具有至少一个用于冷却燃料电池系统的冷却回路的汽车技术方案

一种汽车具有至少一个用于冷却燃料电池系统(2)的冷却回路(5)。该冷却回路(5)至少包括一冷却用热交换器(6)、一冷却介质输送装置(12)和在燃料电池系统(2)的燃料电池组(11)中的热交换器。冷却用热交换器(6)被作为冷却空气的与运动相关的气流(F)所流过。根据本发明专利技术，冷却用热交换器(6)被构造成至少两级(6a、6b)，所述至少两级这样配置，使得它们被与运动相关的气流(F)顺序地先后地流过。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种如权利要求1的前序部分所详细描述的类型的具有至少一个用于冷却燃料电池系统的冷却回路的汽车。
技术介绍
从DE 196 29 048C2中已知有一种用于通用类型的汽车的燃料电池系统。该燃料电池系统包括一主要冷却用热交换器，该冷却用热交换器，类似于具有内燃机的汽车中的结构，如此配置使得行驶时迎风的动压保证了周围空气用作冷却空气进行流通。为利用该动压，其本上仅汽车前表面可用于该冷却用热交换器。但具有相应的局限和缺点，下文中将一起叙述这些及其他问题。对于PEM燃料电池的应用，燃料电池驱动系统工作时的散热成了一个问题，其对性能构成限制，因为所产生的废热的大部分必须经过其中仅存在小温差的冷却回路排放到周围环境中去。在实际适用的系统结构中，初步认为，必须经冷却回路排放的废热差不多等于在燃料电池中所产生的电功率。原理上，对冷却回路散热的改善可通过增大冷却表面、提高冷却用热交换器的通流量或通过提升冷却介质的温度来达到。根据总的技术现状，迄今已开发的冷却概念利用这些观点中的一个或多个，但伴随有以下所述的局限和缺点。当今PEM燃料电池组或电池堆的最大工作温度在80°C 90°C之间。目前对提高温度所作的努力会对耐用性(寿命)有损害，并且这种努力从今天的观点来看可视为是长期的目标。另外，基于水的冷却回路仅仅允许十分有限地进一步提高温度，而能够在高温下工作的冷却介质(如热油)意味着更高的密封要求、更大的成本以及更复杂的操作。对冷却用热交换器的前表面的提高，且仅仅因此在DE 196 29 048C2中所述的有关动压的效果，在汽车制造中是十分有限的。其中主要的限制因素尤其是封装和设计规格，以及出于低汽车能耗的考虑希望实现尽可能低的空气阻力系数(cw. Α-ffert)。同样，通过加入高功率的风扇来改善冷却效果也带来了严重缺点，风扇所必需要的驱动功率导致寄生损失的显著加大。这意味着系统效率降低。另外，汽车的声学效果也受到了负面影响。由于上述原因，冷却回路的散热能力对汽车中的移动燃料电池系统的电功率构成一个限制因素。为了针对汽车中燃料电池系统中的这些冷却问题提出解决方案，DE 10 2005 012 413A1提出一种结构，它在汽车的所述区域内利用附加表面作为冷却表面。但由此却相应地改变了汽车设计，而这通常是不希望发生的。此外，在US6，370，903B1中也描述了一种用于燃料电池汽车的冷却回路，它为了冷却燃料电池，自身加入具有被与运动相关的气流所流过的冷却用热交换器的高温冷却回路。另外，为冷却驱动电机以及汽车的电气元件和电子元件，具有一种已知形式的低温冷却回路，它同样由一为与运动相关的气流所流经的冷却用热交换器所冷却。在当今汽车的典型类型中，汽车还设置有空调装置，它根据此处所述的实施形式一方面可用于汽车内部的空气调节，另一方面用于支持冷却燃料电池的冷却回路。其结构3为热泵形式。基本上，空调装置也必须设置有空调冷却用热交换器，以便冷却或冷凝空调装置中所用的空调介质。因此所述结构为如下类型，即该空调冷却用热交换器通常被结合在燃料电池的冷却回路中或如在US6，370，903B1中所述的被结合在用于电子元件的低温冷却回路中。通过这样一种结合，在使用空调装置以冷却汽车内部空间的情况下，始终存在以下的缺点，即进入冷却回路的热量更进一步地提高，使得尤其在很高的环境温度下，对燃料电池组的冷却便进一步恶化。由于燃料电池冷却的这种恶化，一辆装备有燃料电池系统的汽车的性能便相应地降低。而在US6，370, 903B1中所述的借助于空调装置的蒸发器对燃料电池冷却回路的协助冷却具有的缺点是，这样一种冷却伴随着在空调装置中产生较高的能量消耗，从而使得这样装备的汽车的总效率等级降低。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种具有至少一个用于冷却燃料电池系统的冷却回路的汽车，它能够在最小的能量要求的前提下提供最大的冷却效率，且因此允许即使在恶劣的环境条件下也能使燃料电池系统具有高性能。根据本专利技术，所述技术问题是通过技术方案1的特征部分所述的特征来解决的。 从属权利要求的技术方案给出根据本专利技术的汽车的有利实施方式和进一步改进。因为在根据本专利技术的汽车中的冷却用热交换器被构造成至少两级，在冷却用热交换器中用于冷却的表面积则显著地增加。冷却用热交换器的至少两级的配置使得它们被与运动相关的用作冷却空气的气流一级一级地顺次流过，便能够利用该至少两级，而无需增大所需的流过面积。该结构因此可毫无问题地被结合在现有的汽车方案中，因为仅仅总的冷却用热交换器或冷却用热交换器的级组的厚度在行驶方向上由于级的更多数目而相应地被增加，但却无需更大的气流流过面积。根据本专利技术的汽车的一非常有利的实施例，冷却用热交换器的至少两级被在冷却回路中流动的冷却介质顺次相继流过，其中由与运动相关的气流最后流过的该级则被冷却介质最先流过。由于冷却用热交换器的各单独的级沿行驶方向先后配置，它们便也被与运动相关的作为冷却空气的气流先后流过。这意味着，在各单独的级中，在各级中待冷却的冷却介质和与运动相关的作为冷却该冷却介质的冷却空气的气流之间存在不同的温度差。相应地，冷却用热交换器的各单独级能够被不同程度地冷却。由于各单独级配置成使得它们被冷却介质顺次流过，现在便能够实现，冷却用热交换器的被最热冷却介质流过的该级已经用最热的、亦即已经被另外一级加热的与运动相关的气流所冷却。这意味着，冷却介质被以尽可能最佳的方式冷却，因为还十分热的冷却介质被比较热的与运动相关的气流所冷却，这样在这里便能够得到足够的温度差，以便实现至少冷却介质的初步冷却——从冷却介质的角度看来为第一级但从与运动相关的气流的角度看来为末级。在所述级中或在接下去的一级中，冷却介质便逐渐变得更冷，气流也逐渐更冷，这样便可以实现将冷却介质完全冷却至燃料电池系统实现全部功效所需的温度程度。在根据本专利技术的汽车的又一有利的实施例中，冷却回路具有作为用于冷却燃料电池组的高温冷却回路的第一段，其中平行于冷却用热交换器构造有一作为用于冷却电气和/或电子元件的低温冷却回路的第二段，其中在冷却回路中低温冷却用热交换器平行于该至少两级的冷却用热交换器配置，使得低温冷却用热交换器相对于冷却用热交换器的该至少两级被与运动相关的气流顺次地流过。根据本专利技术的汽车的该特别有利的改进形式，配置有一低温冷却用热交换器，其形式为从与运动相关的气流的角度看来是串联于该冷却用热交换器的至少两级的另外一级。通过这些技术手段，该结构便于将燃料电池汽车中根据现有技术已知的且常用的用于冷却电气和/或电子元件比如驱动电机和功率电子器件的低温冷却回路结合在自身的冷却回路中。低温冷却回路于是被构造成冷却回路的第二段， 这样便可省去另外的管线元件和在某种情况下附加的冷却介质输送装置。根据汽车的可能实施例之一，汽车还以已知的形式具有一空调装置。在根据本专利技术的实施例中，仅仅是在如下的情况下是特别有利的，即如果空调装置具有至少一个空气调节热交换器，以冷却空调装置中所用的空调介质，其中该空气调节热交换器被构造成独立于该用于燃料电池系统的冷却回路。用于冷却或冷凝空调装置的空调介质的空调冷却用热交换器与燃料电池系统的冷却回路独立性确保，没有额外的热量经空调介质的冷却被输入到用于燃料电池系统本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·霍斯，
申请(专利权)人：戴姆勒股份公司，
类型：发明
国别省市：