[发明专利]燃料电池车辆的温度管理系统及方法

说明书

本发明公开了燃料电池车辆的温度管理系统及方法。其中，燃料电池车辆的温度管理系统，包括：散热器、水泵、离子过滤器、流量控制阀、状态检测器和控制器。散热器被配置为经由冷却水排出燃料电池组产生的热，水泵被配置为循环冷却水通过该系统。另外，在连接燃料电池组和散热器的冷却水循环线路分支的分支线路中设置离子过滤器。状态检测器被配置为检测冷却水状态信息，流量控制阀被配置为选择性地阻断冷却水向离子过滤器的流动；控制器被配置为根据状态检测器检测的冷却水状态信息控制流量控制阀的操作。

技术领域

本公开内容涉及燃料电池车辆的温度管理系统及方法。更具体来说，本公开内容涉及燃料电池车辆的温度管理系统及方法，其通过增加冷却水流速并相应地增加散热器中的散热量来减少进入高温限流模式的次数。

背景技术

一种按照燃料电池车辆构造的燃料电池系统，包括：1)通过反应气体的电化学反应产生电能的燃料电池组，2)给燃料电池组供应氢气(即，燃料)的氢气供应装置，3)给燃料电池组供应含氧空气的空气供应装置，以及4)把燃料电池组产生的热量驱散到外部从而最佳控制工作温度并管理水量(water production)的温度和水管理系统。

通常，燃料电池组将作为(例如)氢气和氧气(即，常见反应气体)的电化学反应过程中产生的副产物的热和水排出。但是，为了使燃料电池组呈现最佳输出性能，需要在点火和工作过程中，燃料电池组的温度需要被管理处于最佳温度。

因此，使用在点火过程中快速增加燃料电池组的温度而在工作期间将燃料电池组的温度仍维持在最佳温度的温度管理系统是必要的。

图1中示出了燃料电池车辆的常规温度管理系统。图1为示出了燃料电池车辆的温度管理系统中冷却水环路的示意图，其中，燃料电池车辆的温度管理系统包括：将燃料电池组1产生动力时产生的热排出到外部的散热器2，连接在燃料电池组1和散热器2之间从而能在其间循环冷却水的冷却水循环线路3，选择性旁路冷却水从而防止冷却水经过散热器2的旁路线路4和三通阀5，泵送并循环冷却水的水泵6，以及增加冷却水的温度从而使燃料电池组变暖的加热器7。此外，为了使冷却水的电导率维持在预定的水平以下，在冷却水环路的分支线路8中设置有过滤冷却水中存在的离子的软化器(DMN)9。

图1中的温度管理系统将燃料电池组工作过程中产生的热排出到外部，同时沿着散热器2至三通阀5、然后至水泵6、随后是加热器7、最终回到燃料电池组1的路线循环冷却水。

由于聚合物电解质燃料电池(PEFMC)(其是燃料车辆中常用的燃料电池)在低温下工作，因此需要散热面积大的散热器以使燃料维持在低温下，但是，在暖和天气下，散热器排出的热量少于燃料电池组产生的热量，这样，散热器在这些条件下通常不能充分冷却燃料电池。

因此，如图2所示，当燃料电池组出口处的冷却水的温度增加并因此达到设定温度时，燃料电池控制器(FCU)限制燃料电池组的电流输出从而保护燃料电池组并防止冷却水的温度高于设定温度，这被称为高温限流。

在暖和天气下，当车辆持续急加速和高输出工作(例如，在高速公路或上坡行驶)或冷却水的流速不够时，冷却水增加到高温，并因此经常会出现这种高温限流。因此，在该限流时段中，当司机踩加速踏板时，燃料电池组的输出是不够的。

由于需要增加不足的散热能力从而防止经常出现高温限流，需要考虑额外增加散热器的散热面积的方法，但是由于车辆布局而存在诸多限制。

此外，应当使用高性能/高流速泵来最大化散热性能，但是，在泵高输出其间，在泵送冷却水的同时压力超过燃料电池组的内压力水平时，由于燃料电池组的结构，可能由于该增加压力而造成燃料电池组的泄漏。

上述背景技术公开的信息只是为了增进对本公开内容背景技术的了解，因此，可包含不构成该国本领域技术人员已经熟知的当前技术的信息。

发明内容