[0037]图2是实施本实用新型燃料电池热管理的燃料电池系统结构的一个例子。该燃料电池系统包括燃料电池堆100，燃料电池堆收容部101、进气腔102、排气腔103。
[0038]该燃料电池堆收容部101包括第一侧壁1la和第二侧壁101b。
[0039]进气腔包括第一腔体102a、第二腔体102b和第三腔体102c，该三个腔体的剖面形成了 “U”字形。空气或者氧气从进气腔的第一腔体102a进入，经过第二腔体102b到达第三腔体102c(请参图2实线箭头指示)，然后从第三腔体102c穿透收容部的第一侧壁1la(图中A处所示)后和容置在所述收容部101中的燃料电池堆充分接触。在燃料电池堆开始工作后，会存在一些未参与燃料电池堆反应的空气或者氧气，这部分空气或者氧气将穿透收容部101的第二侧壁1lb(图中B处所示)进入排气腔103被排出(请参图2虚线箭头指示)。该第一侧壁1la和第二侧壁1lb为良好的透气材料。
[0040]排气腔103紧靠进气腔102的第一腔体102a;上述未参与燃料电池堆反应的空气或者氧气通常具有较高的温度，这部分较高温度的气体将和进气腔第一腔体102a中的空气或者氧气在排气腔和进气腔之间的隔断界面107进行热交换，从而使得进气腔中将参与电池堆反应的空气或者氧气的温度上升，达到对空气或者氧气预热的效果，这样使得废热能(排气腔中气体的热能)可以得到充分的利用。
[0041]需要说明的是，进气腔的U形结构设计只是本实用新型实施例的一种实现方式，实际上还可以是其它形状的结构设计，只要保证进气腔有一部分和排气腔在空间上是相邻的即可;这种相邻的位置关系是为了两个腔体内气体之间的热交换，所以相邻的排气腔和进气腔的至少一部分之间设置的是可导热的隔断界面。
[0042]为了使得氧气或者空气能更好的参与燃料电池堆的反应，所述收容部还包括顶部1lc和底部101d。这样，收容部的第一侧壁101a、第二侧壁101b、顶部1lc和底部1ld将围成一空间，该空间构成了氧气或者空气参与燃料电池堆反应的反应腔104。燃料电池堆100位于该反应腔104内，燃料电池堆的各燃料电池单元的阴极层将暴露于该反应腔104内的氧气或者空气中。
[0043]收容部101的第一侧壁1la和第二侧壁1lb可以用能对氧气或者空气进行匀化的材料制成，比如说多孔陶瓷泡沫或者多孔金属泡沫。该匀化材料能使得气体慢慢的扩散到反应腔中；这样，进入反应腔104的空气或者氧气才能尽可能保证是均匀的，即不会出现反应腔104上面部分的空气或者氧气浓度低，下面部分的空气或者氧气浓度高或者其他位置浓度明显不同的情况。这种设计也是为了燃料电池堆能更好地将化学能转化为电能。
[0044]该燃料电池系统还包括加热元件105，该加热元件105可以是一个或者多个(多个的情况包括两个)。该加热元件105将进气腔中的氧气或者空气加热到一定的温度，从而进入到反应腔中的氧气或者空气将是高温的气体，这些气体进一步使得燃料电池堆的温度升高，这样燃料电池堆就可以正常的进行工作。为了使得反应腔中各部分的氧气或者空气具有基本相同的较高的温度，设置多个加热元件是一种优选的实施方式。这些加热元件可以设置在进气腔102的不同位置，比如说进气腔102的第三腔体102c中；或者可以设置在收容部101的第一侧壁1la的各个位置；当然一部分设置在进气腔102中、一部分设置在第一侧壁1la中肯定也是可以的。
[0045]为了更好的控制加热元件，该燃料电池系统可以设置若干温感器件。系统根据温感器件感应的温度，控制加热元件加热或者停止加热。这些温感器件可以被设置在进气腔和燃料电池堆中。
[0046]燃料气体导入燃料电池堆的各燃料电池单元阳极层。一部分未参与反应的燃料气体(初始时，若燃料电池堆温度较低尚未启动工作，那么可以认为所有的燃料气体都未参与反应;当燃料电池堆开启工作后，可能会存在少量的燃料气体未反应)将进入到废气腔107。该废气腔107位于收容部101底部1ld的下方，用来收集废燃料气体。该废气腔上设置有止回阀108，该止回阀108连接一废气补燃器109，该废气补燃器109位于所述排气腔103 (排气腔中为氧气或者空气，为废气燃烧提供了必要的条件)；进入废气腔107的未反应的废燃料气体，通过止回阀108在废气补燃器109中进行燃烧，释放出热量促进排气腔103中气体和进气腔102中空气或氧气的热交换，这样充分利用了这些未参与反应的废燃料气体提供热能，同时还消除了环境影响和安全隐患(燃料气体C0、H2排入大气中，会对环境和安全造成影响)。
[0047]废气补燃器109可以包括至少加热元件(未图示)和温感器件(未图示)。该废气补燃器109还可以包括催化物质，以加速废气燃烧时热量的放射。另外，该废气补燃器109中还可以设置一个电子点火器，以点燃燃料气体。如果没有电子点火器，实际上其中的加热元件将废气补燃器的温度加热到一定程度，燃料气体一样也可以进行燃烧。
[0048]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型保护的范围之内。
【主权项】
1.一种燃料电池系统的热管理系统，该燃料电池系统包括燃料电池堆，其特征在于，该燃料电池堆系统还包括收容燃料电池堆的收容部，助燃气体温度调节装置； 该助燃气体温度调节装置对通入燃料电池堆的助燃气体的温度进行调节； 所述调节了温度的助燃气体和所述收容部中的所述燃料电池堆进行热交换，使燃料电池堆温度在各工作阶段处于预设的温度范围内。2.如权利要求1所述的热管理系统，其特征在于，所述工作阶段包括燃料电池系统启动阶段，所述燃料电池系统还包括废弃腔以及废气补燃器； 通入燃料电池堆的燃料气体进入废弃腔，控制模块控制废气补燃器对废弃腔中的燃料气体进行燃烧，该燃烧产生的热量用来加热通入燃料电池堆的助燃气体;和/或者， 所述助燃气体温度调节装置包括:控制模块;该控制模块控制开启该燃料电池系统的加热元件，使其加热通入燃料电池堆的助燃气体。3.如权利要求2所述的热管理系统，其特征在于，该控制模块还控制通入该燃料电池堆的燃料气体的流速，使得燃烧产生的热量逐渐增加;和/或者， 控制该燃料电池系统的加热元件，使得该加热元件的加热功率逐渐升高。4.如权利要求1所述的热管理系统，其特征在于，所述工作阶段包括燃料电池系统工作阶段，所述助燃气体温度调节装置还包括控制模块，温感器件； 燃料电池堆进行化学反应放出的热量和通入燃料电池堆的助燃气体进行热交换，使得通入的助燃气体温度升高，且降低燃料电池堆的温度； 温感器件检测所述通入的助燃气体的温度，如果检测到的温度小于等于第一预设的温度，则控制模块控制该燃料电池系统的加热元件开启或者加大对所述助燃气体的加热；如果检测到的温度大于第二预设温度，则控制模块控制所述加热元件关闭或者减少对所述助燃气体的加热。5.如权利要求1所述的热管理系统，其特征在于，所述工作阶段包括燃料电池系统工作阶段，所述助燃气体温度调节装置还包括控制模块，温感器件: 燃料电池堆进行化学反应放出的热量和通入燃料电池堆的助燃气体进行热交换，使得通入的助燃气体温度升高，且降低燃料电池堆的温度； 温感器件检测所述通入的助燃气体的温度，如果检测到的温度小于等于第一预设的温度，则控制模块增加通入该燃料电池系统的燃料气体的流速，使得更多的燃料气体能被燃烧而产生更多的热量加热通入燃料电池堆的助燃气体;如果检测到的温度大于第二预设温度，则控制模块减小通入该燃料电池系统的燃料气体的流速，使得少的燃料气体被燃烧而产生少的热量加热通入燃料电池堆的助燃气体。6.如权利要求4或5所述的热管理系统，其特征在于，所述控制模块进一步根据当前燃料电池堆所需提供的电功率，持续通入所述电功率对应流速的助燃气体。7.如权利要求1所述的热管理系统，其特征在于，所述工作阶段包括燃料电池系统停止工作阶段，所述助燃气体温度调节装置还降低通入该燃料电池堆的助燃气体的温度。8.如权利要求7所述的热管理系统，其特征在于，所述助燃气体温度调节装置还包括控制模块，该控制模块逐步降低该燃料电池系统的加热元件对助燃气体的加热，直到加热元件停止对助燃气体的加热;和/或者， 控制模块控制减少通入的燃料气体直到停止通入燃料气体，使得燃烧燃料气体产生热量对通入助燃气体的加热逐渐降低。9.如权利要求7所述的热管理系统，其特征在于，所述助燃气体温度调节装置还包括控制模块，该控制模块控制对该燃料电池堆通入惰性气体。10.如权利要求1所述的热管理系统，其特征在于，所述助燃气体为空气或氧气。
【专利摘要】本实用新型提供一种燃料电池系统的热管理系统，该燃料电池系统包括燃料电池堆，该燃料电池堆系统还包括收容燃料电池堆的收容部，助燃气体温度调节装置；该助燃气体温度调节装置对通入燃料电池堆的助燃气体的温度进行调节；所述调节了温度的助燃气体和所述收容部中的所述燃料电池堆进行热交换，使燃料电池堆温度在各工作阶段处于预设的温度范围内。本实用新型的燃料电池系统的热管理系统具有良好的燃料电池热管理功效。
【IPC分类】H01M8/1233, H01M8/04007
【公开号】CN205231181
【申请号】CN201521048423
【发明人】狄彼德, 彦斯·贝肯, 丁力·罗伯特
【申请人】观致汽车有限公司
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2015年12月15日