燃料電池車(chē)輛的溫度管理系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開(kāi)內(nèi)容涉及燃料電池車(chē)輛的溫度管理系統(tǒng)及方法。更具體來(lái)說(shuō)，本公開(kāi)內(nèi)容涉及燃料電池車(chē)輛的溫度管理系統(tǒng)及方法，其通過(guò)增加冷卻水流速并相應(yīng)地增加散熱器中的散熱量來(lái)減少進(jìn)入高溫限流模式的次數(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]一種按照燃料電池車(chē)輛構(gòu)造的燃料電池系統(tǒng)，包括:1)通過(guò)反應(yīng)氣體的電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能的燃料電池組，2)給燃料電池組供應(yīng)氫氣(即，燃料)的氫氣供應(yīng)裝置，3)給燃料電池組供應(yīng)含氧空氣的空氣供應(yīng)裝置，以及4)把燃料電池組產(chǎn)生的熱量驅(qū)散到外部從而最佳控制工作溫度并管理水量(water product1n)的溫度和水管理系統(tǒng)。
[0003]通常，燃料電池組將作為(例如)氫氣和氧氣(即，常見(jiàn)反應(yīng)氣體)的電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物的熱和水排出。但是，為了使燃料電池組呈現(xiàn)最佳輸出性能，需要在點(diǎn)火和工作過(guò)程中，燃料電池組的溫度需要被管理處于最佳溫度。
[0004]因此，使用在點(diǎn)火過(guò)程中快速增加燃料電池組的溫度而在工作期間將燃料電池組的溫度仍維持在最佳溫度的溫度管理系統(tǒng)是必要的。
[0005]圖1中示出了燃料電池車(chē)輛的常規(guī)溫度管理系統(tǒng)。圖1為示出了燃料電池車(chē)輛的溫度管理系統(tǒng)中冷卻水環(huán)路的示意圖，其中，燃料電池車(chē)輛的溫度管理系統(tǒng)包括:將燃料電池組I產(chǎn)生動(dòng)力時(shí)產(chǎn)生的熱排出到外部的散熱器2，連接在燃料電池組I和散熱器2之間從而能在其間循環(huán)冷卻水的冷卻水循環(huán)線路3，選擇性旁路冷卻水從而防止冷卻水經(jīng)過(guò)散熱器2的旁路線路4和三通閥5，泵送并循環(huán)冷卻水的水泵6，以及增加冷卻水的溫度從而使燃料電池組變暖的加熱器7。此外，為了使冷卻水的電導(dǎo)率維持在預(yù)定的水平以下，在冷卻水環(huán)路的分支線路8中設(shè)置有過(guò)濾冷卻水中存在的離子的軟化器(DMN)9。
[0006]圖1中的溫度管理系統(tǒng)將燃料電池組工作過(guò)程中產(chǎn)生的熱排出到外部，同時(shí)沿著散熱器2至三通閥5、然后至水泵6、隨后是加熱器7、最終回到燃料電池組I的路線循環(huán)冷卻水。
[0007]由于聚合物電解質(zhì)燃料電池(PEFMC)(其是燃料車(chē)輛中常用的燃料電池)在低溫下工作，因此需要散熱面積大的散熱器以使燃料維持在低溫下，但是，在暖和天氣下，散熱器排出的熱量少于燃料電池組產(chǎn)生的熱量，這樣，散熱器在這些條件下通常不能充分冷卻燃料電池。
[0008]因此，如圖2所示，當(dāng)燃料電池組出口處的冷卻水的溫度增加并因此達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，燃料電池控制器(FCU)限制燃料電池組的電流輸出從而保護(hù)燃料電池組并防止冷卻水的溫度高于設(shè)定溫度，這被稱為高溫限流。
[0009]在暖和天氣下，當(dāng)車(chē)輛持續(xù)急加速和高輸出工作(例如，在高速公路或上坡行駛)或冷卻水的流速不夠時(shí)，冷卻水增加到高溫，并因此經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)這種高溫限流。因此，在該限流時(shí)段中，當(dāng)司機(jī)踩加速踏板時(shí)，燃料電池組的輸出是不夠的。
[0010]由于需要增加不足的散熱能力從而防止經(jīng)常出現(xiàn)高溫限流，需要考慮額外增加散熱器的散熱面積的方法，但是由于車(chē)輛布局而存在諸多限制。
[0011]此外，應(yīng)當(dāng)使用高性能/高流速泵來(lái)最大化散熱性能，但是，在泵高輸出其間，在泵送冷卻水的同時(shí)壓力超過(guò)燃料電池組的內(nèi)壓力水平時(shí)，由于燃料電池組的結(jié)構(gòu)，可能由于該增加壓力而造成燃料電池組的泄漏。
[0012]上述【背景技術(shù)】公開(kāi)的信息只是為了增進(jìn)對(duì)本公開(kāi)內(nèi)容【背景技術(shù)】的了解，因此，可包含不構(gòu)成該國(guó)本領(lǐng)域技術(shù)人員已經(jīng)熟知的當(dāng)前技術(shù)的信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]做出本公開(kāi)內(nèi)容，以解決相關(guān)技術(shù)涉及的上述問(wèn)題，并提供燃料電池車(chē)輛的溫度管理系統(tǒng)及方法，其能夠通過(guò)增加冷卻水流速以及散熱器中的散熱量來(lái)減少進(jìn)入高溫限流模式的次數(shù)(頻率)。
[0014]此外，做出本公開(kāi)內(nèi)容，以提供燃料電池車(chē)輛的溫度管理系統(tǒng)及方法，其在改進(jìn)燃料電池車(chē)輛的散熱性能的同時(shí)減少限流到達(dá)時(shí)延和限制時(shí)間，從而有助于提高車(chē)輛的性能和質(zhì)量。
[0015]在一方面，本公開(kāi)內(nèi)容提供一種燃料電池車(chē)輛的溫度管理系統(tǒng)，包括:散熱器，被配置為通過(guò)冷卻水將燃料電池組產(chǎn)生的熱排到外部；水泵，被配置為循環(huán)冷卻水；離子過(guò)濾器，設(shè)置在從連接燃料電池組和散熱器的冷卻水循環(huán)線路分支的分支線路，從而使冷卻水流過(guò)該離子過(guò)濾器；狀態(tài)檢測(cè)器(例如，傳感器)，被配置為檢測(cè)冷卻水狀態(tài)信息；流量控制閥，被配置為選擇性阻斷冷卻水流至離子過(guò)濾器；以及，控制器，被配置為根據(jù)狀態(tài)檢測(cè)器檢測(cè)的冷卻水狀態(tài)信息控制流量控制閥的操作。
[0016]在另一方面，本公開(kāi)內(nèi)容提供燃料電池車(chē)輛的溫度管理方法，包括:在由水泵將冷卻水沿著燃料電池組和散熱器之間的冷卻水循環(huán)線路循環(huán)的同時(shí)由狀態(tài)檢測(cè)器檢測(cè)冷卻水狀態(tài)信息；由控制器根據(jù)狀態(tài)檢測(cè)器檢測(cè)的冷卻水狀態(tài)信息來(lái)控制流量控制閥的操作，其中，流量控制閥設(shè)置為選擇性阻斷到離子過(guò)濾器的冷卻水流。
[0017]因此，根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的溫度管理系統(tǒng)和方法，根據(jù)冷卻水的電導(dǎo)率或冷卻水的溫度來(lái)選擇性地使用離子過(guò)濾器，從而可提高離子過(guò)濾器的耐用性，延長(zhǎng)其使用壽命。
[0018]此外，通過(guò)使用離子過(guò)濾器阻斷冷卻水路徑可增加冷卻水的流速以及散熱器中的散熱量(即，熱傳導(dǎo)率)，因此可降低車(chē)輛進(jìn)入高溫限流模式的次數(shù)。
[0019]另外，通過(guò)控制離子過(guò)濾器路徑的冷卻水可提高燃料電池車(chē)輛的散熱性能，因此，可降低限流到達(dá)時(shí)延和限制時(shí)間，從而有助于提高車(chē)輛的性能和質(zhì)量。
[0020]此外，在電導(dǎo)率不高的條件下可增加散熱器中冷卻水的流速，因此，可降低水泵的驅(qū)動(dòng)損耗，從而有助于提高燃料電池車(chē)輛的燃料效率。
【附圖說(shuō)明】
[0021]下面將結(jié)合附圖所示的本公開(kāi)內(nèi)容具體示例性實(shí)施方式對(duì)本公開(kāi)內(nèi)容的上述和其他特征進(jìn)行描述，這些附圖只是說(shuō)明性的，因此并不限制本公開(kāi)內(nèi)容，其中，
[0022]圖1為燃料電池車(chē)輛的溫度管理系統(tǒng)中冷卻水循環(huán)的示意圖；
[0023]圖2為燃料電池系統(tǒng)的限流處理的示圖；
[0024]圖3為根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的示例性實(shí)施方式的溫度管理系統(tǒng)的示意圖；以及
[0025]圖4為控制根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的示例性實(shí)施方式的溫度管理系統(tǒng)中閥的系統(tǒng)的配置的方框圖。
[0026]附圖中參考數(shù)字表示下面將要說(shuō)明的元件:
[0027]1:燃料電池組2:散熱器
[0028]3:冷卻水循環(huán)線路4:旁路線路
[0029]5:三通閥6:水泵
[0030]7:加熱器8:分支線路
[0031]9:離子過(guò)濾器11:電導(dǎo)率傳感器
[0032]12:溫度傳感器20:燃料電池控制單元(控制器)
[0033]31:流量控制閥
[0034]應(yīng)理解的是，附圖不一定符合比例，而是以簡(jiǎn)化的方式體現(xiàn)表示本公開(kāi)內(nèi)容基本原理的各個(gè)示例性特征。這里公開(kāi)的本公開(kāi)內(nèi)容的特殊設(shè)計(jì)特征(例如:包括特殊尺寸、方向、位置和形狀)將部分取決于具體特定應(yīng)用和使用環(huán)境。
[0035]在附圖中，參考數(shù)字表示本公開(kāi)內(nèi)容相同或等同的部分。
【具體實(shí)施方式】
[0036]在下文中，將詳細(xì)引用本公開(kāi)內(nèi)容的各個(gè)實(shí)施方式，其示例如附圖所示并描述如下。盡管將結(jié)合示例性實(shí)施方式對(duì)本公開(kāi)內(nèi)容進(jìn)行描述，但是，將理解的是，描述并不是使本公開(kāi)內(nèi)容限于這些示例性實(shí)施方式。相反，本公開(kāi)內(nèi)容不僅涵蓋了示例性實(shí)施方式，還有各種變化、修改、等同物和其他實(shí)施方式，這些可包含在如附屬權(quán)利要求定義的本公開(kāi)內(nèi)容的精神和范圍內(nèi)。
[0037]應(yīng)當(dāng)理解的是，在此使用的術(shù)語(yǔ)“車(chē)輛”或者“車(chē)輛的”或者其他類似術(shù)語(yǔ)通常包括機(jī)動(dòng)車(chē)輛，諸如包括運(yùn)動(dòng)型多用途車(chē)(SUV)的客車(chē)、公共車(chē)輛、卡車(chē)、各種商用車(chē)輛、包括各種船舶的船只、飛機(jī)等等，并且包括混合動(dòng)力車(chē)輛、電動(dòng)車(chē)輛、內(nèi)燃機(jī)式車(chē)輛、插電式混合動(dòng)力車(chē)輛、氫動(dòng)力車(chē)輛以及其他可替代燃料車(chē)輛(例如，源自不同于石油的資源的燃料)。如本文中所指的，混合動(dòng)力車(chē)輛為具有兩個(gè)以上動(dòng)力源的車(chē)輛，例如，汽油-動(dòng)力和電-動(dòng)力車(chē)輛。
[0038]另