循環泵，所述采暖水箱依次閉環串聯有水暖散熱器和供暖水循環泵。

優選地，所述熱交換器和所述采暖水箱之間設置有第一截止閥，所述采暖水箱和所述廢熱回收水循環泵之間設置有第二截止閥，所述第二截止閥和所述廢熱回收水循環泵之間設置有第一壓力釋放閥。

優選地，所述采暖水箱包括連通所述熱交換器的回收進水口和回收出水口，所述采暖水箱還包括連通所述水暖散熱器的水暖進水口和水暖出水口。

優選地，所述采暖水箱和所述水暖散熱器之間設置有第三截止閥，所述采暖水箱和所述供暖水循環泵之間設置有第四截止閥，所述第三截止閥和所述水暖出水口之間設置有三通球閥，所述三通球閥連通外部給送水管路，所述第四截止閥和所述水暖進水口之間設置有第二壓力釋放閥。

優選地，所述燃料電池和所述熱交換器之間設置有第一溫度傳感器，所述熱交換器和所述膨脹水箱之間設置有第二溫度傳感器，所述水冷散熱器和所述燃料電池之間設置有第三溫度傳感器和第一壓力傳感器，所述冷卻水循環泵、所述水冷散熱器和各傳感器連接水冷裝置控制器。