用于燃料电池车辆的热管理系统的制作方法
【专利说明】用于燃料电池车辆的热管理系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2013年12月31日提交的韩国专利申请第10_2013_0168543号的权益，通过引用将其全部结合在此。
技术领域
[0003]本公开内容涉及一种用于燃料电池车辆的热管理系统。更具体地，本公开内容涉及可以通过将热管理零件集成在燃料电池车辆中而具有减少的重量且被小型化的热管理系统。
【背景技术】
[0004]通常，燃料电池(其作为将燃料能量直接转换为电能的设备)是由具有电解质布置介入其间的包含阳极和阴极的电极对组成的系统。因此，燃料电池通过离子化燃料气体的电化学反应获得电解质和热量。
[0005]燃料电池的一种类型是聚合物电解质膜燃料电池。具体地，聚合物电解质膜燃料电池可以具有高电流密度、低运行温度、较少的腐蚀和电解质损耗、以及高输出密度。由于其简单结构，这些类型的燃料电池也可以模块化。因此，在过去的几十年中，已经积极进行用于将聚合物电解质膜燃料电池应用为车辆动力源的研宄。
[0006]现在，应用于燃料电池车辆的燃料电池系统包括:燃料电池组，从反应气体的电化学反应中产生电能；氢气供应设备，被配置将氢气作为燃料供给至燃料电池组；空气供给设备，被配置为将包括氧气的空气作为用于电化学反应所需要的氧化剂供给至燃料电池组；热管理系统，被配置为通过从电池组等发出/散发作为燃料电池组的电化学反应副产物的热量来最优地控制燃料电池组的运行温度。
[0007]在燃料电池系统中，燃料电池的效率接近于50 %，因此输出多少的能量也发出多少的热量。因此，在燃料电池的使用期间产生大量的热。具体地，为了允许足够的使用寿命和性能并且获得稳定的输出状态，聚合物电解质膜燃料电池应当保持在接近于25°C (正常温度)至80°C的范围内的温度t处。
[0008]例如，在燃料电池系统中的燃料电池组通常从氢气和氧气的电化学反应产生电能并且发出作为反应副产物的热和水。因此，为了防止燃料电池组的温度在燃料电池系统中上升，通常采用热管理系统以冷却燃料电池组和系统内其他部件。
[0009]通常，为了将燃料电池组维持在最佳的温度范围内，热管理系统通过在燃料电池组内的冷却水通道通过循环水来总体上冷却燃料电池组。
[0010]具体地，热管理系统总体上包括:冷却水管路，连接在燃料电池组和散热器之间以循环冷却水；支路管路(bypass line，旁路管路)和三通阀，被安装以围绕散热器使冷却水分支；泵，通过冷却水管路抽冷却水；加热器，加热冷却水；等等。
[0011]然而，在用于燃料电池车辆的热管理系统中，总体上独立开发零件并且因此增加零件的数量和组装热管理系统所需的工时。此外，这些系统通常产生许多死空间。这使实现由车辆制造需要的热管理系统的需要的小型化和重量减少同时依然确保热管理系统的性能和耐用性变得困难。
[0012]例如，难以减少在泵管和三通阀之间的连接空间。由于这些零件之间，这个连接空间增加差速压力(differential pressure，差压)也减少流动速率和冷却性能等。
[0013]在本【背景技术】部分中公开的上述信息仅用于加强对本发明的【背景技术】的理解，并且因此可能包括不形成该国中本领域的普通技术人员已知的现有技术的信息。
【发明内容】
[0014]本公开内容提供了用于燃料电池车辆的热管理系统，该系统通过实现泵流体部的壳体、三通阀流体部的壳体、以及用于燃料电池车辆的热管理系统的支路通道集成在其中的新型的热管理系统(TMS)集成壳体，能够实现热管理系统的小型化和重量减少并且增强热管理系统的性能和耐用性的水平。
[0015]为了实现以上目标，根据本公开内容的示例性实施方式的用于燃料电池车辆的热管理系统具有以下特征。在一方面，本公开内容提供了用于燃料电池车辆的热管理系统，包括:散热器，被配置为冷却流体；流体管路，被配置为在散热器和燃料电池组之间循环流体；支路通道，被配置为围绕散热器使流体分支；泵，循环流体；以及三通阀，被配置为在流体管路和支路通道之间切换流体流动通道。具体地，该系统也包括TMS集成壳体，被配置为设置在连接至其连接至燃料电池组出口和散热器入口的流体入口和流体出口的泵壳体部、连接至其连接至散热器出口和燃料电池组入口的流体入口和流体出口的三通阀壳体部、和在泵壳体部和三通阀壳体部之间连接的支路通道内。
[0016]因此，用于燃料电池车辆的热管理系统通过在TMS集成壳体中整体形成零件的壳体部可以小型化并且可以具有减少的重量。
[0017]在优选实施方式中，在TMS集成壳体内连接至三通阀壳体部的支路通道的排出部可以连接至加热器壳体部以经由加热器壳体部将离开支路通道的流体传输至三通阀壳体部。
[0018]在另一优选实施方式中，TMS集成壳体内的泵壳体的前端可以连接至气泡分离贮液器，该气泡分离贮液器分离气泡以经由气泡分离贮液器将通过流体入口引入的流体传输至泵壳体。
[0019]在又一优选实施方式中，气泡分离贮液器可以包括在膨胀流体时将气泡发送至壳体外部并且在流体收缩时将流体引入其内部的阀门。
[0020]根据本公开内容的示例性实施方式的用于燃料电池车辆的热管理系统具有以下优点。
[0021]首先，可能实现小型化和重量减少，使得能够从系统移除软管和/或导管。此外，能够通过集成热管理零件减少在整个系统中导管的量。
[0022]第二，可能通过集成热管理零件确保系统的恒定性能和耐用性。
[0023]第三，可能通过集成热管理零件减少零件的数量和组装系统所需工时。
[0024]因此，根据本公开内容的示例性实施方式，由于通过集成蜗壳、软管通道和三通阀来移除不必要的软管和导管，可能减少在系统内的差速压力(differential pressure)和系统所需的空间量。
【附图说明】
[0025]现将参考附图示出的某些示例性实施方式详细描述本公开内容的上述特征及其他特征，该附图在下文中仅以说明性的方式给出并因此不限制本公开内容，并且其中:
[0026]图1是示意性地示出了根据本公开内容的示例性实施方式的用于燃料电池车辆的热管理系统的示图；
[0027]图2是示意性地示出了根据本公开内容的另一示例性实施方式的用于燃料电池车辆的热管理系统的不图；
[0028]图3是示意性地示出了根据本公开内容的又一示例性实施方式的用于燃料电池车辆的热管理系统的不图；
[0029]图4A至图4D是示出了根据本公开内容的示例性实施方式的用于燃料电池车辆的热管理系统的一种实现方式实施例的立体图；并且
[0030]附图中列出的参考标号包括如在下文中进一步所讨论的下列元件的参考:
[0031]10:散热器 11:燃料电池组
[0032]12:流体管路 13:支路通道
[0033]14:泵60:三通阀
[0034]16a，16b:流体入口17a，17b:流体出口
[0035]18:泵壳体部 19:三通阀壳体部
[0036]20:TMS集成壳体 21:加热器壳体部
[0037]22:气泡分离贮液器 23:阀门(压盖)
[0038]24:加热器 25:连接通路部分
[0039]应当理解的是，附图不一定按比例绘制，呈现了示出本发明基本原理的各种优选特征的有些简化的表示。本文所公开的、包括诸如特定的尺寸、方向、位置、以及形状的本发明的特定设计特征将由特定的期望应用和使用环境来部分确定。
[0040]在附图中，贯穿附图中的几幅图，参考标号指代本发明的相同或等同部分。
【具体实施方式】
[0041 ] 现在将在下文中详细地参考本公开内容的各个实施方式，在附图中示出其实例并且描述如下。虽然将结合示例性实施方式描述本发明，但是应当理解，本说明书不旨在将本发明限定于那些示例性实施方式。相反地，本发明旨在不仅涵盖示例性实施方式，而且涵盖包含在由所附权利要求限定的本发明的实质和范围内的各种可替代物、修改、等同物以及其他实施方式。
[0042]应当理解，本文中所使用的术语“车辆(vehicle) ”或“车辆的(vehicular) ”或其他类似术语包括广义的机动车辆，诸如包括运动型多用途车辆(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的载客车辆；包括各种小船、海船的船只；航天器等；并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电混合动力车、氢动力车辆和其他替代燃料车辆(例如，燃料来源于非汽油能源)。如本文中提及，混合动力车辆是具有两个或更多个动力源的车辆，例如，汽油动力和电动式车辆。
[0043]图1是示意性地示出了根据本公开内容的示例性实施方式的用于燃料电池车辆的热管理系统的示图。
[0044]如图1所示，热管理系统具有以下结构，其中，泵的壳体部、三通阀的壳体部、支路通道等布置在单个TMS集成壳体内部以最小化并且减少热管理系统的重量。
[0045]为此，热管理系统包括:散热器10，冷却流体；以及燃料电池组11，其中，散热器10和燃料电池组11可以通过流体管路12彼此连接以实现流体(例如，在散热器10和燃料电池组11之间的冷却水)的循环流动。
[0046]热管理系统可以体现为以下单元:提供动力以循环流体并且包括泵14 (例如，电的)、作为围绕散热器10使流体分支的单元的支路通道13、作为选择性地将流体流动切换朝向支路通道13或朝向散热器10的单元的三通阀15，等等。
[0047]通过这个构造，热管理系统的流体循环至散热器10、至三通阀15、然后至燃料电池组11、然后至泵14。可替换地，当泵14运行时，流体可以沿着流体管路12通过支路通道13循环至三通阀15、然后至燃料电池组11、然后泵14，从而在燃料电池组上执行冷却动作等。
[0048]在本发明的示例性实施方式中，作为流体通过其在泵14中移动的通路部分的泵壳体部18、作为流体通过其在三通阀15中移