[发明专利]一种大功率燃料电池系统、车辆及热管理方法

说明书

本申请提供了一种大功率燃料电池系统、车辆及热管理方法，该大功率燃料电池系统包括：电堆，其连接有空气进气管、氢气进气管、排废水管和排废气管；主散热单元，连接在电堆上，用于电堆在第一运行功率时为电堆散热；以及辅助散热单元，其通过辅助散热管线与主散热单元相连通，用于电堆在第二运行功率时为电堆散热，第二运行功率大于第一运行功率；辅助散热单元包括空调制冷单元，辅助散热单元通过空调制冷单元内的制冷剂与电堆的冷却液换热。本申请通过增设的辅助散热单元可以进一步增强电堆的散热能力，解决大散热量的问题；且本申请充分利用空调制冷单元内的制冷剂与冷却液进行换热，避免设置更大尺寸的散热器，不占用更多空间。

技术领域

本申请属于氢能汽车技术领域，更具体地说，是涉及一种大功率燃料电池系统、车辆及热管理方法。

背景技术

目前燃料电池系统主要运用在商用车上，针对49T重卡类型的车辆，需求功率很大，传统燃油的49T重卡动力可达500多马力，最大输出功率可达350kw以上。而燃料电池系统的重卡功率才100多千瓦，剩余的功率靠锂电输出，这不符合全功率燃料电池系统的开发思路，所以更高功率的燃料电池系统的开发是争夺市场的必然趋势。

但是超大功率燃料电池系统在热管理方面带来的难题是如何解决散热问题，传统燃油车50％的热量由排气带走，其中发动机出水温度可达110℃，散热器的液气温差70℃；而燃料电池系统反应产生的热量95％由冷却液来带走，出水温度80℃，液气温差仅仅只有40℃。加上现在燃料电池的重卡都是在原有燃油重卡的底盘上进行改动，布置紧促，空间有限，布置更大的散热器更是难上加难。

所以大散热量，液气温差小，布置困难是目前开发大功率燃料电池系统中热管理的难题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种大功率燃料电池系统、车辆及热管理方法，以解决现有技术中的大功率燃料电池系统散热困难的技术问题。

为实现上述目的，第一方面，本申请提供了一种大功率燃料电池系统，包括：

电堆，其连接有空气进气管、氢气进气管、排废水管和排废气管；

主散热单元，连接在所述电堆上，用于所述电堆在第一运行功率时为所述电堆散热；以及，

辅助散热单元，其通过辅助散热管线与所述主散热单元相连通，用于所述电堆在第二运行功率时为所述电堆散热，所述第二运行功率大于所述第一运行功率；

所述辅助散热单元包括空调制冷单元，所述辅助散热单元通过所述空调制冷单元内的制冷剂与所述电堆的冷却液换热。

进一步地，所述空调制冷单元包括制冷回路，所述制冷回路包括通过制冷管线依次连接的制冷压缩机、冷凝器、第一膨胀阀和蒸发器；

所述制冷回路上并联有第一换热器，制冷剂自所述冷凝器流出后一部分经过第二膨胀阀后流入到所述第一换热器中，另一部分流入到所述第一膨胀阀中；制冷剂自所述第一换热器流出后返回到所述制冷压缩机内；

制冷剂在所述第一换热器内与来自所述辅助散热管线的冷却液换热，经过换热后的冷却液通过所述辅助散热管线返回到所述主散热单元中。

进一步地，所述主散热单元包括通过主散热管线依次连接的第一冷却液泵、散热器和第一控制阀；所述辅助散热管线的一端与所述第一控制阀的第一进口相连接；

所述主散热管线的进液端和出液端上分别设有第一温度传感器和第二温度传感器；

所述辅助散热管线上设有第二冷却液泵，所述第二冷却液泵设在所述第一换热器的冷却液的出口管线上。

进一步地，所述主散热单元上还连接有加热器，所述加热器通过加热管线并联在所述散热器的两端；所述加热管线的一端与所述第一冷却液泵的出口管线相连通，另一端与所述第一控制阀的第二进口相连接。