燃料电池冷却系统及使用该系统的冷却方法与流程

本发明涉及燃料电池系统，特别地涉及燃料电池冷却系统及使用该系统的冷却方法。

背景技术：

1、在燃料电池冷却系统中，冷却液流动通过在燃料电池堆的阴、阳极板之间的冷却液流道，依靠冷却液强制对流换热，将燃料电池工作过程产生的热量带走。冷却液可以是去离子水或者水和乙二醇的混合物。升温后的冷却液在散热器中散热，由此，降低冷却液的温度，接着将经冷却的冷却液送到燃料电池堆，继续对电池堆进行冷却。

2、在燃料电池冷却系统的散热器设计方面，燃料电池冷却系统较常规柴油系统冷却水系统有着很大的挑战，主要体现在以下两点：1)所需求的换热量增加。传统柴油系统的水箱换热占发动机功率的33％左右，而燃料电池系统的散热器换热量要求高达前者的两倍；2)与环境空气的换热温差减小。传统燃油车水箱水温和环境空气温度的换热温差在55度左右，而燃料电池系统的冷却水温和环境空气温度的换热温差在28度左右。由于这两个因素，燃料电池冷却系统中散热器需要设计得足够庞大，因此，制造成本提高。而更大的散热器需要更大的布置空间，对于燃料电池车辆的内部空间设计而言困难进一步加大。

3、因此，本发明旨在克服上述问题中的一个或多个。

技术实现思路

1、本发明针对燃料电池的散热问题，提出了一种改进的燃料电池冷却系统，其使得在不增大散热器尺寸的情况下具有改进的散热效果并因此降低了系统的制造成本。

2、根据本发明的一方面，提供一种燃料电池冷却系统，其包括冷却液在其中循环流动的冷却回路，在冷却回路中设置有燃料电池和构造用于冷却燃料电池的散热器，其特征在于，所述燃料电池冷却系统还包括用于将来自液氢罐的液态氢转化为气态氢的氢蒸发器，空气穿过氢蒸发器以与其中的氢进行热交换，所述氢蒸发器布置在所述散热器的进气路径上，使得经氢蒸发器预冷却的空气作为进气流入所述散热器。

3、根据本发明的燃料电池冷却系统，使得能够有效利用经氢蒸发器冷却的空气，充分利用该部分冷空气，并大大提高了对散热器中冷却液的冷却效果。

4、有利地，所述氢蒸发器与用于燃料电池的氢气供给罐连接，所述液氢罐和所述氢气供给罐之间设置有辅助连通支路，该辅助连通支路中设置有节流阀。由此，可以通过节流阀的开度的调节来在不影响对燃料电池的氢气供给以及燃料电池的正常运行的情况下同时满足对来自氢蒸发器的冷空气量的需求。

5、根据本发明的另一方面，提供一种利用上述燃料电池冷却系统执行的燃料电池冷却方法，其特征在于，包括引导来自环境的空气依次流经所述氢蒸发器和所述散热器的步骤。

6、有利地，所述燃料电池冷却方法包括根据氢蒸发器的氢汽化量需求调节位于液氢罐和氢气供给罐之间的辅助连通支路中的节流阀的开度的步骤。通过节流阀的开度的调节，能够灵活控制或确保氢蒸发器处于所需的载荷状态并因此确保流入到散热器的冷却空气量，由此能够调节或控制自散热器流出的冷却液的温度，间接实现了对燃料电池冷却参数的调控。

7、根据本发明的燃料电池冷却系统和冷却方法，利用了燃料电池车辆上现有氢蒸发器中液氢相变吸热，降低了进入散热器之前的空气温度，增大了散热器中冷却液温度和空气温度之间的换热温差，由此增大散热器中发生的热交换量并因此将冷却液冷却到足够低的温度。此外，达到减小燃料电池冷却系统的散热器或风扇的尺寸为目的，降低系统制造成本。

技术特征：

1.一种燃料电池冷却系统，包括冷却液在其中循环流动的冷却回路，在冷却回路中设置有燃料电池和构造用于冷却燃料电池的散热器，其特征在于，所述燃料电池冷却系统还包括用于将来自液氢罐的液态氢转化为气态氢的氢蒸发器，空气穿过氢蒸发器以与其中的氢进行热交换，所述氢蒸发器布置在所述散热器的进气路径上，使得经氢蒸发器预冷却的空气作为进气流入所述散热器。

2.根据权利要求1所述的燃料电池冷却系统，其特征在于，所述氢蒸发器与用于燃料电池的氢气供给罐连接，所述液氢罐和所述氢气供给罐之间设置有辅助连通支路，该辅助连通支路中设置有节流阀。

3.一种利用权利要求1或2的燃料电池冷却系统执行的燃料电池冷却方法，其特征在于，包括引导来自环境的空气依次流经所述氢蒸发器和所述散热器的步骤。

4.根据权利要求3所述的燃料电池冷却方法，其特征在于，所述燃料电池冷却方法包括根据氢蒸发器的氢汽化量需求调节位于液氢罐和氢气供给罐之间的辅助连通支路中的节流阀的开度的步骤。

技术总结本发明涉及一种燃料电池冷却系统，包括冷却液在其中循环流动的冷却回路，在冷却回路中设置有燃料电池和构造用于冷却燃料电池的散热器，其特征在于，所述燃料电池冷却系统还包括用于将来自液氢罐的液态氢转化为气态氢的氢蒸发器，空气穿过氢蒸发器以与其中的氢进行热交换，所述氢蒸发器布置在所述散热器的进气路径上，使得经氢蒸发器预冷却的空气作为进气流入所述散热器。本发明还涉及利用上述燃料电池冷却系统执行的燃料电池冷却方法。技术研发人员：秦梦雪,余雷,王玉梅,刘更新,张海龙受保护的技术使用者：卡特彼勒公司技术研发日：技术公布日：2024/9/12