[發明專利]一種燃料電池發動機的熱管理系統

有效

• 申請號: 202011633840.3
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112820895B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發明（設計）人: 李文浩;方虹璋;杜常清;盧熾華
• 申請（專利權）人: 佛山仙湖實驗室
• 主分類號: H01M8/04007
• 分類號: H01M8/04007;H01M8/04029;B60L58/32;B60L58/33;B60L58/34
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 劉俊文

本發明屬于燃料電池技術領域，公開了一種燃料電池發動機的熱管理系統。該熱管理系統，包括燃料電池電堆、PTC加熱回路、散熱回路和中冷回路；該熱管理系統采用納米流體作為換熱介質。本發明提供的熱管理系統，采用納米流體作為換熱介質，以及利用PTC加熱回路、散熱回路和中冷回路的協調工作，使熱管理系統結構更簡單，更緊湊，流阻更小，且冷啟動性能優異，能夠維持電堆及整個燃料電池發動機的高效、安全運行。

技術領域

本發明屬于燃料電池技術領域，具體涉及一種燃料電池發動機的熱管理系統。

背景技術

燃料電池發動機的熱管理系統，通過冷卻回路使燃料電池電堆以及各輔助部件的溫度保持在一定的范圍內，同時通過中冷器使電堆的空氣側進氣溫度滿足要求，從而保證系統正常高效的運行。因此，熱管理系統對燃料電池發動機的正常使用、壽命的長短起到至關重要的影響，是燃料電池發動機集成設計和開發的核心技術之一。

目前燃料電池熱管理系統在集成設計和開發方面，主要面臨以下關鍵問題：1.電堆冷卻問題，電堆的溫度必須控制在一定的范圍內，這對電堆大功率工作情況下的散熱提出了高要求。2.系統結構緊湊性問題，為了達到電堆需要的散熱功率，往往熱管理系統需要匹配體積比較大的散熱器，然而在整車布置過程中，乘用車并沒有足夠多的空間留給熱管理系統進行布置，如何使熱管理系統結構緊湊，是實際工程應用中必須要解決的問題。3.余電處理問題，當電堆停止工作時，仍會有少量的氫氧反應產生電能，如何處理多余的電能對于系統的安全性能十分重要。4.冷啟動問題，使用PTC加熱器(由PTC陶瓷發熱元件與鋁管組成)加熱冷卻液(換熱介質)使電堆升溫，加熱的時間長短是評價冷啟動性能的重要指標。而目前燃料電池熱管理系統的冷啟動性能、結構緊湊性和余電處理能力均有待提高或增強。

因此，亟需提供一種冷啟動性能優異、結構緊湊的燃料電池發動機的熱管理系統。

發明內容

本發明旨在至少解決上述現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明提出一種熱管理系統，其冷啟動性能優異，結構緊湊。

一種熱管理系統，包括燃料電池電堆、PTC加熱回路、散熱回路和中冷回路；所述熱管理系統采用納米流體作為換熱介質。

本發明提供的熱管理系統，采用納米流體作為換熱介質，利用其高熱導率和低電導率，換熱效率高，所述納米流體自去離子化，系統中無需設置常規的去離子器，使得系統結構更簡單，更緊湊，流阻更小。而所述熱管理系統利用PTC加熱回路、散熱回路和中冷回路的協調工作，使所述熱管理系統冷啟動性能優異，高效，安全。所述PTC加熱回路協助燃料電池電堆快速升溫，使電堆在低溫環境中的快速啟動；所述散熱回路帶走燃料電池電堆部分熱量，使電堆處于正常的溫度范圍內；所述中冷回路利用換熱介質對高溫的換熱介質和氣體進行降溫，使進入電堆的空氣處于合適的溫度范圍。

優選的，所述納米流體選自Al₂O₃水基納米流體、SiO₂水基納米流體、Al₂O₃-SiO₂水基納米流體、Al₂O₃乙二醇基納米流體、SiO₂乙二醇基納米流體或Al₂O₃-SiO₂乙二醇基納米流體中的至少一種。

優選的，所述燃料電池發動機的熱管理系統，包括：

燃料電池電堆；

節溫器，與所述燃料電池電堆相連；

PTC加熱回路，包括依次相連的PTC加熱器和第一分流閥；所述PTC加熱器主要負責加熱回路中的換熱介質，所述第一分流閥決定經過所述PTC加熱器加熱的換熱介質流向，從而滿足不同情況下的冷啟動。

第一合流閥；