燃料电池车辆的温度管理系统及方法
【技术领域】
[0001]本公开内容涉及燃料电池车辆的温度管理系统及方法。更具体来说，本公开内容涉及燃料电池车辆的温度管理系统及方法，其通过增加冷却水流速并相应地增加散热器中的散热量来减少进入高温限流模式的次数。
【背景技术】
[0002]一种按照燃料电池车辆构造的燃料电池系统，包括:1)通过反应气体的电化学反应产生电能的燃料电池组，2)给燃料电池组供应氢气(即，燃料)的氢气供应装置，3)给燃料电池组供应含氧空气的空气供应装置，以及4)把燃料电池组产生的热量驱散到外部从而最佳控制工作温度并管理水量(water product1n)的温度和水管理系统。
[0003]通常，燃料电池组将作为(例如)氢气和氧气(即，常见反应气体)的电化学反应过程中产生的副产物的热和水排出。但是，为了使燃料电池组呈现最佳输出性能，需要在点火和工作过程中，燃料电池组的温度需要被管理处于最佳温度。
[0004]因此，使用在点火过程中快速增加燃料电池组的温度而在工作期间将燃料电池组的温度仍维持在最佳温度的温度管理系统是必要的。
[0005]图1中示出了燃料电池车辆的常规温度管理系统。图1为示出了燃料电池车辆的温度管理系统中冷却水环路的示意图，其中，燃料电池车辆的温度管理系统包括:将燃料电池组I产生动力时产生的热排出到外部的散热器2，连接在燃料电池组I和散热器2之间从而能在其间循环冷却水的冷却水循环线路3，选择性旁路冷却水从而防止冷却水经过散热器2的旁路线路4和三通阀5，泵送并循环冷却水的水泵6，以及增加冷却水的温度从而使燃料电池组变暖的加热器7。此外，为了使冷却水的电导率维持在预定的水平以下，在冷却水环路的分支线路8中设置有过滤冷却水中存在的离子的软化器(DMN)9。
[0006]图1中的温度管理系统将燃料电池组工作过程中产生的热排出到外部，同时沿着散热器2至三通阀5、然后至水泵6、随后是加热器7、最终回到燃料电池组I的路线循环冷却水。
[0007]由于聚合物电解质燃料电池(PEFMC)(其是燃料车辆中常用的燃料电池)在低温下工作，因此需要散热面积大的散热器以使燃料维持在低温下，但是，在暖和天气下，散热器排出的热量少于燃料电池组产生的热量，这样，散热器在这些条件下通常不能充分冷却燃料电池。
[0008]因此，如图2所示，当燃料电池组出口处的冷却水的温度增加并因此达到设定温度时，燃料电池控制器(FCU)限制燃料电池组的电流输出从而保护燃料电池组并防止冷却水的温度高于设定温度，这被称为高温限流。
[0009]在暖和天气下，当车辆持续急加速和高输出工作(例如，在高速公路或上坡行驶)或冷却水的流速不够时，冷却水增加到高温，并因此经常会出现这种高温限流。因此，在该限流时段中，当司机踩加速踏板时，燃料电池组的输出是不够的。
[0010]由于需要增加不足的散热能力从而防止经常出现高温限流，需要考虑额外增加散热器的散热面积的方法，但是由于车辆布局而存在诸多限制。
[0011]此外，应当使用高性能/高流速泵来最大化散热性能，但是，在泵高输出其间，在泵送冷却水的同时压力超过燃料电池组的内压力水平时，由于燃料电池组的结构，可能由于该增加压力而造成燃料电池组的泄漏。
[0012]上述【背景技术】公开的信息只是为了增进对本公开内容【背景技术】的了解，因此，可包含不构成该国本领域技术人员已经熟知的当前技术的信息。
【发明内容】
[0013]做出本公开内容，以解决相关技术涉及的上述问题，并提供燃料电池车辆的温度管理系统及方法，其能够通过增加冷却水流速以及散热器中的散热量来减少进入高温限流模式的次数(频率)。
[0014]此外，做出本公开内容，以提供燃料电池车辆的温度管理系统及方法，其在改进燃料电池车辆的散热性能的同时减少限流到达时延和限制时间，从而有助于提高车辆的性能和质量。
[0015]在一方面，本公开内容提供一种燃料电池车辆的温度管理系统，包括:散热器，被配置为通过冷却水将燃料电池组产生的热排到外部；水泵，被配置为循环冷却水；离子过滤器，设置在从连接燃料电池组和散热器的冷却水循环线路分支的分支线路，从而使冷却水流过该离子过滤器；状态检测器(例如，传感器)，被配置为检测冷却水状态信息；流量控制阀，被配置为选择性阻断冷却水流至离子过滤器；以及，控制器，被配置为根据状态检测器检测的冷却水状态信息控制流量控制阀的操作。
[0016]在另一方面，本公开内容提供燃料电池车辆的温度管理方法，包括:在由水泵将冷却水沿着燃料电池组和散热器之间的冷却水循环线路循环的同时由状态检测器检测冷却水状态信息；由控制器根据状态检测器检测的冷却水状态信息来控制流量控制阀的操作，其中，流量控制阀设置为选择性阻断到离子过滤器的冷却水流。
[0017]因此，根据本公开内容的温度管理系统和方法，根据冷却水的电导率或冷却水的温度来选择性地使用离子过滤器，从而可提高离子过滤器的耐用性，延长其使用寿命。
[0018]此外，通过使用离子过滤器阻断冷却水路径可增加冷却水的流速以及散热器中的散热量(即，热传导率)，因此可降低车辆进入高温限流模式的次数。
[0019]另外，通过控制离子过滤器路径的冷却水可提高燃料电池车辆的散热性能，因此，可降低限流到达时延和限制时间，从而有助于提高车辆的性能和质量。
[0020]此外，在电导率不高的条件下可增加散热器中冷却水的流速，因此，可降低水泵的驱动损耗，从而有助于提高燃料电池车辆的燃料效率。
【附图说明】
[0021]下面将结合附图所示的本公开内容具体示例性实施方式对本公开内容的上述和其他特征进行描述，这些附图只是说明性的，因此并不限制本公开内容，其中，
[0022]图1为燃料电池车辆的温度管理系统中冷却水循环的示意图；
[0023]图2为燃料电池系统的限流处理的示图；
[0024]图3为根据本公开内容的示例性实施方式的温度管理系统的示意图；以及
[0025]图4为控制根据本公开内容的示例性实施方式的温度管理系统中阀的系统的配置的方框图。
[0026]附图中参考数字表示下面将要说明的元件:
[0027]1:燃料电池组2:散热器
[0028]3:冷却水循环线路4:旁路线路
[0029]5:三通阀6:水泵
[0030]7:加热器8:分支线路
[0031]9:离子过滤器11:电导率传感器
[0032]12:温度传感器20:燃料电池控制单元(控制器)
[0033]31:流量控制阀
[0034]应理解的是，附图不一定符合比例，而是以简化的方式体现表示本公开内容基本原理的各个示例性特征。这里公开的本公开内容的特殊设计特征(例如:包括特殊尺寸、方向、位置和形状)将部分取决于具体特定应用和使用环境。
[0035]在附图中，参考数字表示本公开内容相同或等同的部分。
【具体实施方式】
[0036]在下文中，将详细引用本公开内容的各个实施方式，其示例如附图所示并描述如下。尽管将结合示例性实施方式对本公开内容进行描述，但是，将理解的是，描述并不是使本公开内容限于这些示例性实施方式。相反，本公开内容不仅涵盖了示例性实施方式，还有各种变化、修改、等同物和其他实施方式，这些可包含在如附属权利要求定义的本公开内容的精神和范围内。
[0037]应当理解的是，在此使用的术语“车辆”或者“车辆的”或者其他类似术语通常包括机动车辆，诸如包括运动型多用途车(SUV)的客车、公共车辆、卡车、各种商用车辆、包括各种船舶的船只、飞机等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、内燃机式车辆、插电式混合动力车辆、氢动力车辆以及其他可替代燃料车辆(例如，源自不同于石油的资源的燃料)。如本文中所指的，混合动力车辆为具有两个以上动力源的车辆，例如，汽油-动力和电-动力车辆。
[0038]另