[发明专利]一种汽车燃料电池冷却辅助系统用快速原型装置

说明书

技术领域

本发明属于车辆动力技术及应用领域，涉及到燃料电池发动机的开发和试验，尤其涉及车用质子交换膜燃料电池的冷却系统开发装置。

背景技术

燃料电池是通过燃料(比如氢气)发生电化学反应而直接产生电能。由于燃料电池具有效率高、零排放、运行平稳、无噪声等一系列优良性能，被视为未来汽车最有可能的动力来源，燃料电池汽车是未来汽车产业发展的趋势。燃料电池采用电化学反应将化学能转化为电能，不受卡诺循环的限制，理论效率最高可以达到80％。由于在化学反应过程中，电池内部活化极化、欧姆极化及气体浓差扩散效应的影响，发电效率远低于80％的水平，但也高达45％～50％，远高于内燃机的水平。这同时带来一个问题，即有将近50％的内能无法转换为电能被加以利用，比如一个标称75kW额定功率的电堆，在额定功率输出时效率仅为50％，那么有额外75kW的热量需要被带走。

燃料电池堆在运行过程中产生的热能，会使燃料电池堆温度升高(一般车用质子交换膜燃料电池的工作温度为50～90℃)，过高的温度会使膜含水量降低，这样会导致膜的质子传输性能下降；同时容易促使膜内远端基团分解氧化，降低使用寿命。与此同时燃料电池的其他辅助系统，比如空气供应系统、氢气供应系统及水热系统中的电气部件，也会在工作时产生耗散热。因此燃料电池的冷却系统设计至关重要。在已公开或授权的专利文献中，有不少公司提出了冷却系统的设计方案，比如：

日产自动车株式会社专利“车辆用燃料电池冷却系统”(授权公告CN102137771B)，其特点在于具有外部气体压力传感器，并使用第1冷却回路和第2冷却回路对燃料电池进行冷却，外部大气压力传感器配合温度传感器，并且能根据阈值温度进行调节，不仅满足冷却要求，还兼顾堆内水管理要求。

智慧能量有限公司(英国)专利“燃料电池冷却”(授权公告CN102203999B)，通过不断向电堆内注入冷却水的方法实现冷却，其特征在于注入水的量由一个经验公式计算得到，在执行时以占空比方式间歇操作。

清华大学专利“一种燃料电池城市客车车载冷却循环系统”(申请号200810246572.2)提供了一种燃料电池城市客车车载冷却循环系统，为车载电气设备提供冷却，使燃料电池城市客车电器在可控的温度内安全的工作。

上海交通大学专利“质子交换膜燃料电池冷却系统”(授权公告CN101587962B)，其特点在于该系统包括：传感机构、控制模块、执行机构和冷却机构。该系统里通过串行总线与传感和执行机构相连，并通过一个决策矩阵R实现数字控制。

现代自动车株式会社专利“用于燃料电池汽车的冷却系统”(申请号201010266526.6)提供了一种用于燃料电池汽车的冷却系统，包括一个整体散热器框架。该整体散热器框架在一个平面上串联排列堆叠式散热器和电动传动系统散热器。该发明能通过相对简单的构型和组装过程来实现冷却。

上述公开的技术在于给出了不同的燃料电池冷却系统设计特定方案。由于车载运用不同、性能指标设计不同、关键零部件选型不同的原因，冷却系统设计，特别是冷却回路构型及控制方法都有所差别。在设计冷却子系统时，会面临以下问题：1)根据现有电堆特性是否能快速设计出一个良好的冷却子系统？2)冷却子系统中的关键零部件参数如何良好匹配？3)如何在系统原型样机或工程样机没有落实之前进行控制算法的验证？本发明的技术构想与目前已公开的同类或同领域的发明设计完全不同。

本发明提出的快速原型装置，通过电磁阀组合控制，配置出多种冷却液不同循环回路，立即构成一个完全相同或非常类似的冷却子系统，实现对系统的零部件参数进行快速匹配、对控制算法进行快速验证的目的。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种汽车燃料电池冷却辅助系统用快速原型装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种汽车燃料电池冷却辅助系统用快速原型装置，其特征在于，该快速原型装置包括：控制计算机，冷水箱，热水箱，水泵，去离子器，加热器，散热器，单向阀，电磁阀组，软接头组，流阻调节器组件，所述的冷水箱，热水箱通过单向阀，电磁阀组，软接头组，流阻调节器组件分别连接燃料电池堆、水泵，去离子器，加热器，散热器，通过控制计算机控制电磁阀组的开关搭建燃料电池堆不同冷却回路的构型。

本发明中各部件的作用包括：

■冷水箱(01)，用于储存冷却液(通常是去离子水或乙二醇溶液)，一般温度低于40℃；

■热水箱(02)，用于冷却液进行快速加热；

■水泵(03)，用于驱动冷却液循环；