專利名稱：兩路循環控制的燃料電池熱管理系統的制作方法
技術領域：
兩路循環控制的燃料電池熱管理系統涉及到熱工技術領域。
背景技術：
在能源危機和環境保護的雙重壓力下，國際各大汽車公司都致力于研制新能源、無污染的燃料電池汽車。作為燃料電池汽車的動力核心——質子交換膜燃料電池發動機，成為燃料電池汽車研發中的關鍵技術之一。
質子交換膜燃料電池發動機的主要部件為質子交換膜燃料電池，其反應物是氫氣和氧氣，在正常穩態工作時質子膜中含有一定量的液態水(電解液)，在催化劑的作用下，氫原子分解為氫質子和電子，氫質子透過濕潤的質子膜和另一側的氧結合生成水，電子則通過外加電路提供電能。事實證明，燃料電池堆工作時對溫度的要求又非常高，隨著電池溫度的升高，電池電壓迅速增大。電壓變化趨于平緩。通常在80～90℃時輸出功率最大。一旦燃料電池堆溫度超出80～90℃范圍，熱穩定性和質子傳導性都將會嚴重下降，功率就會迅速下降；溫度過高時，會使質子膜脫水，引起膜性能變差，各種極化增強，造成電池性能的下降，因而不能使質子膜燃料電池高于這一溫度范圍工作。夏季行駛，溫度過高將嚴重影響電池堆熱穩定性和質子傳導性，使功率迅速下降，產生“過熱”現象。冬季行駛，寒冷的天氣將給質子交換膜燃料電池帶來很大的危害。溫度過低也將使燃料電池工作效率下降，產生“過冷”現象。為使燃料電池汽車行駛在各種各樣的氣候中，令燃料電池堆進行有效工作，提高燃料電池發動機效率，需為燃料電池發動機配備高效的熱管理系統。且燃料電池汽車運行工況不斷變化，在不同的工況下燃料電池的發熱量不同。
現有燃料電池汽車正處于研發階段，其熱管理系統采用了單一循環控制，即所有冷卻液均經過散熱器，容易在冬季和低負荷工況出現過冷現象，導致燃料電池發動機功率下降，進一步影響燃料電池汽車的工作穩定性。
發明目的本發明的目的是針對燃料電池汽車在不同氣候和不同工況下的運行，提供一種兩路循環控制的燃料電池熱管理系統。節溫器的使用使燃料電池熱管理系統由單一循環控制改為兩路循環控制。兩路循環控制的燃料電池熱管理系統包括利用散熱器降溫的大循環回路和自然降溫的小循環回路。
本發明含有與燃料電池(1)相接的冷卻液流出管道(2)、冷卻液流入管道(7)，散熱器(5)和水泵(8)，其特征在于，在所述冷卻液流出管道(2)上裝有一個節溫器(3)，使該熱管理系統成為雙循環熱管理系統；該節溫器(3)的高溫出口通過管道連接所述散熱器(5)的入口，該散熱器(5)的出口通過管道連接所述冷卻液流入管道(7)，該節溫器(3)的低溫出口通過管道直接連接所述冷卻液流入管道(7)；所述水泵(8)安裝在冷卻液流入管道(7)或冷卻液流出管道(2)上。節溫器可使用蠟式節溫器或電子節溫器。
本發明可有效避免了車用燃料電池發動機的過冷和過熱，使工作溫度保持在一定溫度范圍，保證燃料電池發動機高效運行。


圖1是本發明實施方式示意圖。
具體實施例方式
結合

本發明的具體實施方式
。
如圖1所示，本實施例采用的節溫器是型號為MD174234的蠟式節溫器。當管道2溫度較高時，節溫器內蠟液融化膨脹，開啟內部的上閥門，關閉內部的側閥門；溫度降低時，蠟液凝固，關閉上閥門，開啟側閥門。它有一個進液口3a和兩個出液口，進液口3a和流出管道2相接，高溫出液口3b(連接內部的上閥門)通過管道4連接散熱器5，散熱器5的出口通過管道9連接冷卻液進水管道7；低溫出液口3c(連接內部的側閥門)通過管道6直接連接冷卻液流入管道7，這樣就形成了以散熱器散熱為大循環，以自然散熱為小循環的雙路冷卻循環系統。水泵裝在流入管道7上，也可裝在流出管道2上。
當在高溫環境或大負荷工況運行時，燃料電池內部易產生過熱現象，高于某一溫度上限的冷卻液溫度使節溫器內部的上閥門打開，側閥門關閉，冷卻液從高溫出口3b流出，形成大循環回路，其組成為燃料電池1，節溫器3，帶冷卻風扇11的散熱器5，水泵8和連接管道2，4，9，7。冷卻液流經燃料電池1吸收熱量，溫度升高，經流出管道2，節溫器3，管道4進入散熱器5，在冷卻風扇11的大力抽吸下，空氣流高速從散熱器通過，受熱后的冷卻液在流經散熱器5的過程中，其熱量不斷散到大氣中去，冷卻后的冷卻液經管道9，管道7，在水泵8的作用下流回燃料電池1，使燃料電池1較好地得到冷卻而保持在使燃料電池發動機正常工作的溫度范圍。
當燃料電池在低溫環境或低負荷工況運行時，采用大循環回路易使燃料電池過冷，低于溫度下限的冷卻液溫度使節溫器3的上閥門關閉，側閥門打開，冷卻液從低溫出口3c流出，形成小循環回路，其組成為燃料電池1，節溫器3，管道6，水泵8和管道7。冷卻液流經燃料電池1吸收熱量，溫度升高，經管道2，節溫器3，管道6，沒有流經散熱器5，便由管道7，在水泵8的作用下流回燃料電池1，避免了目前的燃料電池冷卻系統采用的單一大循環回路造成的過冷現象。
在工況變化較大的情況下，節溫器的上閥門和側閥門部分開啟以調節分別進入大小循環的冷卻液比例，使冷卻液不至于過冷或過熱而保持在使燃料電池發動機正常工作的溫度范圍。
本發明對車用燃料電池熱管理系統進行了改進，加裝了節溫器，將目前的單一循環控制的熱管理系統改進為雙路循環控制的熱管理系統，有效避免了車用燃料電池的過冷和過熱，使工作溫度保持在使燃料電池發動機正常工作的溫度范圍，保證了燃料電池發動機的高效運行。
權利要求
1.兩路循環控制的燃料電池熱管理系統，含有與燃料電池(1)相接的冷卻液流出管道(2)、冷卻液流入管道(7)，散熱器(5)和水泵(8)，其特征在于，在所述冷卻液流出管道(2)上裝有一個節溫器(3)，使該熱管理系統成為雙循環熱管理系統；該節溫器(3)的高溫出口通過管道連接所述散熱器(5)的入口，該散熱器(5)的出口通過管道連接所述冷卻液流入管道(7)，該節溫器(3)的低溫出口通過管道直接連接所述冷卻液流入管道(7)；所述水泵(8)安裝在冷卻液流入管道(7)或冷卻液流出管道(2)上。
2.如權利要求1所述的兩路循環控制的燃料電池熱管理系統，其特征在于，所述節溫器是蠟式節溫器或電子節溫器。
3.如權利要求2所述的兩路循環控制的燃料電池熱管理系統，其特征在于，所述蠟式節溫器的型號為MD174234。
全文摘要
兩路循環控制的燃料電池熱管理系統涉及到熱工技術領域。其特征在于，在與燃料電池連接的冷卻液流出管道上裝有一個節溫器，使該熱管理系統成為雙循環熱管理系統，該節溫器的高溫出口通過管道連接散熱器的入口，該散熱器的出口通過管道連接冷卻液流入管道，該節溫器的低溫出口通過管道直接連接冷卻液流出管道；在冷卻液流入管道或冷卻液流出管道上安裝有水泵。本發明利用節溫器將車用燃料電池傳統的單路冷卻循環系統改進為雙路冷卻循環系統，有效避免了車用燃料電池的過冷和過熱，使工作溫度保持在80～90℃，保證了燃料電池高效運行。
文檔編號H01M8/00GK1529376SQ20031010020
公開日2004年9月15日 申請日期2003年10月10日 優先權日2003年10月10日
發明者張揚軍, 郭宮達, 歐陽明高, 盧青春, 李希浩, 聶圣芳, 許家群, 高 申請人:清華大學