[發(fā)明專利]一種燃料電池浸沒式冷卻系統(tǒng)及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110592372.8
• 申請日: 2021-05-28
• 公開（公告）號: CN113206271A
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）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(quán)）人: 四川榮創(chuàng)新能動(dòng)力系統(tǒng)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(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 51265
• 代理人: 李華

本發(fā)明公開一種燃料電池浸沒式冷卻系統(tǒng)及方法，包括輔助水泵吸入液態(tài)冷卻介質(zhì)泵入燃料電池電堆冷卻流道中；液態(tài)冷卻介質(zhì)在燃料電池電堆內(nèi)冷卻流道及燃料電池電堆表面吸收大量的熱量汽化發(fā)生相變，氣體上浮遇冷霧化形成蒸汽在導(dǎo)熱板上凝結(jié)成水滴又落回液態(tài)冷卻介質(zhì)中形成循環(huán)，由氣態(tài)相變?yōu)橐簯B(tài)釋放出大量的熱通過導(dǎo)熱板傳遞至冷凝腔；浸沒腔內(nèi)通過導(dǎo)熱板向冷凝腔內(nèi)冷卻液進(jìn)行熱傳遞，在冷卻回路中通過散熱器散熱。本發(fā)明導(dǎo)熱速率高、效率高、能力強(qiáng)，能夠穩(wěn)定維持電堆工作溫度，能夠適應(yīng)電堆工作的各類工況、環(huán)境；能夠極大地減少高絕緣性能冷卻介質(zhì)的使用量以及延長使用周期，從而有效降低高絕緣性能冷卻介質(zhì)和去離子器的使用和維護(hù)成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種燃料電池浸沒式冷卻系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)有燃料電池冷卻系統(tǒng)多采用單相液冷的方式，即不發(fā)生相變，僅通過冷卻介質(zhì)的溫度變化來實(shí)現(xiàn)熱量傳遞。現(xiàn)有燃料電池冷卻系統(tǒng)采用的單相液冷方式換熱系數(shù)低，導(dǎo)熱速率低、效率低、能力弱，此外若發(fā)生熱交換不及時(shí)的情況，冷卻介質(zhì)的局部溫升也會(huì)導(dǎo)致電堆溫度升高，難以穩(wěn)定維持電堆工作溫度，特別是電堆產(chǎn)熱量突然大幅度增加時(shí)對電堆的工作狀態(tài)、故障率、壽命等影響很大，無法完全適應(yīng)電堆工作的各類工況、環(huán)境。

現(xiàn)有燃料電池冷卻系統(tǒng)的特點(diǎn)是燃料電池電堆和產(chǎn)熱輔助部件在同一個(gè)循環(huán)內(nèi)，具體表現(xiàn)在燃料電池電堆和其他產(chǎn)熱部件共用冷卻介質(zhì)，而燃料電池電堆對冷卻介質(zhì)絕緣性能的要求比其他產(chǎn)熱部件高，從而導(dǎo)致冷卻系統(tǒng)對冷卻介質(zhì)絕緣性能的整體要求較高，冷卻介質(zhì)的使用和維護(hù)成本較高。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一種燃料電池浸沒式冷卻系統(tǒng)及方法，導(dǎo)熱速率高、效率高、能力強(qiáng)，能夠穩(wěn)定維持電堆工作溫度，能夠適應(yīng)電堆工作的各類工況、環(huán)境；能夠極大地減少高絕緣性能冷卻介質(zhì)的使用量以及延長使用周期，從而有效降低高絕緣性能冷卻介質(zhì)使用和維護(hù)成本。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種燃料電池浸沒式冷卻方法，基于燃料電池浸沒式冷卻系統(tǒng)，包括冷卻箱、輔助水泵、散熱器和主水泵；所述冷卻箱包括浸沒腔和冷凝腔；浸沒腔為密閉結(jié)構(gòu)，在浸沒腔內(nèi)充斥有液態(tài)冷卻介質(zhì)；在浸沒腔內(nèi)安裝燃料電池電堆和輔助水泵，且燃料電池電堆和輔助水泵浸沒在液態(tài)冷卻介質(zhì)中，輔助水泵出口與燃料電池電堆的冷卻液入口相連；在所述浸沒腔和冷凝腔之間設(shè)置有導(dǎo)熱板，浸沒腔和冷凝腔之間通過導(dǎo)熱板連接；所述冷凝腔上設(shè)置有冷卻液出口和冷卻液入口；冷凝腔的冷卻液出口與散熱器入口相連，散熱器出口與主水泵入口相連，主水泵出口與冷凝腔的冷卻液入口相連；

燃料電池浸沒式冷卻方法包括步驟：

燃料電池電堆產(chǎn)生熱量溫度升高，輔助水泵吸入液態(tài)冷卻介質(zhì)泵入燃料電池電堆冷卻流道中；液態(tài)冷卻介質(zhì)在燃料電池電堆內(nèi)冷卻流道及燃料電池電堆表面吸收大量的熱量汽化發(fā)生相變，電堆冷卻液出口排出物混合著氣態(tài)和液態(tài)冷卻介質(zhì)，電堆表面也發(fā)生沸騰有氣泡產(chǎn)生；氣體上浮遇冷霧化形成蒸汽在導(dǎo)熱板上凝結(jié)成水滴又落回液態(tài)介質(zhì)中形成循環(huán)，由氣態(tài)相變?yōu)橐簯B(tài)釋放出大量的熱通過導(dǎo)熱板傳遞至冷凝腔；

主水泵吸入低溫冷卻液并泵入冷凝腔，冷凝腔內(nèi)充斥著流動(dòng)的冷卻液，吸收導(dǎo)熱板傳遞的熱量變?yōu)楦邷乩鋮s液；高溫冷卻水在散熱器處將熱量排到系統(tǒng)外變?yōu)榈蜏乩鋮s水，再被水泵重新吸入形成循環(huán)。

進(jìn)一步的是，在所述冷凝腔和散熱器的冷卻回路上設(shè)置燃料電池系統(tǒng)中產(chǎn)熱輔助部件；

主水泵吸入低溫冷卻液并泵入冷凝腔，冷凝腔內(nèi)和燃料電池系統(tǒng)中產(chǎn)熱輔助部件的冷卻流道內(nèi)充斥著流動(dòng)的冷卻液，吸收導(dǎo)熱板傳遞的熱量和產(chǎn)熱輔助部件的熱量變?yōu)楦邷乩鋮s液；最終在散熱器處將熱量排到系統(tǒng)外變?yōu)榈蜏乩鋮s液，再被水泵重新吸入形成循環(huán)。

進(jìn)一步的是，基于燃料電池浸沒式冷卻系統(tǒng)中設(shè)置主水泵出口溫度傳感器、散熱器入口溫度傳感器和散熱器出口溫度傳感器；