[发明专利]具有至少一个用于冷却燃料电池系统的冷却回路的汽车

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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℃～90℃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.A-Wert)。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。

发明内容

本发明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。

根据本发明，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发明的汽车的有利实施方式和进一步改进。