[发明专利]一种多燃料电池模块联用的热管理系统和方法

说明书

本发明提供一种依靠燃料电池热量作为液氢汽化动力的多燃料电池模块联用的热管理系统和方法。本发明适用于采用静态排水技术的燃料电池系统。液氢不能直接被燃料电池利用，需要热量将其汽化成氢气后方可作为燃料电池的燃剂。采用静态排水技术的燃料电池模块，要求水路压力稳定且精准可控。为保证多模块联用情况下各模块水路压力不互相干扰，本发明将每个燃料电池模块与两个单独的热交换器串联后组成单模块级别的一级热循环回路，每个模块所串联的两个热交换器再分别组成两个二级热循环回路，即将燃料电池的热量分为了两部分，一部分用于液氢汽化，另一部分通过散热器散掉。

技术领域

本发明属于燃料电池领域，具体涉及一种以液氢为燃剂的多燃料电池联用系统热管理系统和方法。

背景技术

随着石油等传统能源的日益枯竭，新能源的使用与开发受到了社会广泛的关注，尤其是质子交换膜燃料电池，它作为新一代的能源动力，具有静音、环保、高能量密度等诸多优点，可广泛应用于航天、航海、汽车、电站、军事等领域，被视作人类下一代的主要动力能源之一。

质子交换膜燃料电池利用氢气和氧气发生化学反应而发电。液氢具有超高的储氢能量密度，尤其适用于储能需求较高的燃料电池系统，如航海、电站、航天等技术领域所使用的燃料电池系统。

液氢汽化需要热量，传统的电加热方法虽然可以满足液氢的汽化，但消耗电能源、且由于引入了电器加热而存在安全隐患。质子交换膜燃料电池的工作效率约为50％，即在工作过程中有近50％的废热需要处理掉。将二者结合，即可充分的利用各自特点，集成为一种高效的热电联供的能源动力系统。

燃料电池系统作为新型的动力型能源，输出功率一般较大，一般性的大功率燃料电池系统都是由多个燃料电池模块联合组成的。特别对于采用静态排水技术的燃料电池模块，要求其模块自身的水路压力非常稳定，且实时可根据自身需求调节压力变化，多模块联用的情况下，各燃料电池模块自身需求不同，继而导致所需水路压力不同。如何能在保证各模块水路压力能够满足自身需求的前提下，实现燃料电池的热量为液氢提供汽化动力，实现各模块组成的整系统多余热量的统一处理即具备了必要的现实意义。

发明内容

基于以上的背景技术，如何将燃料电池产生的废热高效率的转移至液氢系统，如何实现多燃料电池模块系统与液氢系统匹配。如何控制液氢系统的汽化速度以满足燃料电池系统变工况而引起的氢气需求量变化是本发明的重点。本发明的目的在于提供一种高效利用燃料电池热量的多燃料电池模块联用的热管理系统和方法。本发明适用于采用静态排水技术的燃料电池模块，液氢不能直接被燃料电池利用，需要热量将其汽化成氢气后方可作为燃料电池的燃剂。采用静态排水技术的燃料电池模块，要求水路压力稳定且精准可控。为保证多模块联用情况下各模块水路压力不互相干扰。

本发明一方面提供一种燃料电池系统的热管理系统，包括燃料电池模块、热交换器1#、热交换器2#、水箱1#、水箱2#、水箱3#、温度调节器、调速水泵、液氢系统、散热器、循环水泵；

所述燃料电池模块、热交换器1#、温度调节器、热交换器2#、水箱1#连接成一级热循环回路；燃料电池模块的水路出口通过管路与热交换器1#热介质入口连接，热交换器1#热介质出口与温度调节器入口通过管路连接，温度调节器低温出口与水箱1#的入口通过管路连接，水箱1#的出口与燃料电池模块的水路入口通过管路连接；温度调节器高温出口与热交换器2#热介质入口通过管路连接，换热器2#热介质出口与水箱1#的入口通过管路连接；

所述一级热循环回路为n个；n≥2，n为整数；所述n个一级热循环回路中的热交换器1#、水箱2#、调速水泵和液氢系统依次串联形成二级热循环回路Ⅰ；第一个热交换器1#的冷介质出口与第二个热交换器1#的冷介质入口连接，最后一个热交换器1#的冷介质出口与水箱2#的入口通过管路连接，水箱2#的出口与调速水泵的入口通过管路连接，调速水泵的出口与液氢系统的水路入口通过管路连接，液氢系统的水路出口与第一个换热器1#的冷介质入口通过管路连接；