具有多个燃料电池堆的燃料电池车辆的热管理系统技术方案

本公开提供“具有多个燃料电池堆的燃料电池车辆的热管理系统”。一种车辆包括：第一燃料电池堆和第二燃料电池堆；第一冷却剂回路，其具有被布置成使冷却剂循环通过所述第一燃料电池堆的导管；第二冷却剂回路，其具有被布置成使冷却剂循环通过所述第二燃料电池堆的导管；加热器，其与至少所述第一冷却剂回路流体连通；以及隔离阀总成，其被配置为在所述第一冷却剂回路与所述第二冷却剂回路之间比例分配冷却剂流。所述隔离阀总成包括阀。所述阀具有隔离位置，在所述隔离位置中，所述第一回路与所述第二回路被隔离。所述阀还具有至少一个混合位置，在所述混合位置中，所述第一回路和所述第二回路流体连通。所述第二回路流体连通。所述第二回路流体连通。

【技术实现步骤摘要】
具有多个燃料电池堆的燃料电池车辆的热管理系统


[0001]本公开涉及具有多个燃料电池堆的车辆，并且更具体地，涉及用于对燃料电池堆进行热调节的热管理系统。

技术介绍

[0002]氢燃料电池并且特别地质子交换膜燃料电池(PEMFC)是用于汽车和固定式应用的一种潜在电源。PEMFC中的反应涉及氢分子在阳极处分裂成氢离子和电子，而质子与氧和电子在阴极处重新结合形成水并释放热量。通常，质子交换膜在PEMFC中用作质子导体。包含例如铂和/或铂合金的催化剂层用于催化电极反应。可包括微孔层和气体扩散背衬层的气体扩散层用于传输反应物气体和电子以及去除产物水和热量。
[0003]过冷或过热的燃料电池温度可能会影响堆中的隔膜和其他材料。燃料电池系统通常包括热管理系统以将燃料电池堆的温度控制在期望的温度范围内。

技术实现思路

[0004]根据一个实施例，一种车辆包括：第一燃料电池堆和第二燃料电池堆；第一冷却剂回路，其具有被布置成使冷却剂循环通过所述第一燃料电池堆的导管；第二冷却剂回路，其具有被布置成使冷却剂循环通过所述第二燃料电池堆的导管；加热器，其与至少所述第一冷却剂回路流体连通；以及隔离阀总成，其被配置为在所述第一冷却剂回路与所述第二冷却剂回路之间比例分配冷却剂流。所述隔离阀总成包括连接到所述第一回路的所述导管的第一入口端口，连接到所述第一回路的所述导管的第一出口端口，连接到所述第二回路的所述导管的第二入口端口，连接到所述第二回路的所述导管的第二出口端口，以及阀。所述阀具有隔离位置，在所述隔离位置中，所述第一入口端口和所述第二出口端口不流体连通，并且所述第二入口端口和所述第一出口端口不流体连通，使得所述第一回路与所述第二回路被隔离。所述阀还具有至少一个混合位置，在所述至少一个混合位置中，所述第一入口端口和所述第二出口端口流体连通，并且所述第二入口端口和所述第一出口端口流体连通，使得所述第一回路和所述第二回路流体连通。
[0005]根据另一个实施例，一种车辆包括第一燃料电池堆和第二燃料电池堆以及热管理系统。所述热管理系统包括：第一冷却剂回路，所述第一冷却剂回路包括被布置成使冷却剂循环通过所述第一燃料电池堆、第一泵和第一散热器的导管；第二冷却剂回路，所述第二冷却剂回路包括被布置成使冷却剂循环通过所述第二燃料电池堆、第二泵和第二散热器的导管；以及第三冷却剂回路，所述第三冷却剂回路包括被布置成使冷却剂循环通过加热器、第三泵和加热器芯体的导管。第一阀装置被配置为将所述第三回路选择性地连接到所述第一回路，并且被配置为将所述第三回路选择性地连接到所述第二回路。第二阀装置被配置为在所述第一冷却剂回路和所述第二冷却剂回路之间比例分配冷却剂流。
[0006]根据又另一个实施例，一种车辆包括：第一燃料电池堆和第二燃料电池堆；第一冷却剂回路，其具有被布置成使冷却剂循环通过所述第一燃料电池堆的导管；第二冷却剂回
路，其具有被布置成使冷却剂循环通过所述第二燃料电池堆的导管；以及加热器，其与至少所述第一冷却剂回路流体连通。阀装置被配置为在所述第一冷却剂回路和所述第二冷却剂回路之间比例分配冷却剂流。所述阀装置包括隔离位置和至少一个混合位置，在所述隔离位置中，所述第一回路和所述第二回路不流体连通，在所述至少一个混合位置中，所述第一回路和所述第二回路流体连通。控制器被编程为响应于所述第一回路的冷却剂小于第一阈值，将所述隔离阀总成命令到所述隔离位置并命令所述加热器开启，并且响应于所述第一回路的冷却剂超过第二阈值，将所述隔离阀总成命令到所述至少一个混合位置并命令所述加热器关闭。
附图说明
[0007]图1是燃料电池车辆的示意图。
[0008]图2是热管理系统的示意图。
[0009]图3是根据一个实施例的阀装置的示意图。
[0010]图4是根据另一个实施例的阀装置的示意图。
[0011]图5是用于在启动之前使第一燃料电池堆升温的预调节模式下的热管理系统的示意图。
[0012]图6是在第一燃料电池堆的暖机模式下的热管理系统的示意图。
[0013]图7是在燃料电池到燃料电池暖机模式下的热管理系统的示意图。
[0014]图8是在车厢和电池加热模式下的热管理系统的示意图。
[0015]图9是在其中第一堆开启且第二堆关闭的模式下的热管理系统的示意图。
[0016]图10是热管理系统的控制图。
[0017]图11是用于在冷启动期间控制热管理系统的算法的流程图。
具体实施方式
[0018]本文中描述了本公开的实施例。然而，应理解，所公开的实施例仅仅是示例并且其他实施例可以呈现各种和替代形式。附图不一定按比例绘制；一些特征可能被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文所公开的具体结构和功能细节不应被解释为是限制性的，而仅是解释为教导本领域技术人员以不同方式采用本专利技术的代表性基础。如本领域的普通技术人员将理解，参考附图中的任一附图示出和描述的各个特征可与一个或多个其他附图中示出的特征组合以产生未明确地示出或描述的实施例。所示特征的组合提供典型应用的代表性实施例。然而，对于特定应用或实现方式，可能希望与本公开的教导一致的对特征的各种组合和修改。
[0019]PEMFC包括质子交换膜(PEM)。阳极和阴极通常包括承载在碳颗粒上并与离聚物混合的细碎催化剂颗粒(通常为铂)。催化剂混合物沉积在膜的相对侧上。阳极催化剂混合物、阴极催化剂混合物和PEM的组合形成催化剂涂覆的膜电极(CCM)。为了促进反应物气体向催化剂混合物的传输并从催化剂混合物去除过量的水和热量，可以在CCM的任一侧上施涂可以包括微孔层和基于碳纤维的气体扩散背衬层的气体扩散层(GDL)，以形成膜电极组件(MEA)。GDL还为包括PEM和催化剂混合物的软质品提供机械支撑。
[0020]MEA夹置在双极板之间以形成单元电池。双极板通常包括阳极侧和阴极侧。阳极燃
料流通道设置在双极板的阳极侧上，所述阳极燃料流通道允许阳极气体流动到MEA的阳极侧。阴极氧化剂流通道设置在双极板的阴极侧上，所述阴极氧化剂流通道允许阴极气体流动到MEA的阴极侧。冷却剂通道可以安置在双极板的阳极侧与阴极侧之间，以对燃料电池进行热调节。
[0021]若干单元电池通常组合成燃料电池堆以产生期望电力。例如，堆可以包括串联布置的两百或更多个单元电池。燃料电池堆接收阴极反应气体，通常是由压缩机迫使通过堆的空气流。并非所有氧气都被堆消耗掉，并且空气中的一些被输出为阴极废气，所述阴极废气可以包括水作为堆副产物。燃料电池堆还接收流入堆的阳极侧中的阳极氢反应气体。
[0022]参考图1，车辆10包括用于向至少一个电机12提供电力的第一燃料电池堆20和第二燃料电池堆22。车辆10还可以包括电连接到燃料电池20、22和电机12的牵引电池14。电机12经由传动系18连接到从动轮16。在车辆10操作期间，氢燃料和空气被馈送到燃料电池20中，从而形成电力。电机12接收电力作为输入，并且输出用于驱动车轮16以推进车辆10的扭矩。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种车辆，其包括：第一燃料电池堆和第二燃料电池堆；第一冷却剂回路，所述第一冷却剂回路包括被布置成使冷却剂循环通过所述第一燃料电池堆的导管；第二冷却剂回路，所述第二冷却剂回路包括被布置成使冷却剂循环通过所述第二燃料电池堆的导管；加热器，所述加热器与至少所述第一冷却剂回路流体连通；以及隔离阀总成，所述隔离阀总成被配置为在所述第一冷却剂回路与所述第二冷却剂回路之间比例分配冷却剂流，所述隔离阀总成包括：连接到所述第一回路的所述导管的第一入口端口，连接到所述第一回路的所述导管的第一出口端口，连接到所述第二回路的所述导管的第二入口端口，连接到所述第二回路的所述导管的第二出口端口，以及阀，所述阀具有(i)隔离位置，在所述隔离位置中所述第一入口端口和所述第二出口端口不流体连通，并且所述第二入口端口和所述第一出口端口不流体连通，使得所述第一回路与所述第二回路被隔离，以及(ii)至少一个混合位置，在所述至少一个混合位置中所述第一入口端口和所述第二出口端口流体连通，并且所述第二入口端口和所述第一出口端口流体连通，使得所述第一回路和所述第二回路流体连通。2.如权利要求1所述的车辆，其中所述第一回路的所述导管还被布置成使所述冷却剂循环通过第一散热器和第一泵，并且所述第二回路的所述导管还被布置成使所述冷却剂循环通过第二散热器和第二泵。3.如权利要求2所述的车辆，其中所述隔离阀总成在所述第一燃料电池堆的下游且在所述第一散热器的上游。4.如权利要求1所述的车辆，其中所述阀包括第一阀和第二阀，所述第一阀被配置为在所述第一入口与所述第一出口和所述第二出口之间比例分配冷却剂，所述第二阀被配置为在所述第二入口与所述第一出口和所述第二出口之间比例分配冷却剂。5.如权利要求4所述的车辆，其中所述第一阀和所述第二阀彼此同步，使得在所述第一入口与所述第二出口之间循环的冷却剂的比例等于在所述第二入口与所述第一出口之间循环的冷却剂的比例。6.如权利要求1所述的车辆，其还包括：第三冷却剂回路，所述第三冷却剂回路包括被布置成使冷却剂循环通过所述加热器和加热器芯体的导管；以及四通阀，所述四通阀包括连接到所述第三回路的所述导管的第一端口和第二端口、连接到所述第一回路的导管的第三端口和连接到所述第二回路的导管的第四端口。7.如权利要求6所述的车辆，其还包括：电池总成；热交换器，所述热交换器连接到所述第三回路的所述导管；以及电池冷却剂回路，所述电池冷却剂回路包括连接在所述电池总成与所述热交换器之间的导管。
8.如权利要求1所述的车辆，其还包括阀，所述阀选择性地连接所述加热器与所述第一回路和所述第二回路流体连通，所述阀至少包括第一位置和第二位置，在所述第一位置中所述加热器与所述第一回路流体连通并且与所述第二回路隔离，在所述第二位置中所述加热器与所述第二回路流体连通并且与所述第一回路隔离。9.如权利要求1所述的车辆，其还包括控制器，所述控制器与所述隔离阀总成电通信，所述控制器被编程为：响应于启动所述车辆的请求以及所述第一回路和所述第二回路中的所述冷却剂的温度小于阈值，将所述隔离阀总成命令到所述隔离位置，流体连通地连接所述加热器和所述第一回路，并且使所述加热器通电，响应于所述第一回路中的所述冷却剂超过所述阈值，启动所述第一燃料电池堆，隔离所述加热器与所述第一回路，并且将所述隔离阀总成命令到所述隔离位置，并且响应于所述第一回路中的所述冷却剂超过大于所述第一阈值的第二阈值，将所述隔离阀总成命令到所述至少一个混合位置。10.一种车辆，其包括：第一燃料电池堆和第二燃料电池堆；以及热管理系统，...

【专利技术属性】
技术研发人员：哈桑，
申请(专利权)人：福特全球技术公司，
类型：发明
国别省市：