燃料電池車輛的溫度管理系統及方法
【技術領域】
[0001]本公開內容涉及燃料電池車輛的溫度管理系統及方法。更具體來說，本公開內容涉及燃料電池車輛的溫度管理系統及方法，其通過增加冷卻水流速并相應地增加散熱器中的散熱量來減少進入高溫限流模式的次數。
【背景技術】
[0002]一種按照燃料電池車輛構造的燃料電池系統，包括:1)通過反應氣體的電化學反應產生電能的燃料電池組，2)給燃料電池組供應氫氣(即，燃料)的氫氣供應裝置，3)給燃料電池組供應含氧空氣的空氣供應裝置，以及4)把燃料電池組產生的熱量驅散到外部從而最佳控制工作溫度并管理水量(water product1n)的溫度和水管理系統。
[0003]通常，燃料電池組將作為(例如)氫氣和氧氣(即，常見反應氣體)的電化學反應過程中產生的副產物的熱和水排出。但是，為了使燃料電池組呈現最佳輸出性能，需要在點火和工作過程中，燃料電池組的溫度需要被管理處于最佳溫度。
[0004]因此，使用在點火過程中快速增加燃料電池組的溫度而在工作期間將燃料電池組的溫度仍維持在最佳溫度的溫度管理系統是必要的。
[0005]圖1中示出了燃料電池車輛的常規溫度管理系統。圖1為示出了燃料電池車輛的溫度管理系統中冷卻水環路的示意圖，其中，燃料電池車輛的溫度管理系統包括:將燃料電池組I產生動力時產生的熱排出到外部的散熱器2，連接在燃料電池組I和散熱器2之間從而能在其間循環冷卻水的冷卻水循環線路3，選擇性旁路冷卻水從而防止冷卻水經過散熱器2的旁路線路4和三通閥5，泵送并循環冷卻水的水泵6，以及增加冷卻水的溫度從而使燃料電池組變暖的加熱器7。此外，為了使冷卻水的電導率維持在預定的水平以下，在冷卻水環路的分支線路8中設置有過濾冷卻水中存在的離子的軟化器(DMN)9。
[0006]圖1中的溫度管理系統將燃料電池組工作過程中產生的熱排出到外部，同時沿著散熱器2至三通閥5、然后至水泵6、隨后是加熱器7、最終回到燃料電池組I的路線循環冷卻水。
[0007]由于聚合物電解質燃料電池(PEFMC)(其是燃料車輛中常用的燃料電池)在低溫下工作，因此需要散熱面積大的散熱器以使燃料維持在低溫下，但是，在暖和天氣下，散熱器排出的熱量少于燃料電池組產生的熱量，這樣，散熱器在這些條件下通常不能充分冷卻燃料電池。
[0008]因此，如圖2所示，當燃料電池組出口處的冷卻水的溫度增加并因此達到設定溫度時，燃料電池控制器(FCU)限制燃料電池組的電流輸出從而保護燃料電池組并防止冷卻水的溫度高于設定溫度，這被稱為高溫限流。
[0009]在暖和天氣下，當車輛持續急加速和高輸出工作(例如，在高速公路或上坡行駛)或冷卻水的流速不夠時，冷卻水增加到高溫，并因此經常會出現這種高溫限流。因此，在該限流時段中，當司機踩加速踏板時，燃料電池組的輸出是不夠的。
[0010]由于需要增加不足的散熱能力從而防止經常出現高溫限流，需要考慮額外增加散熱器的散熱面積的方法，但是由于車輛布局而存在諸多限制。
[0011]此外，應當使用高性能/高流速泵來最大化散熱性能，但是，在泵高輸出其間，在泵送冷卻水的同時壓力超過燃料電池組的內壓力水平時，由于燃料電池組的結構，可能由于該增加壓力而造成燃料電池組的泄漏。
[0012]上述【背景技術】公開的信息只是為了增進對本公開內容【背景技術】的了解，因此，可包含不構成該國本領域技術人員已經熟知的當前技術的信息。

【發明內容】

[0013]做出本公開內容，以解決相關技術涉及的上述問題，并提供燃料電池車輛的溫度管理系統及方法，其能夠通過增加冷卻水流速以及散熱器中的散熱量來減少進入高溫限流模式的次數(頻率)。
[0014]此外，做出本公開內容，以提供燃料電池車輛的溫度管理系統及方法，其在改進燃料電池車輛的散熱性能的同時減少限流到達時延和限制時間，從而有助于提高車輛的性能和質量。
[0015]在一方面，本公開內容提供一種燃料電池車輛的溫度管理系統，包括:散熱器，被配置為通過冷卻水將燃料電池組產生的熱排到外部；水泵，被配置為循環冷卻水；離子過濾器，設置在從連接燃料電池組和散熱器的冷卻水循環線路分支的分支線路，從而使冷卻水流過該離子過濾器；狀態檢測器(例如，傳感器)，被配置為檢測冷卻水狀態信息；流量控制閥，被配置為選擇性阻斷冷卻水流至離子過濾器；以及，控制器，被配置為根據狀態檢測器檢測的冷卻水狀態信息控制流量控制閥的操作。
[0016]在另一方面，本公開內容提供燃料電池車輛的溫度管理方法，包括:在由水泵將冷卻水沿著燃料電池組和散熱器之間的冷卻水循環線路循環的同時由狀態檢測器檢測冷卻水狀態信息；由控制器根據狀態檢測器檢測的冷卻水狀態信息來控制流量控制閥的操作，其中，流量控制閥設置為選擇性阻斷到離子過濾器的冷卻水流。
[0017]因此，根據本公開內容的溫度管理系統和方法，根據冷卻水的電導率或冷卻水的溫度來選擇性地使用離子過濾器，從而可提高離子過濾器的耐用性，延長其使用壽命。
[0018]此外，通過使用離子過濾器阻斷冷卻水路徑可增加冷卻水的流速以及散熱器中的散熱量(即，熱傳導率)，因此可降低車輛進入高溫限流模式的次數。
[0019]另外，通過控制離子過濾器路徑的冷卻水可提高燃料電池車輛的散熱性能，因此，可降低限流到達時延和限制時間，從而有助于提高車輛的性能和質量。
[0020]此外，在電導率不高的條件下可增加散熱器中冷卻水的流速，因此，可降低水泵的驅動損耗，從而有助于提高燃料電池車輛的燃料效率。
【附圖說明】
[0021]下面將結合附圖所示的本公開內容具體示例性實施方式對本公開內容的上述和其他特征進行描述，這些附圖只是說明性的，因此并不限制本公開內容，其中，
[0022]圖1為燃料電池車輛的溫度管理系統中冷卻水循環的示意圖；
[0023]圖2為燃料電池系統的限流處理的示圖；
[0024]圖3為根據本公開內容的示例性實施方式的溫度管理系統的示意圖；以及
[0025]圖4為控制根據本公開內容的示例性實施方式的溫度管理系統中閥的系統的配置的方框圖。
[0026]附圖中參考數字表示下面將要說明的元件:
[0027]1:燃料電池組2:散熱器
[0028]3:冷卻水循環線路4:旁路線路
[0029]5:三通閥6:水泵
[0030]7:加熱器8:分支線路
[0031]9:離子過濾器11:電導率傳感器
[0032]12:溫度傳感器20:燃料電池控制單元(控制器)
[0033]31:流量控制閥
[0034]應理解的是，附圖不一定符合比例，而是以簡化的方式體現表示本公開內容基本原理的各個示例性特征。這里公開的本公開內容的特殊設計特征(例如:包括特殊尺寸、方向、位置和形狀)將部分取決于具體特定應用和使用環境。
[0035]在附圖中，參考數字表示本公開內容相同或等同的部分。
【具體實施方式】
[0036]在下文中，將詳細引用本公開內容的各個實施方式，其示例如附圖所示并描述如下。盡管將結合示例性實施方式對本公開內容進行描述，但是，將理解的是，描述并不是使本公開內容限于這些示例性實施方式。相反，本公開內容不僅涵蓋了示例性實施方式，還有各種變化、修改、等同物和其他實施方式，這些可包含在如附屬權利要求定義的本公開內容的精神和范圍內。
[0037]應當理解的是，在此使用的術語“車輛”或者“車輛的”或者其他類似術語通常包括機動車輛，諸如包括運動型多用途車(SUV)的客車、公共車輛、卡車、各種商用車輛、包括各種船舶的船只、飛機等等，并且包括混合動力車輛、電動車輛、內燃機式車輛、插電式混合動力車輛、氫動力車輛以及其他可替代燃料車輛(例如，源自不同于石油的資源的燃料)。如本文中所指的，混合動力車輛為具有兩個以上動力源的車輛，例如，汽油-動力和電-動力車輛。
[0038]另