[发明专利]燃料电池堆的热管理

说明书

技术领域

本公开涉及(例如)使用相变材料对燃料电池堆进行热管理。

背景技术

诸如氢燃料电池的燃料电池是一种低排放能量的潜在源。由燃料电池供电的车辆可降低排放和对油基燃料的依赖。然而，燃料电池在车辆中的使用可能提出了某些挑战。技术挑战的一个示例可能是对氢燃料电池堆的适当热管理。在运行期间，燃料电池可具有不应被超过的最大运行温度。相应地，在车辆中散热系统可能是必需的。另一方面，燃料电池还具有最小运行温度并且应该防止燃料电池的组件冻结。因此，在可能经历极低温度(诸如0℃)的区域中，可能需要主动加热系统来保持燃料电池温度升高。加热系统和冷却系统两者都可将额外的组件添加到燃料电池系统，进而燃料电池系统可增加复杂性、占据车辆内容积并增大成本。

发明内容

在至少一个实施例中，提供一种燃料电池热管理系统。所述系统可包括：燃料电池堆；热交换器；蓄热能电池(thermal battery)，包括具有50℃-120℃的熔化温度的材料；第一冷却液回路，包括燃料电池堆和蓄热能电池而不包括热交换器；第二冷却液回路，包括燃料电池堆、蓄热能电池和热交换器。第一冷却液回路和第二冷却液回路可被构造为分别加热和冷却燃料电池堆。

所述系统还可包括第三冷却液回路，第三冷却液回路包括燃料电池堆、蓄热能电池和连接到气候控制系统的加热器芯，第三冷却液回路可被构造为将热从蓄热能电池传递到加热器芯。所述系统还可包括第一温度传感器和第二温度传感器，第一温度传感器被配置为测量冷却液进入燃料电池堆的入口温度，第二温度传感器被配置为测量冷却液离开燃料电池堆的出口温度。在一个实施例中，第一温度传感器和第二温度传感器是系统中仅有的冷却液温度传感器。

在一个实施例中，所述材料具有至少100kJ/kg的熔化潜热。所述系统还可包括仅被包括在第二冷却液回路中的第一泵和设置在燃料电池堆的入口的上游的第二泵。第一冷却液回路可包括位于蓄热能电池的下游且在燃料电池堆的入口的上游的孔口节流器。在一个实施例中，所述系统包括位于蓄热能电池的下游并被构造为将冷却液引导至第一冷却液回路或第二冷却液回路的三通阀。第一冷却液回路可被构造为：在燃料电池堆低于目标运行温度时加热燃料电池堆，而在燃料电池堆高于所述目标运行温度时冷却燃料电池堆。

在至少一个实施例中，提供了一种燃料电池热管理系统。所述系统可包括：燃料电池堆；热交换器；蓄热能电池，包括具有超过100kJ/kg的熔化潜热的材料；第一冷却液回路，包括燃料电池堆和蓄热能电池；第二冷却液回路，包括燃料电池堆、蓄热能电池和结合到气候控制系统的加热器芯；第三冷却液回路，包括燃料电池堆、蓄热能电池和热交换器。

在一个实施例中，所述系统还包括第一温度传感器和第二温度传感器，第一温度传感器被配置为测量冷却液进入燃料电池堆的入口温度，第二温度传感器被配置为测量冷却液离开燃料电池堆的出口温度。在另一实施例中，蓄热能电池中的材料具有50℃-120℃的熔化温度。所述系统还可包括仅被包括在第三冷却液回路中的第一泵和设置在燃料电池堆的入口的上游的第二泵。第一冷却液回路可被构造为：在燃料电池堆低于目标运行温度时加热燃料电池堆，而在燃料电池堆高于所述目标运行温度时冷却燃料电池堆。在一个实施例中，第三冷却液回路被构造为：在燃料电池堆高于目标运行温度时冷却燃料电池堆，而在蓄热能电池高于目标温度时冷却蓄热能电池。

一个或更多个计算机的系统可被配置为：凭借将在操作过程中使系统执行动作的软件、固件、硬件或它们的组合安装在系统上来执行特定操作或动作。一个或更多个计算机程序能够被配置为凭借包括在由数据处理设备执行时使设备执行动作的指令来执行特定操作或动作。一个总体方面包括燃料电池热管理系统，所述系统包括燃料电池堆、热交换器和蓄热能电池。燃料电池热管理系统还包括处理器，所述处理器被配置为：基于燃料电池堆的负的热排放状态，引导冷却液以将热从蓄热能电池传递至燃料电池堆；基于燃料电池堆的正的热排放状态，在蓄热能电池低于目标温度时，引导冷却液以将热从燃料电池堆传递至蓄热能电池。本方面的其它实施例包括相应的计算机系统、设备和记录在一个或更多个计算机存储装置(每个计算器存储装置被配置为执行所述方法的动作)上的计算机程序。