用于燃料電池車輛的熱管理系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】用于燃料電池車輛的熱管理系統(tǒng)
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2013年12月31日提交的韓國專利申請第10_2013_0168543號的權(quán)益，通過引用將其全部結(jié)合在此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本公開內(nèi)容涉及一種用于燃料電池車輛的熱管理系統(tǒng)。更具體地，本公開內(nèi)容涉及可以通過將熱管理零件集成在燃料電池車輛中而具有減少的重量且被小型化的熱管理系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0004]通常，燃料電池(其作為將燃料能量直接轉(zhuǎn)換為電能的設(shè)備)是由具有電解質(zhì)布置介入其間的包含陽極和陰極的電極對組成的系統(tǒng)。因此，燃料電池通過離子化燃料氣體的電化學反應(yīng)獲得電解質(zhì)和熱量。
[0005]燃料電池的一種類型是聚合物電解質(zhì)膜燃料電池。具體地，聚合物電解質(zhì)膜燃料電池可以具有高電流密度、低運行溫度、較少的腐蝕和電解質(zhì)損耗、以及高輸出密度。由于其簡單結(jié)構(gòu)，這些類型的燃料電池也可以模塊化。因此，在過去的幾十年中，已經(jīng)積極進行用于將聚合物電解質(zhì)膜燃料電池應(yīng)用為車輛動力源的研宄。
[0006]現(xiàn)在，應(yīng)用于燃料電池車輛的燃料電池系統(tǒng)包括:燃料電池組，從反應(yīng)氣體的電化學反應(yīng)中產(chǎn)生電能；氫氣供應(yīng)設(shè)備，被配置將氫氣作為燃料供給至燃料電池組；空氣供給設(shè)備，被配置為將包括氧氣的空氣作為用于電化學反應(yīng)所需要的氧化劑供給至燃料電池組；熱管理系統(tǒng)，被配置為通過從電池組等發(fā)出/散發(fā)作為燃料電池組的電化學反應(yīng)副產(chǎn)物的熱量來最優(yōu)地控制燃料電池組的運行溫度。
[0007]在燃料電池系統(tǒng)中，燃料電池的效率接近于50 %，因此輸出多少的能量也發(fā)出多少的熱量。因此，在燃料電池的使用期間產(chǎn)生大量的熱。具體地，為了允許足夠的使用壽命和性能并且獲得穩(wěn)定的輸出狀態(tài)，聚合物電解質(zhì)膜燃料電池應(yīng)當保持在接近于25°C (正常溫度)至80°C的范圍內(nèi)的溫度t處。
[0008]例如，在燃料電池系統(tǒng)中的燃料電池組通常從氫氣和氧氣的電化學反應(yīng)產(chǎn)生電能并且發(fā)出作為反應(yīng)副產(chǎn)物的熱和水。因此，為了防止燃料電池組的溫度在燃料電池系統(tǒng)中上升，通常采用熱管理系統(tǒng)以冷卻燃料電池組和系統(tǒng)內(nèi)其他部件。
[0009]通常，為了將燃料電池組維持在最佳的溫度范圍內(nèi)，熱管理系統(tǒng)通過在燃料電池組內(nèi)的冷卻水通道通過循環(huán)水來總體上冷卻燃料電池組。
[0010]具體地，熱管理系統(tǒng)總體上包括:冷卻水管路，連接在燃料電池組和散熱器之間以循環(huán)冷卻水；支路管路(bypass line，旁路管路)和三通閥，被安裝以圍繞散熱器使冷卻水分支；泵，通過冷卻水管路抽冷卻水；加熱器，加熱冷卻水；等等。
[0011]然而，在用于燃料電池車輛的熱管理系統(tǒng)中，總體上獨立開發(fā)零件并且因此增加零件的數(shù)量和組裝熱管理系統(tǒng)所需的工時。此外，這些系統(tǒng)通常產(chǎn)生許多死空間。這使實現(xiàn)由車輛制造需要的熱管理系統(tǒng)的需要的小型化和重量減少同時依然確保熱管理系統(tǒng)的性能和耐用性變得困難。
[0012]例如，難以減少在泵管和三通閥之間的連接空間。由于這些零件之間，這個連接空間增加差速壓力(differential pressure，差壓)也減少流動速率和冷卻性能等。
[0013]在本【背景技術(shù)】部分中公開的上述信息僅用于加強對本發(fā)明的【背景技術(shù)】的理解，并且因此可能包括不形成該國中本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0014]本公開內(nèi)容提供了用于燃料電池車輛的熱管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過實現(xiàn)泵流體部的殼體、三通閥流體部的殼體、以及用于燃料電池車輛的熱管理系統(tǒng)的支路通道集成在其中的新型的熱管理系統(tǒng)(TMS)集成殼體，能夠?qū)崿F(xiàn)熱管理系統(tǒng)的小型化和重量減少并且增強熱管理系統(tǒng)的性能和耐用性的水平。
[0015]為了實現(xiàn)以上目標，根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性實施方式的用于燃料電池車輛的熱管理系統(tǒng)具有以下特征。在一方面，本公開內(nèi)容提供了用于燃料電池車輛的熱管理系統(tǒng)，包括:散熱器，被配置為冷卻流體；流體管路，被配置為在散熱器和燃料電池組之間循環(huán)流體；支路通道，被配置為圍繞散熱器使流體分支；泵，循環(huán)流體；以及三通閥，被配置為在流體管路和支路通道之間切換流體流動通道。具體地，該系統(tǒng)也包括TMS集成殼體，被配置為設(shè)置在連接至其連接至燃料電池組出口和散熱器入口的流體入口和流體出口的泵殼體部、連接至其連接至散熱器出口和燃料電池組入口的流體入口和流體出口的三通閥殼體部、和在泵殼體部和三通閥殼體部之間連接的支路通道內(nèi)。
[0016]因此，用于燃料電池車輛的熱管理系統(tǒng)通過在TMS集成殼體中整體形成零件的殼體部可以小型化并且可以具有減少的重量。
[0017]在優(yōu)選實施方式中，在TMS集成殼體內(nèi)連接至三通閥殼體部的支路通道的排出部可以連接至加熱器殼體部以經(jīng)由加熱器殼體部將離開支路通道的流體傳輸至三通閥殼體部。
[0018]在另一優(yōu)選實施方式中，TMS集成殼體內(nèi)的泵殼體的前端可以連接至氣泡分離貯液器，該氣泡分離貯液器分離氣泡以經(jīng)由氣泡分離貯液器將通過流體入口引入的流體傳輸至泵殼體。
[0019]在又一優(yōu)選實施方式中，氣泡分離貯液器可以包括在膨脹流體時將氣泡發(fā)送至殼體外部并且在流體收縮時將流體引入其內(nèi)部的閥門。
[0020]根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性實施方式的用于燃料電池車輛的熱管理系統(tǒng)具有以下優(yōu)點。
[0021]首先，可能實現(xiàn)小型化和重量減少，使得能夠從系統(tǒng)移除軟管和/或?qū)Ч堋４送?，能夠通過集成熱管理零件減少在整個系統(tǒng)中導管的量。
[0022]第二，可能通過集成熱管理零件確保系統(tǒng)的恒定性能和耐用性。
[0023]第三，可能通過集成熱管理零件減少零件的數(shù)量和組裝系統(tǒng)所需工時。
[0024]因此，根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性實施方式，由于通過集成蝸殼、軟管通道和三通閥來移除不必要的軟管和導管，可能減少在系統(tǒng)內(nèi)的差速壓力(differential pressure)和系統(tǒng)所需的空間量。
【附圖說明】
[0025]現(xiàn)將參考附圖示出的某些示例性實施方式詳細描述本公開內(nèi)容的上述特征及其他特征，該附圖在下文中僅以說明性的方式給出并因此不限制本公開內(nèi)容，并且其中:
[0026]圖1是示意性地示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性實施方式的用于燃料電池車輛的熱管理系統(tǒng)的示圖；
[0027]圖2是示意性地示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的另一示例性實施方式的用于燃料電池車輛的熱管理系統(tǒng)的不圖；
[0028]圖3是示意性地示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的又一示例性實施方式的用于燃料電池車輛的熱管理系統(tǒng)的不圖；
[0029]圖4A至圖4D是示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性實施方式的用于燃料電池車輛的熱管理系統(tǒng)的一種實現(xiàn)方式實施例的立體圖；并且
[0030]附圖中列出的參考標號包括如在下文中進一步所討論的下列元件的參考:
[0031]10:散熱器 11:燃料電池組
[0032]12:流體管路 13:支路通道
[0033]14:泵60:三通閥
[0034]16a，16b:流體入口17a，17b:流體出口
[0035]18:泵殼體部 19:三通閥殼體部
[0036]20:TMS集成殼體 21:加熱器殼體部
[0037]22:氣泡分離貯液器 23:閥門(壓蓋)
[0038]24:加熱器 25:連接通路部分
[0039]應(yīng)當理解的是，附圖不一定按比例繪制，呈現(xiàn)了示出本發(fā)明基本原理的各種優(yōu)選特征的有些簡化的表示。本文所公開的、包括諸如特定的尺寸、方向、位置、以及形狀的本發(fā)明的特定設(shè)計特征將由特定的期望應(yīng)用和使用環(huán)境來部分確定。
[0040]在附圖中，貫穿附圖中的幾幅圖，參考標號指代本發(fā)明的相同或等同部分。
【具體實施方式】
[0041 ] 現(xiàn)在將在下文中詳細地參考本公開內(nèi)容的各個實施方式，在附圖中示出其實例并且描述如下。雖然將結(jié)合示例性實施方式描述本發(fā)明，但是應(yīng)當理解，本說明書不旨在將本發(fā)明限定于那些示例性實施方式。相反地，本發(fā)明旨在不僅涵蓋示例性實施方式，而且涵蓋包含在由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的實質(zhì)和范圍內(nèi)的各種可替代物、修改、等同物以及其他實施方式。
[0042]應(yīng)當理解，本文中所使用的術(shù)語“車輛(vehicle) ”或“車輛的(vehicular) ”或其他類似術(shù)語包括廣義的機動車輛，諸如包括運動型多用途車輛(SUV)、公共汽車、卡車、各種商用車輛的載客車輛；包括各種小船、海船的船只；航天器等；并且包括混合動力車輛、電動車輛、插電混合動力車、氫動力車輛和其他替代燃料車輛(例如，燃料來源于非汽油能源)。如本文中提及，混合動力車輛是具有兩個或更多個動力源的車輛，例如，汽油動力和電動式車輛。
[0043]圖1是示意性地示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性實施方式的用于燃料電池車輛的熱管理系統(tǒng)的示圖。
[0044]如圖1所示，熱管理系統(tǒng)具有以下結(jié)構(gòu)，其中，泵的殼體部、三通閥的殼體部、支路通道等布置在單個TMS集成殼體內(nèi)部以最小化并且減少熱管理系統(tǒng)的重量。
[0045]為此，熱管理系統(tǒng)包括:散熱器10，冷卻流體；以及燃料電池組11，其中，散熱器10和燃料電池組11可以通過流體管路12彼此連接以實現(xiàn)流體(例如，在散熱器10和燃料電池組11之間的冷卻水)的循環(huán)流動。
[0046]熱管理系統(tǒng)可以體現(xiàn)為以下單元:提供動力以循環(huán)流體并且包括泵14 (例如，電的)、作為圍繞散熱器10使流體分支的單元的支路通道13、作為選擇性地將流體流動切換朝向支路通道13或朝向散熱器10的單元的三通閥15，等等。
[0047]通過這個構(gòu)造，熱管理系統(tǒng)的流體循環(huán)至散熱器10、至三通閥15、然后至燃料電池組11、然后至泵14?？商鎿Q地，當泵14運行時，流體可以沿著流體管路12通過支路通道13循環(huán)至三通閥15、然后至燃料電池組11、然后泵14，從而在燃料電池組上執(zhí)行冷卻動作等。
[0048]在本發(fā)明的示例性實施方式中，作為流體通過其在泵14中移動的通路部分的泵殼體部18、作為流體通過其在三通閥15中移