[发明专利]一种多堆燃料电池系统的水热管理集成装置及其工作方法

说明书

本发明提供一种多堆燃料电池系统的水热管理集成装置及其工作方法，水热管理集成装置包括：热交换单元、空气中冷单元及并联冷却液管道单元，其中，热交换单元包括节温器、与节温器的一个流道阀口相连通的加热器、与节温器的另一个流道阀口相连通的散热器、与加热器相连通的去离子器、水箱、与水箱相连接的水泵、及与水泵相连接的热交换旁通阀，且去离子器和散热器均与水箱相连通；并联冷却液管道单元包括入堆冷却液管路和出堆冷却液管路，全部入堆冷却液管路分别与全部燃料电池单堆的入口相连通；全部出堆冷却液管路分别与全部燃料电池单堆的出口相连通。本水热管理集成装置及其工作方法，能提高多堆燃料电池系统的启动速度和运行稳定性。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，特别是涉及一种多堆燃料电池系统的水热管理集成装置及其工作方法。

背景技术

作为以氢气为燃料的能量转换装置，质子交换膜燃料电池具有工作温度低、比能量高、启动速度快和寿命较长等优点，在包括汽车动力源在内的多个领域都得到了广泛应用。多个单堆燃料电池进行组合后构成多堆燃料电池系统不仅可以提高燃料电池系统的输出功率从而满足高功率需求，还可以增加系统输出的冗余度，提高系统工作的可靠性。

燃料电池的工作过程是一个产热过程，其产热量与输出功率基本相同，因此需要配置一个热管理子系统来维持电堆的工作温度始终保持在合理的区间。多堆燃料电池系统的水热耦合强、迟滞大且各燃料电池单堆会由于老化程度不同，产热量有所不同，也需要用冷却液循环来保证各单堆温度均一化，防止出现局部热点，影响多堆燃料电池系统性能。尽管目前市面上的单电堆水热管理子系统已经有了成熟的方案，但是从结构设计和成本等角度考虑，目前的方案并不适合直接移植到多堆燃料电池系统上。另外，现有的水热管理子系统在应用到多堆燃料电池系统中时，无法解决多堆燃料电池系统在启动阶段因冷却液温度较低而导致启动速度慢的问题，也无法解决因冷却液中含有导电离子而影响多堆燃料电池的正常电化学反应、进而导致多堆燃料电池系统运行稳定性较低的问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种多堆燃料电池系统的水热管理集成装置，该水热管理集成装置能使多堆燃料电池系统快速启动、并能提高多堆燃料电池系统运行的稳定性。

为实现上述目的，本发明提供一种多堆燃料电池系统的水热管理集成装置，包括：

热交换单元，包括节温器、与节温器的一个流道阀口相连通的加热器、与节温器的另一个流道阀口相连通的散热器、与加热器相连通的去离子器、水箱、与水箱相连接的水泵、及与水泵相连接的热交换旁通阀，且所述去离子器和散热器均与水箱相连通；

空气中冷单元，包括中冷器组，所述中冷器组的进水端与热交换旁通阀的一个出水端相连接，所述中冷器组的出水端与节温器的进水阀口相连通；

并联冷却液管道单元，包括入堆冷却液管路和出堆冷却液管路，所述入堆冷却液管路和出堆冷却液管路的数量均与多堆燃料电池中的燃料电池单堆的数量相等；全部入堆冷却液管路分别与全部燃料电池单堆的入口相连通，且全部入堆冷却液管路均与热交换旁通阀的另一个出水端相连接；全部出堆冷却液管路分别与全部燃料电池单堆的出口相连通，且全部出堆冷却液管路均与节温器的进水阀口相连通。

进一步地，所述散热器包括散热风扇。

进一步地，所述空气中冷单元还包括中冷器入口旁通阀组，所述中冷器组的进水端通过中冷器入口旁通阀组与热交换旁通阀的一个出水端相连接。

进一步地，所述空气中冷单元还包括中冷器出口混合器，所述中冷器组中全部中冷器的出水口均与中冷器出口混合器相连通，且所述中冷器出口混合器与节温器的进水阀口相连通。

进一步地，所述空气中冷单元还包括空气进气模块，所述空气进气模块与中冷器组相连通。

进一步地，所述空气进气模块与中冷器组之间的连通管路上设有空气流量传感器和空气压力表。