[发明专利]一种燃料电池循环冷却装置及温度均衡控制方法

说明书

本发明具体为一种燃料电池循环冷却装置及温度均衡控制方法，所述装置包括与燃料电池电堆通过两条管路连通的散热器总成，控制冷却液是否进入散热器总成的开关阀，冷却液循环换向机构连接在燃料电池电堆与散热器总成连通的管路上，为冷却液流动提供动力以及切换冷却液流动方向。所述方法为根据计算的电堆温度与预设电堆温度的差值、冷却液进出堆温差，以及所计算的燃料电池电堆的压差、电堆的所有单电池的四个位置电压值的方差划分温度均衡控制模式，对于达到散热要求的燃料电池电堆，选择合适的模式，控制冷却液循环换向机构驱动冷却液单向流动或者换向流动，控制散热器总成风扇工作在合适速度区间。通过本发明实现控制燃料电池系统的温度一致性。

技术领域

本发明涉及交通动力系统用大面积燃料电池热管理技术领域，具体为一种燃料电池循环冷却装置及温度均衡控制方法。

背景技术

由于无污染排放的特性，燃料电池在世界范围内受到越来越多的关注，燃料电池本质上是一种电化学装置，以氢气、氧气作为燃料，通过电化学反应(非燃烧)产生电能。燃料电池商业化仍然面对很多问题，包括成本过高、寿命过低，耐久性较差。随着燃料电池趋于更大的活性面积，燃料电池内部各组分的分布不均，导致燃料电池面内差异性进一步扩大，并且随着燃料电池片数的增加，燃料电池系统的一致性也会受到影响，最终导致燃料电池耐久性和寿命的降低。

从热力学角度，燃料电池自产热随电流密度的增加而显著提高，在额定功率点的效率仅为50％左右，其余能量大多变为热量，这导致燃料电池内部温度集聚，并且分布不均。温度分布不均主要表现在两个方面：首先是面内分布不均，由于气流分配等因素，面内燃料分配不均会导致反应强度不同，进而导致温度分布的差异性；其次，由于燃料电池系统有若干片电池串联形成的，并通过冷却系统将热量带出，这意味着沿流道方向的温度会呈现梯次变化。温度的变化与差异会显著影响燃料电池自身的性能与一致性，需要着重考虑燃料电池的温度分布均匀性。

现有的燃料电池热管理仅采用单向冷却方式，这导致燃料电池出水口处温度显著高于进水口处温度，并且随着电流密度的升高，温度梯度显著提升。

现有的大面积燃料电池大多采用单片一检，甚至多片一检的方式，由于燃料电池内部状态耦合多变，依靠单一变量测量很难对燃料电池内部状态进行有效评估，不适合在大面积燃料电池上应用。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，提供一种燃料电池循环冷却装置及温度均衡控制方法，在对燃料电池状态进行评估的前提下，旨在提高燃料电池的温度分布均匀性，保证燃料电池的一致性与寿命。

本发明提供一种燃料电池循环冷却装置，包括与燃料电池电堆通过两条管路连通的散热器总成，控制冷却液是否进入散热器总成的开关阀，采集燃料电池电堆冷却液进出口温度、压力的温度传感器和压力传感器，还包括冷却液循环换向机构，所述冷却液循环换向机构连接在燃料电池电堆与散热器总成连通的管路上，为冷却液流动提供动力以及切换冷却液流动方向。

优选的，所述冷却液循环换向机构采用可逆泵，所述可逆泵设置在燃料电池电堆与散热器总成连通的一条管路上。

优选的，所述冷却液循环换向机构包括单向泵、四个换向阀、第一支路和第二支路，所述第一支路和第二支路上分别设置一个换向阀，所述第一支路和第二支路交叉接入燃料电池电堆与散热器总成连通的两条管路上；所述单向泵、一个换向阀设置在燃料电池电堆与散热器总成连通的一条管路上；一个换向阀设置在燃料电池电堆与散热器总成连通的另一条管路上。

优选的，还包括水箱，所述水箱通过管路接入燃料电池电堆与散热器总成连通的一条管路上。

优选的，还包括水箱，所述水箱通过管路接入燃料电池电堆与散热器总成连通的一条管路上。