[实用新型]一种分区分级质子交换膜燃料电池客车温控系统

说明书

本实用新型公开了一种分区分级质子交换膜燃料电池客车温控系统，包括：燃料电池堆，包括质子交换膜；压缩空气换热结构，包括空气压缩机、压缩空气换热器、储气罐、加湿器、排气阀、第一散热器和第一循环泵，其中，压缩空气换热器和储气罐依序连接在空气压缩机与加湿器之间，排气阀与加湿器连接，第一循环泵的一端与燃料电池堆连接；氢气换热结构，包括高压氢气罐、第一电磁阀、第二电磁阀、中压氢气罐、第二循环泵、第三循环泵、第二散热器和排氢阀，中压氢气罐内部设有内换热器，第一电磁阀连接在高压氢气罐与中压氢气罐之间；以及制冷剂换热结构，包括第四循环泵、第五循环泵、换热水箱、第三电磁阀、换热器和第三散热器。

技术领域

本实用新型涉及燃料电池客车的温度控制系统，具体而言，涉及一种分区分级质子交换膜燃料电池客车温控系统。

背景技术

火力发电和核电的效率大约在30％～40％，而质子膜燃料电池能将燃料的化学能直接转化为电能，具有发电效率高(电化学效率在40-60％)、环境污染少且工作温度为100℃以内等优点，从而在燃料客车领域受到广泛广注。

然而，燃料电池工作温度对其性能有着显著的影响。低温时，电池内各种极化增强，欧姆阻抗也较大，因此使电池性能恶化。温度升高时，会降低欧姆阻抗，同时减少极化，并有利于提高电化学反应速度和质子在膜内的传递速度，电池性能变好。但由于膜的含水量强烈影响其导电性能，温度高的同时会导致膜脱水，电导率下降，电池性能变差。同时，电池的温度分布对电池性能也有显著的影响，它决定了水的蒸发和凝结，影响了水的分布，通过热表面张力和热浮力作用影响了多组分气体扩散传输。不充分或无效的电池冷却会导致整个或局部电池温度过高，这样会使得膜脱水、收缩、褶皱甚至破裂。同时，目前车用燃料电池的典型催化剂为Pt/C，燃料电池在车用工况下操作条件下的变化会引起其温度与湿度的变化，会加速催化剂的老化。

通常，功率在200W以下的燃料电池利用供应给阴极的空气来冷却，250W以上的燃料电池则在双极板上做出专门的冷却通道。现有中国专利(CN203800126U、CN106229530A、CN101447580A、CN102386430A等)及美国专利(US 6777115、WO 04025752等)只是从燃料电池系统出发，针对燃料电池系统低温启动存在的液态、气态水走等主要问题，采用保温、加热等措施以避免因气、液态水低温凝固导致的管路堵塞和阀体冻结，缩短燃料电池低温启动时间；采用注液方式抑制结冰以消除后续低温冷启动对电磁阀加热所带来的能量损失，提高燃料电池系统的效率。目前电催化剂抗衰减研究则主要集中在催化剂载体抗衰减的研究上。

以上研究均未基于质子交换膜燃料电池客车整车，也未见有采用分区、分级温控技术，以满足客车不同区域对于温度需求的燃料电池客车温控系统的相关专利、文献和实用化产品。

实用新型内容

本实用新型提供一种分区分级质子交换膜燃料电池客车温控系统，用以对质子交换膜燃料电池客车中的温度进行分区、分级控制。

为达到上述目的，本实用新型提供了一种分区分级质子交换膜燃料电池客车温控系统，其包括：

燃料电池堆，包括质子交换膜；

压缩空气换热结构，包括空气压缩机、压缩空气换热器、储气罐、加湿器、排气阀、第一散热器和第一循环泵，其中，压缩空气换热器和储气罐依序连接在空气压缩机与加湿器之间，排气阀与加湿器连接，第一循环泵的一端与燃料电池堆连接，另一端与第一散热器连接，第一散热器的另一端与燃料电池堆连接，压缩空气换热器与第一散热器并联；

氢气换热结构，包括高压氢气罐、第一电磁阀、第二电磁阀、中压氢气罐、第二循环泵、第三循环泵、第二散热器和排氢阀，中压氢气罐内部设有内换热器，第一电磁阀连接在高压氢气罐与中压氢气罐之间，第二循环泵与第二散热器串联后再与中压氢气罐并联，第二电磁阀的一端与燃料电池堆连接，另一端与中压氢气罐和第三循环泵连接，排氢阀与燃料电池堆和第三循环泵连接；以及