燃料电池系统和车辆技术方案

本实用新型专利技术涉及燃料电池系统和车辆。包括整车热管理和燃料电池系统，燃料电池系统包括外循环管路和内循环管路，内、外循环管路通过换热器进行热交换，内循环管路上设有内循环水泵和去离子器。一方面，内循环管路比原有一个循环的管路长度大大缩减，从而减少了金属软管和金属弯管接头等数量，在根源上减少了锂离子的产生量，去离子器所承受的负担减轻，可提高使用寿命4‑5倍；另一方面，内、外循环管路能量传递不涉及冷却液的互换，因此外循环管路中产生的离子也不会进入内循环管路内，不会对去离子器造成负担，而外循环管路中离子的含量无论多高，由于其不在燃料电池内部进行循环流动，因此也不会对燃料电池系统的绝缘性能造成太大影响。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池系统和车辆
本技术涉及燃料电池系统和车辆。
技术介绍
氢气燃料电池，是以氢气为燃料、以氧气作为氧化剂，通过电化学反应将化学能转为电能的电池，其为电解水的逆反应，在反应过程中产生水和热量。燃料电池在工作时，氢电极上有多余的电子而带负电，在氧电极上由于缺少电子而带正电。氢燃料电池是人们解决能源危机的一种洁净、环保的新能源，目前氢燃料电池系统面临寿命短、成本高、环境适用性差、故障率高、系统结构复杂等问题，国内氢燃料电池厂家都处于起步阶段，整体实力与技术整合能力不足，现阶段主要目标是提高系统寿命、降低系统成本，没有过多精力关注燃料电池系统其它问题。其中氢燃料电池的散热是一个非常重要的环节，如不能及时的将放电产生的热量带出，将很容易毁坏电池。现有的燃料电池系统采用一路冷却循环，冷却液管道进出燃料电池的电堆，经过外部的水泵和散热器形成一个循环。现在主流布置为散热器布置在车顶，散热管道在车顶盘绕距离较长，散热管道过长势必需要用到很多的金属软管或金属弯管接头等，由于金属在高温环境下容易在冷却液中产生离子，加上循环上还设有金属的散热器及水泵等，在高温环境下会在循环内的冷却液中形成大量离子，由于离子的导电性能，在经过燃料电池内部时会导致燃料电池的绝缘性能下降，为了保证燃料系统绝缘值在安全值以上，会在冷却循环上增加去离子器，降低冷却液离子浓度。由于管路中的金属构件、散热器、水泵等在冷却液的循环过程中不断释放离子，平均1-2个月需要更换一个去离子器，而去离子器成本较高，每个去离子器的成本在2000元左右，维修保养成本也很高，无法进一步提高系统绝缘电阻，同时冷却液也需要定期更换，更换为去离子水做成的新的冷却液以减少冷却液中的离子含量。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种可降低循环中离子含量、提高去离子器使用寿命的燃料电池系统；本技术的目的还在于提供一种使用上述燃料电池系统的车辆。为实现上述目的，本技术的燃料电池系统采用如下的技术方案：技术方案1：燃料电池系统包括外循环管路以及位于燃料电池内部的内循环管路，内循环管路和外循环管路通过换热器进行热交换，内循环管路上设有内循环水泵和去离子器，外循环管路上设有外循环水泵。本技术的燃料电池系统通过在燃料电池增加内循环管路，通过换热器将热量传递给外循环管路，且传递过程不涉及换热介质的交换，一方面，内循环管路比原有一个循环的管路长度大大缩减，从而减少了金属软管和金属弯管接头等数量，从而在根源上减少了锂离子的产生量，内循环管路中产生的离子通过去离子器去除时，去离子器所承受的负担减轻，可显著提高使用寿命4-5倍；另一方面，内循环管路与外循环管路分离后能量传递采用换热器进行热交换，不涉及冷却液的互换，因此外循环管路中产生的离子也不会进入内循环管路内，不会对去离子器造成负担，而外循环管路中离子的含量无论多高，由于其不在燃料电池内部进行循环流动，因此也不会对燃料电池系统的绝缘性能造成太大影响；除此之外，双循环冷却还具有以下优点：双循环冷却降低燃料电池冷却管路内80%的离子，去离子器更换频率由2-3个月，延长到10-12个月；提高系统绝缘电阻，绝缘电阻由1MΩ提高到2MΩ；由于双冷却循环相互独立，外循环冷却液没有特殊要求，无需定期更换，提高免维护能力；内循环系统降低了燃料电池内部管理，降低低温启动时间和功耗。技术方案2：在技术方案1的基础上，外循环管路包括能量吸收段和能量释放段，外循环管路通过能量吸收段与所述换热器耦合实现内、外循环管路的热交换。技术方案3：在技术方案2的基础上，外循环管路还具有用于与整车热管理连接以实现能量的回收利用的能量回收段。通过将外循环管路接入整车热管理，实现了废热利用，提高了燃料电池系统效率，系统效率由原来的50%提高到70%以上；降低整车热管理系统复杂度，取消车辆加热模块，降低整车电耗和成本；降低对散热系统的要求，降低散热器的工作频率，降低散热功率，提高了散热系统质保年限。技术方案4：在技术方案3的基础上，能量回收段和能量释放段并列设置，能量释放段通过散热器实现能量的释放。当整车热管理无法将废热完全利用或者说废热太充足而使整车热管理利用不完时可通过能量释放段将多余热量散掉，避免对整车热管理造成损害。技术方案5：在技术方案4的基础上，能量回收段、能量释放段与能量吸收段的三叉交汇点处设有在内循环管路中冷却液温度大于设定值时控制能量回收段连通及能量释放段关闭、在整车热管理的水温大于设定值时将能量回收段和能量释放段全部打开的三通阀。通过废热的合理利用，不仅节省了整车加热模块所消耗的能量，而且由于废热的利用消耗掉一些热量，使得散热器的压力减轻，减少散热器的能量消耗，可提高燃料电池系统综合利用效率，同等条件下降低整车电耗，提高行驶里程，提高产品竞争力，另一方面还可降低燃料电池车系统复杂度，降低系统成本，提高燃料电池系统免维护能力，提高燃料电池附件可靠性。技术方案6：在技术方案1-5任意一项的基础上，内循环管路上还设有自动补充冷却液的冷却液箱。技术方案7：在技术方案2-5任意一项的基础上，换热器位于燃料电池内部，所述能量吸收段伸入燃料电池内部与换热器耦合。本技术的车辆采用如下的技术方案：技术方案1：车辆包括整车热管理和燃料电池系统，燃料电池系统包括外循环管路以及位于燃料电池内部的内循环管路，内循环管路和外循环管路通过换热器进行热交换，内循环管路上设有内循环水泵和去离子器，外循环管路上设有外循环水泵。本技术的燃料电池系统通过在燃料电池增加内循环管路，通过换热器将热量传递给外循环管路，且传递过程不涉及换热介质的交换，一方面，内循环管路比原有一个循环的管路长度大大缩减，从而减少了金属软管和金属弯管接头等数量，从而在根源上减少了锂离子的产生量，内循环管路中产生的离子通过去离子器去除时，去离子器所承受的负担减轻，可显著提高使用寿命4-5倍；另一方面，内循环管路与外循环管路分离后能量传递采用换热器进行热交换，不涉及冷却液的互换，因此外循环管路中产生的离子也不会进入内循环管路内，不会对去离子器造成负担，而外循环管路中离子的含量无论多高，由于其不在燃料电池内部进行循环流动，因此也不会对燃料电池系统的绝缘性能造成太大影响；除此之外，双循环冷却还具有以下优点：双循环冷却降低燃料电池冷却管路内80%的离子，去离子器更换频率由2-3个月，延长到10-12个月；提高系统绝缘电阻，绝缘电阻由1MΩ提高到2MΩ；由于双冷却循环相互独立，外循环冷却液没有特殊要求，无需定期更换，提高免维护能力；内循环系统降低了燃料电池内部管理，降低低温启动时间和功耗。技术方案2：在技术方案1的基础上，外循环管路包括能量吸收段和能量释放段，外循环管路通过能量吸收段与所述换热器耦合实现内、外循环管路的热交换。技术方案3：在技术方案2的基础上，外循环管路还具有用于与整车热管理连接以实现能量的回收利用的能量回收段。通过将外循环管路接入整车热管理，实现了废热利用，提高了燃料电池系统效率，系统效率由原来的50%提高到70%以上；降低整车热管理系统复杂度，取消车辆加热模块，降低整车电耗和成本；降低对散热系统的要求，降低散热器的工作频率，降低散热功率，提高了散热系统质保年限。技术方案4：在技术方案3的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统，其特征是，包括外循环管路以及位于燃料电池内部的内循环管路，内循环管路和外循环管路通过换热器进行热交换，内循环管路上设有内循环水泵和去离子器，外循环管路上设有外循环水泵。

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池系统，其特征是，包括外循环管路以及位于燃料电池内部的内循环管路，内循环管路和外循环管路通过换热器进行热交换，内循环管路上设有内循环水泵和去离子器，外循环管路上设有外循环水泵。2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征是，外循环管路包括能量吸收段和能量释放段，外循环管路通过能量吸收段与所述换热器耦合实现内、外循环管路的热交换。3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征是，外循环管路还具有用于与整车热管理连接以实现能量的回收利用的能量回收段。4.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其特征是，能量回收段和能量释放段并列设置，能量释放段通过散热器实现能量的释放。5.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其特征是，能量回收段、能量释放段与能量吸收段的三叉交汇点处设有在内循环管路中冷却液温度大于设定值时控制能量回收段连通及能量释放段关闭、在整车热管理的水温大于设定值时将能量回收段和能量释放段全部打开的三通阀。6.根据权利要求1-5任意一项所述的燃料电池系统，其特征是，内循环管路上还设有自动补充冷却液的冷却液箱。7.根据权利要求2-5任意一项所述的燃料电池系统，其特征是，换热器位于燃料电池内部，所述能量吸收段伸入燃料电池内部与换热器耦合。8.车辆，包括整车热管理和燃料电池系统，其特征是，燃料电池系统包括外循环管路以及位于燃料电池内部的内循环管路，内循环管路和外循环管路通过换热器进行热交换，内循环管路上...

【专利技术属性】
技术研发人员：任正新，孟德水，王鑫，陈勇刚，
申请(专利权)人：郑州宇通客车股份有限公司，
类型：新型
国别省市：河南,41