用于车辆的燃料电池的燃料电池冷却系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于车辆的燃料电池的燃料电池冷却系统，其包括：被形成为冷却由多个燃料电池堆叠而成的燃料电池堆的冷却水循环回路。该冷却水循环回路包括：多个冷却水导入口，流过燃料电池堆的冷却水通过其被导入；与多个冷却水导入口相对应的多个冷却水排出口，流经燃料电池堆的冷却水通过其被排出；和连接多个冷却水导入口和多个冷却水排出口的多个冷却水通道。特别地，冷却水以不同方向在多个冷却水通道中流动。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于车辆的燃料电池冷却系统。本专利技术更具体涉及一种对在车辆燃料电池产生电能过程中所生成的热进行有效冷却的用于车辆的燃料电池冷却系统。
技术介绍
燃料电池是一种发电装置，通过电化学地反应燃料电池堆中的燃料而不是燃烧燃料产生热，将燃料中的化学能转化为电能。燃料电池不仅为工业、家庭、和车辆提供电力，还可以应用于小型电气/电子产品，特别是便携式装置的电力供应。例如，聚合物电解质膜燃料电池或质子交换膜燃料电池(PEMFCs)作为驱动车辆的动力供给源已被广泛研究。这些燃料电池通常包括膜电极组件(MEA)，其中引起电化学反应的催化电极层附着在质子通过其传递的电解质膜的相对两侧。它们还具有用于均勻分布反应气体并传递所产生的电能的气体扩散层(GDL)，用于密封反应气体和冷却水并保持一定结合压力的垫圈和结合机构，和用于运输反应气体和冷却水通过电池的双极板。在燃料电池中，氢气等燃料和氧气(空气)等氧化剂，通过双极板的通道被供给到 MEA的阳极和阴极。然后，氢气被提供给阳极(也称作“燃料电极”，“氢电极”，或“氧化电极”)，氧气(或空气)被提供给阴极(也称作“空气电极”，“氧电极”，或“还原电极”)。供给到阳极的氢气通过电解质膜相对两侧上的电极层中的催化剂被分解成质子 (H+)和电子(e_)。然后，只有质子通过阳离子交换膜(例如，电解质膜)选择性地被传递至阴极，与此同时电子通过导体被传递到阴极(例如，GDL)和双极板。在阴极中，通过电解质膜供给的质子和通过双极板传递的电子与供给到阴极的空气中的氧气相遇，引起产生水的反应。由于质子的流动，电子流经外部导线，从而产生电流。更具体地，安装在车辆上的燃料电池系统通常包括产生电能的燃料电池堆，用于将燃料(氢)供给燃料电池堆的燃料供给单元，用于将电化学反应所需的氧化剂(例如，空气)供给到燃料电池堆的空气供给单元，和用于将燃料电池堆中产生的反应热排除至外部并控制燃料电池堆的工作温度的冷却系统。具有上述结构的燃料电池系统典型地通过利用氢气等燃料和空气中的氧气进行电化学反应产生电流，并放出作为反应副产物的热量和水。上面描述的燃料电池系统产生作为反应副产物的热量。特别地，由于燃料电池堆中通常堆叠数十或数百个单元燃料电池以产生用于驱动燃料电池堆所需的大容量输出，因此必然需要用于冷却燃料电池堆的冷却系统以防止因电池堆中所产生的热量而使温度升尚ο燃料电池反应伴随电力的产物以及热量和水的产物。然而，聚合物电解质膜在高于一定温度时熔化而且由于内部水分的蒸发导致氢的传递效率下降，这导致电解质膜的损坏和低输出。另一方面，在反应中产生的水在燃料电池堆低于一定温度时不能蒸发。因此，当达到该温度时，过量的水被冷凝成液态，从而阻挡阴极通道并妨碍氧气的供给，这样又降低了系统的整体输出。因此，为进行有效的燃料电池反应，应该保持特定的温度。为提供温度管理，利用泵在燃料电池堆中形成冷却水通过其流通和循环的冷却水循环回路。用于保持一特定温度的冷却器连接于该回路。图1所示的是传统冷却系统的冷却水循环回路的例子。为了冷却其中堆叠多个燃料电池的燃料电池堆，其中多个燃料电池中的每个燃料电池的MEA12被堆叠在阳极双极板 (anode bipolar plate) 11 和阴极双极板(cathode bipolar plate) 13 之间，图 1 的传统冷却水循环回路包括形成在双极板中的冷却水通道15和与冷却水通道相连的冷却水歧管 14。图2示意性地示出当冷却水流过冷却水循环回路时，冷却水的温度发生变化，引起燃料电池局部温度不同。然而，如图2所示，在传统的冷却水循环回路中，当冷却水穿过燃料电池堆时，通过热交换使温度升高，从而使燃料电池堆中冷却水被引入的第一区域和冷却水被排出的第二区域之间产生温度偏差。因此，由于第一区域和第二区域之间的发电效率存在局部差异， 因此使燃料电池的效率和耐久性劣化。
技术实现思路
本专利技术提供一种用于车辆的燃料电池冷却系统，其通过形成具有第一口和第二口的两个或多个冷却水通道并允许液体在两个或多个冷却水通道中沿不同方向流动，来减小燃料电池冷却系统入口和出口之间的温度偏差。因此，当由于冷却水在燃料电池堆中的热传递而产生的冷却通道的第一区域和第二区域之间存在温度差而使燃料电池堆的发电效率发生变化时，根据本专利技术示例性实施例的整个燃料电池系统的效率可能被降低。一方面，本专利技术提供一种用于车辆的燃料电池冷却系统，其包括被形成以冷却其中堆叠多个燃料电池的燃料电池堆的冷却水循环回路。该冷却水循环回路包括多个冷却水导入口，通过燃料电池堆的冷却水通过其被导入；与多个冷却水导入口相对应的多个冷却水排出口，已流经燃料电池堆的冷却水通过其被排出；和连接多个冷却水导入口和多个冷却水排出口的多个冷却水通道。值得注意的是，在本专利技术的这个方面，冷却水以不同的方向在多个冷却水通道中流动。冷却水通道可以包括第一冷却水通道和第二冷却水通道，其被形成为使得冷却水可以以不同方向流动。多个冷却水导入口可以包括连接于第一冷却水通道的第一冷却水导入口和连接于第二冷却水通道的第二冷却水导入口。与多个冷却水导入口相同，多个冷却水排出口可以包括连接于第一冷却水通道的第一冷却水排出口和连接于第二冷却水通道的第二冷却水排出口。为此，第一冷却水通道和第二冷却水通道可以交替布置在相邻燃料电池之间。可选地，第一冷却水通道和第二冷却水通道可以交替布置在多个具有多个燃料电池的燃料电池组件之间。根据本专利技术的燃料电池冷却系统，通过减小冷却水通过其被导入的第一区域和冷却水沿其流动方向通过其排出的第二区域之间的温度差，来提高电池堆的输出(性能)和耐久性，并通过提供两个以上被形成为使冷却水以不同的方向流动的冷却水通道来防止效率的局部降低。附图说明现在将参考通过附图示出的本专利技术的某些示例性实施方式来详细描述本专利技术的上述及其它特征，其中附图将在下文中仅通过例证的方式给出，并且因此并非对本专利技术进行限制，其中图1示意地示出传统的用于车辆的燃料电池冷却系统中的冷却水通道；图2示意地示出当冷却水在传统的用于车辆的燃料电池冷却系统中流动时在燃料电池中产生温度差；图3是示意地示出根据本专利技术一个示例性实施例的用于车辆的燃料电池冷却系统中的冷却水通道的概念视图；图4示出根据本专利技术示例性实施例的用于车辆的燃料电池冷却系统中连接于燃料电池堆的冷却水导入管线和冷却水排出管线；和图5和6分别示出在本专利技术示例性实施例中沿不同方向形成的两种冷却水通道。 具体实施例方式本专利技术涉及一种用于平稳地冷却应用于燃料电池车的燃料电池系统的冷却系统， 并提供一种冷却通道的具体结构，其减小在冷却系统中循环的冷却水在燃料电池堆中进行热交换时所产生的温度偏差。本申请中的术语仅用于解释特定的实施例，而不是意图限制本专利技术。单数词包括复数形式，除非其在上下文中确定具有特定的含义。应该理解的是，在本申请中，如“包含” 和“包括”这样的术语仅表示存在一个特征，一个数值，一个步骤，一个操作，一个元件，一个部件的意思或者在说明书中被描述的组合，但并不表示排除存在一个或更多特征，数值，步骤，操作，元件，部件或它们的组合，或任何可能的附加物的意思。而且，可以理解的是术语“车辆”或“车辆的”或这里使用的其它类似的术语包括一般机动车辆，例如本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：南起荣，金治明，高幸进，金圣均，李承镛，金允锡，
申请(专利权)人：现代自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：