车用燃料电池系统的冷却系统技术方案

本发明专利技术的车用燃料电池系统的冷却系统包括：循环泵；具有与五个流道对应的五个开口的温控阀；以及与温控阀相连以控制温控阀的各开口的开度的燃料电池控制单元；其中，第一流道从上游依次连通循环泵、燃料电池堆栈和温控阀的第一开口；第二流道从上游依次连通循环泵、中冷器和温控阀的第二开口；第三流道从上游依次连通温控阀的第三开口、加热器和循环泵；第四流道从上游依次连通温控阀的第四开口、散热器和循环泵；第五流道作为散热器旁路，从上游依次连通温控阀的第五开口和循环泵；燃料电池控制单元根据不同的工况控制温控阀的多个开口的开度以选择性地连通多个流道而构成对应于不同工况的冷却循环。本发明专利技术能精确控制不同工况下的冷却液流量。

Cooling System of Vehicle Fuel Cell System

【技术实现步骤摘要】
车用燃料电池系统的冷却系统
本专利技术涉及燃料电池领域，具体地，涉及一种车用燃料电池系统的冷却系统。
技术介绍
燃料电池是一种高效率的能量转换装置，将储存在燃料（如氢气）中的化学能转换为电能，并生成水。运行过程中不产生任何污染物，是未来理想的电能来源之一。其理想转化效率为83%，目前实际运行效率为45~60%。燃料电池系统是由燃料电池堆栈及其辅助系统构成。燃料电池堆栈是由多片单体堆积装配而成，燃料电池堆栈持续发电运行，需要单体中固体高分子电解质膜保持在适当的湿度和湿度，以提供电解质膜上的催化剂很好的工作环境，很好的活性。温度过低会导致催化剂活性降低，使燃料的转化电能的效率降低，尤其启动温度低于冰点时，堆栈内反应生成的水可能会结冰，从而导致燃料电池堆栈永久性损坏；因此，燃料电池系统在启动阶段需要快速升温。温度过高会直接使催化剂的活性快速降低，直至活性丧失。因此，需要合适的冷却及加热方式，使冷却液的温度在合适的范围内。目前燃料电池系统冷却方式主要以水冷和空冷为主，小功率堆栈采用空冷即可满足散热需求，随着功率的提升，需要使用比热容更大的介质带走更多的热量，目前车用的燃料电池系统主要使用冷却液冷却方式。目前燃料电池冷却系统采用传统车用节温器或电子节温器进行冷却液大小循环调节，实现冷却液温度的控制。因传统车用节温器为机械结构，其中的石蜡在一定温度下融化，并有一定的完全融化时间，这使大循环开启有一定的延迟，导致冷却液温度有一定的波动；电子节温器虽能够控制石蜡融化的时间，可提前加热石蜡，在一定程度上加快大循环开启的速度，但是在开启过程中，不能精确控制冷却液大小循环的流量，不能实现小循环中较高的冷却液与大循环流道中较低温度冷却液的流量的精确控制，从而不能控制大小循环时的温度波动。温度的波动对影响燃料电池系统的输出特性有很大的影响，从而导致堆栈寿命的衰退。
技术实现思路
鉴于以上所述，本专利技术的目的在于提供一种车用燃料电池系统的冷却系统，能精确控制不同工况下的冷却液流量，能够实现燃料电池堆栈不同工况下温度的精确控制，提高燃料电池堆栈的寿命；降低启动、暖机功耗，提高工作效率。为此，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术的车用燃料电池系统的冷却系统包括：循环泵；具有与五个流道对应的五个开口的温控阀；以及与所述温控阀相连以控制所述温控阀的各开口的开度的燃料电池控制单元；其中，第一流道从上游依次连通所述循环泵、燃料电池堆栈和所述温控阀的第一开口；第二流道从上游依次连通所述循环泵、中冷器和所述温控阀的第二开口；第三流道从上游依次连通所述温控阀的第三开口、加热器和所述循环泵；第四流道从上游依次连通所述温控阀的第四开口、散热器和所述循环泵；第五流道作为散热器旁路，从上游依次连通所述温控阀的第五开口和所述循环泵；所述燃料电池控制单元根据不同的工况控制所述温控阀的多个开口的开度以选择性地连通多个流道而构成对应于不同工况的冷却循环。根据本专利技术，温控阀在燃料电池控制单元（FCU，FuelcellControlUnit）的控制下，实现不同工况下各开口的开度控制，从而对各流道的冷却液流量进行控制，实现燃料电池堆栈不同工况下温度的精确控制，提高燃料电池堆栈的寿命；降低启动、暖机功耗，提高工作效率。也可以是，本专利技术中，在冷启动工况或常温暖机运行工况时，所述燃料电池控制单元控制所述温控阀的第一开口和第三开口打开以连通第一流道与第三流道，并且控制所述温控阀的第二开口、第四开口和第五开口关闭。根据本专利技术，在低温冷启动工况或常温暖机运行工况时，小循环开启，FCU控制温控阀，使一定流量的冷却液经加热器加热后流入燃料电池堆栈，实现燃料电池堆栈快速的温度升高，使燃料电池系统快速暖机。由此可实现燃料电池系统快速升温冷启动、暖机时系统快速达到高效工作温度范围。也可以是，本专利技术中，在热机工况时，所述燃料电池控制单元控制所述温控阀的第一开口、第二开口和第五开口打开以连通第一流道、第二流道与第五流道，并且控制所述温控阀的第三开口和第四开口关闭。根据本专利技术，温度较低热机时，FCU控制温控阀，逐渐增加作为散热器旁路的第五流道的冷却液流量，使系统能以较大功率运行，使燃料电池堆栈快速达到高效工作温度范围，实现快速暖机。也可以是，本专利技术中，在燃料电池系统开始大功率运行时，所述燃料电池控制单元控制所述温控阀的第一开口、第二开口和第五开口打开以连通第一流道、第二流道与第五流道，并且控制所述温控阀的第四开口开始打开。根据本专利技术，在燃料电池系统开始大功率运行时，大小循环切换，即开始从小循环切换至大循环。控制大小循环流道内冷却液流量，使经过散热器后温度较低的冷却液与燃料电池堆栈直接流入到散热器旁路流道内温度较高的冷却液混合后温度保持平稳上升，极大地降低了温度的波动，提供了燃料电池堆栈的寿命。也可以是，本专利技术中，在燃料电池系统额定功率或大功率运行时，所述燃料电池控制单元控制所述温控阀的第一开口、第二开口和第四开口打开以连通第一流道、第二流道与第四流道，并且控制所述温控阀的第五开口关闭。根据本专利技术，在燃料电池系统额定功率或大功率运行时，作为第五流道的散热器旁路关闭，冷却液全部流经散热器，进行大循环。也可以是，本专利技术中，在所述第一流道中的所述燃料电池堆栈的上下游分别设有温/压传感器，所述燃料电池控制单元接收所述温/压传感器输送的温/压信息。根据本专利技术，燃料电池控制单元可采集燃料电池堆栈的入口温/压传感器、出口温/压传感器提供的温度和压力信号，并基于该温/压信号对温控阀、加热器等部件进行控制。也可以是，本专利技术中，所述温控阀为电机驱动的开关阀。根据本专利技术，温控阀为燃料电池冷却系统的核心部件，该温控阀为五通阀，是控制流经各流道的冷却液流量的电子执行器。可有效地实现不同工况下各开口的开度控制，从而对各流道的冷却液流量进行控制，实现燃料电池堆栈不同工况下温度的精确控制，提高燃料电池堆栈的寿命；降低启动、暖机时零部件的功耗，提高工作效率。也可以是，本专利技术中，所述燃料电池控制单元连接至所述循环泵以控制该循环泵的运行。根据本专利技术，可以通过FCU有效地控制循环泵的运行，例如转速控制等。也可以是，本专利技术中，所述燃料电池控制单元还连接至散热风扇以控制所述散热风扇的开度。根据本专利技术，可以通过FCU控制散热风扇的运行，从而可以实现在进行大循环时，通过FCU控制散热风扇的开度，使温度保持在合适的范围内。附图说明图1示出了本专利技术的车用燃料电池系统的冷却系统的结构示意图；附图标记：1、FCU；2、温控阀；3、散热器旁路/大循环冷却旁路流道（第五流道）；4、散热风扇；5、散热器；6、PTC加热器；7、中冷器；8、电子循环泵；9、燃料电池堆栈；10、堆栈入口温/压传感器；11、堆栈出口温/压传感器；12、流道（第一流道）；13、流道（第二流道）；14、流道（第三流道）；15、流道（第四流道）。具体实施方式以下结合附图和下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，附图和下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。针对现有的车用燃料电池系统的冷却系统的不足之处。本专利技术在此提供了一种车用燃料电池系统的冷却系统，用于燃料电池系统散热。如图1所示，该冷却系统包括：循环泵8；具有与五个流道对应的五个开口的温控阀2；以及与温控阀2相连（例如通过线束连接）本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种车用燃料电池系统的冷却系统，其特征在于，包括：循环泵；具有与五个流道对应的五个开口的温控阀；以及与所述温控阀相连以控制所述温控阀的各开口的开度的燃料电池控制单元；其中，第一流道从上游依次连通所述循环泵、燃料电池堆栈和所述温控阀的第一开口；第二流道从上游依次连通所述循环泵、中冷器和所述温控阀的第二开口；第三流道从上游依次连通所述温控阀的第三开口、加热器和所述循环泵；第四流道从上游依次连通所述温控阀的第四开口、散热器和所述循环泵；第五流道作为散热器旁路，从上游依次连通所述温控阀的第五开口和所述循环泵；所述燃料电池控制单元根据不同的工况控制所述温控阀的多个开口的开度以选择性地连通多个流道而构成对应于不同工况的冷却循环。

【技术特征摘要】
1.一种车用燃料电池系统的冷却系统，其特征在于，包括：循环泵；具有与五个流道对应的五个开口的温控阀；以及与所述温控阀相连以控制所述温控阀的各开口的开度的燃料电池控制单元；其中，第一流道从上游依次连通所述循环泵、燃料电池堆栈和所述温控阀的第一开口；第二流道从上游依次连通所述循环泵、中冷器和所述温控阀的第二开口；第三流道从上游依次连通所述温控阀的第三开口、加热器和所述循环泵；第四流道从上游依次连通所述温控阀的第四开口、散热器和所述循环泵；第五流道作为散热器旁路，从上游依次连通所述温控阀的第五开口和所述循环泵；所述燃料电池控制单元根据不同的工况控制所述温控阀的多个开口的开度以选择性地连通多个流道而构成对应于不同工况的冷却循环。2.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，在冷启动工况或常温暖机运行工况时，所述燃料电池控制单元控制所述温控阀的第一开口和第三开口打开以连通第一流道与第三流道，并且控制所述温控阀的第二开口、第四开口和第五开口关闭。3.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，在热机工况时，所述燃料电池控制单元控制所述温控阀的第一开口、第二开口和第五开口打开以连通第一流道、第二流道与...

【专利技术属性】
技术研发人员：马天才，王福现，
申请(专利权)人：上海楞次新能源汽车科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31