[实用新型]车用燃料电池系统的冷却系统

说明书

本实用新型的车用燃料电池系统的冷却系统包括：循环泵、燃料电池电堆、电动四通阀、散热器总成、加热器、离子过滤器、检测运行工况的检测单元以及燃料电池控制单元；循环泵出口分别与燃料电池电堆和离子过滤器相连；电堆出口与电动四通阀第一冷却液进口相连；离子过滤器出口与电动四通阀第二冷却液进口相连；电动四通阀第一冷却液出口与加热器相连；电动四通阀第二冷却液出口与散热器总成相连；加热器和散热器总成出口与循环泵进口相连；燃料电池控制单元分别与电动四通阀、循环泵、散热器总成、加热器和检测单元相连，根据不同运行工况控制电动四通阀多个开口开度以对不同冷却流道内冷却液流量进行调节。本实用新型能降低功耗，提高工作效率。

技术领域

本实用新型涉及燃料电池领域，具体地，涉及一种车用燃料电池系统的冷却系统。

背景技术

燃料电池是一种高效率的能量转换装置，将储存在燃料（如氢气）中的化学能转换为电能，并生成水。运行过程中不产生任何污染物，是未来理想的电能来源之一。其理想转化效率为83%，目前实际运行效率为45~60%。

燃料电池系统是由燃料电池电堆及其辅助系统构成。燃料电池电堆是由多片单体堆积装配而成，燃料电池电堆持续发电运行，需要单体中固体高分子电解质膜保持在适当的湿度和湿度，以提供电解质膜上的催化剂很好的工作环境，很好的活性。温度过低会导致催化剂活性降低，使燃料的转化电能的效率降低，尤其启动温度低于冰点时，电堆内反应生成的水可能会结冰，从而导致燃料电池电堆永久性损坏。因此，燃料电池系统在启动阶段需要快速升温至额定运行温度，以保证较高的运行效率。另一方面，温度过高会直接使催化剂的活性快速降低，直至活性丧失。因此，需要合理的燃料电池系统的冷却系统设计和控制策略来保证燃料电池系统运行在合适的温度范围内，以保证其具有良好的性能和耐久性。

节温器是目前用于控制冷却系统大小循环切换，实现对系统内温度调控的关键零部件。在系统启动时，需要使系统内温度迅速升高至额定温度，此时节温器小循环开启，大循环关闭，冷却水在循环中被加热器（例如PTC加热器）加热，同时避免经过散热器时与环境换热，从而保证系统温度迅速升高。

目前燃料电池系统的冷却系统采用传统车用节温器进行冷却液大小循环调节，实现冷却液温度的控制。因传统车用节温器为机械结构，其中的石蜡在一定温度下融化，需要一定的传热时间和温差，存在着响应速度慢和控制精度差的缺陷，使得大循环开启时系统容易产生较大的温度波动；温度的波动对影响燃料电池系统的输出特性有很大的影响，从而导致电堆寿命的衰退。

因此，目前已有少数燃料电池系统厂家开始改用电动三通替换蜡式节温器来控制大小循环切换。电动三通具有响应速度快和控制精度高等优点，但是由于冷却系统中的温度传感器通常安装在燃料电池电堆进出口，距离大小循环汇合点较远，温度采集上存在时差，依然不能避免系统中温度波动问题。另外，燃料电池车在经过一段时间停置后再启动时，系统的电导率可能较高，需要先将电导率降低至一定范围才能启动；系统中用于降低电导率的离子过滤器通常与其他零部件并联（如电堆），使得经过离子过滤器的流量较小，需要较长时间才能降低电导率，从而导致系统需要较长的启动前等待时间。

实用新型内容

鉴于以上所述，本实用新型的目的在于提供一种提高燃料电池电堆的寿命，降低功耗，提高工作效率，提高系统稳定性和耐久性的车用燃料电池系统的冷却系统。

为此，本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型的车用燃料电池系统的冷却系统包括：

循环泵、燃料电池电堆、电动四通阀、散热器总成、加热器、离子过滤器、用于检测冷却系统的运行工况的检测单元以及燃料电池控制单元；

所述电动四通阀具备四个开口，分别为第一冷却液进口、第二冷却液进口、第一冷却液出口和第二冷却液出口；

所述循环泵的出口分别与所述燃料电池电堆和离子过滤器相连；