[發明專利]一種燃料電池浸沒式冷卻系統及方法

在審

• 申請號: 202110592372.8
• 申請日: 2021-05-28
• 公開（公告）號: CN113206271A
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 楊春華;曾厚銘;張偉明;陶詩涌;徐豐云;楊佳凡;殷樞
• 申請（專利權）人: 四川榮創新能動力系統有限公司
• 主分類號: H01M8/04007
• 分類號: H01M8/04007;H01M8/04029
• 代理公司: 成都帝鵬知識產權代理事務所(普通合伙) 51265
• 代理人: 李華

1.一種燃料電池浸沒式冷卻方法，其特征在于，基于燃料電池浸沒式冷卻系統，包括冷卻箱、輔助水泵(2)、散熱器(10)和主水泵(12)；所述冷卻箱包括浸沒腔(5)和冷凝腔(7)；浸沒腔(5)為密閉結構，在浸沒腔(5)內充斥有液態冷卻介質；在浸沒腔(5)內安裝燃料電池電堆(1)和輔助水泵(2)，且燃料電池電堆(1)和輔助水泵(2)浸沒在液態冷卻介質中，輔助水泵(2)出口與燃料電池電堆(1)的冷卻液入口相連；在所述浸沒腔(5)和冷凝腔(7)之間設置有導熱板(6)，浸沒腔(5)和冷凝腔(7)之間通過導熱板(6)連接；所述冷凝腔(7)上設置有冷卻液出口和冷卻液入口；冷凝腔(7)的冷卻液出口與散熱器(10)入口相連，散熱器(10)出口與主水泵(12)入口相連，主水泵(12)出口與冷凝腔(7)的冷卻液入口相連；

燃料電池浸沒式冷卻方法包括步驟：

燃料電池電堆(1)產生熱量溫度升高，輔助水泵(2)吸入液態冷卻介質泵入燃料電池電堆(1)冷卻流道中；液態冷卻介質在燃料電池電堆(1)內冷卻流道及燃料電池電堆(1)表面吸收大量的熱量汽化發生相變；氣體上浮遇冷霧化形成蒸汽在導熱板(6)上凝結成水滴又落回液態介質中形成循環，由氣態相變為液態釋放出大量的熱通過導熱板(6)傳遞至冷凝腔(7)；

主水泵(12)吸入低溫冷卻液并泵入冷凝腔(7)，冷凝腔(7)內充斥著流動的冷卻液，吸收導熱板(6)傳遞的熱量變為高溫冷卻液；高溫冷卻水在散熱器(10)處將熱量排到系統外變為低溫冷卻水，再被水泵重新吸入形成循環。

2.根據權利要求1所述的一種燃料電池浸沒式冷卻方法，其特征在于，在所述冷凝腔(7)和散熱器(10)的冷卻回路上設置燃料電池系統中產熱輔助部件(8)；

主水泵(12)吸入低溫冷卻液并泵入冷凝腔(7)，冷凝腔(7)內和燃料電池系統中產熱輔助部件(8)的冷卻流道內充斥著流動的冷卻液，吸收導熱板(6)傳遞的熱量和產熱輔助部件(8)的熱量變為高溫冷卻液；最終在散熱器(10)處將熱量排到系統外變為低溫冷卻液，再被水泵重新吸入形成循環。

3.根據權利要求1所述的一種燃料電池浸沒式冷卻方法，其特征在于，基于燃料電池浸沒式冷卻系統中設置主水泵出口溫度傳感器(13)、散熱器入口溫度傳感器(9)和散熱器出口溫度傳感器(11)；

通過主水泵出口溫度傳感器(13)、散熱器入口溫度傳感器(9)和散熱器出口溫度傳感器(11)分別測得主水泵(12)出口溫度T₁、散熱器(10)入口溫度T₂、散熱器(10)出口溫度T₃；

主控制器接收各個溫度傳感器測得的溫度數據并計算產熱部件出入口溫差ΔT＝T₂-T₁；

主控制器通過查詢T₃—r_f對應關系表、ΔT—r_p對應關系表插值得到散熱器(10)風扇目標轉速r_f、主水泵(12)目標轉速r_p；

主控制器將計算得到的散熱器(10)風扇目標轉速r_f、主水泵(12)目標轉速r_p分別發送至散熱器(10)控制端、主水泵(12)控制端，最終調節散熱器(10)風扇轉速、主水泵(12)轉速，實現冷卻系統的實時調節控制。

4.根據權利要求1所述的一種燃料電池浸沒式冷卻方法，其特征在于，在所述浸沒腔(5)內設置有箱體壓力傳感器(4)，箱體壓力傳感器(4)位于浸沒腔(5)內上方氣體中；在所述浸沒腔(5)上設置有緊急泄壓閥(14)；

通過箱體壓力傳感器(4)實時監測箱體氣體壓力P，若箱體氣體壓力P未超過預設閾值P₁，則緊急泄壓閥(14)不作反應；若超過預設泄壓閾值P₁，則緊急泄壓閥(14)打開，浸沒腔(5)內氣體泄漏到外界，氣體壓力降低，直至箱體氣體壓力P達到預設正常閾值P₂，緊急泄壓閥(14)關閉，浸沒腔(5)恢復密閉狀態。