用于燃料電池車的冷卻系統技術方案

本發明專利技術涉及一種用于燃料電池車的冷卻裝置，包括：單個一體式散熱器，布置在車輛的前端，并被配置成通過與外部空氣進行熱交換對冷卻液體進行冷卻，以便一體地管理燃料電池堆和電力裝置。更具體地，根據流動需求，將一體式散熱器劃分成第一高溫區域和第二低溫區域，以便利用流經高溫區域的冷卻液體對燃料電池堆進行冷卻，利用流經低溫區域的冷卻液體對電力裝置進行冷卻。

【技術實現步驟摘要】
用于燃料電池車的冷卻系統
本專利技術涉及一種用于燃料電池車的冷卻裝置，更具體涉及一種能增大通過散熱器的空氣量的燃料電池車的冷卻裝置。
技術介紹
燃料電池車的燃料電池將因氧氣和氫氣之間的化學反應所產生的化學能轉化為電能以產生驅動力。在此過程中，在燃料電池的化學反應中產生熱能，在此情況下，為確保燃料電池所需的性能，不可避免地要去除產生的熱量。圖1是示意性示出燃料電池車的常規冷卻模塊一個例子的示意圖。用于燃料電池車的冷卻裝置包括冷凝器1、散熱器、和冷卻風扇4，該冷卻風扇4用于冷卻包含諸如逆變器、電動機和燃料電池堆的電力裝置在內的驅動系統。在此，散熱器分為用于電力裝置的散熱器2和用于燃料電池堆的散熱器3，二者獨立安裝。用于電力裝置的散熱器2布置在冷凝器1的下方，用于燃料電池堆的散熱器3布置在冷凝器1與冷卻風扇4之間。經由用于電力裝置的散熱器2和用于燃料電池堆的散熱器3，分別通過獨立的循環線路，將冷卻液體供應到電力裝置和燃料電池堆，并且供應的冷卻液體不間斷地流入用于電力裝置的散熱器2和用于燃料電池堆的散熱器3。重復該步驟使冷卻液體循環流動，以冷卻燃料電池車的電力裝置和燃料電池堆。同時，如圖2所示，在空轉或低速時，燃料電池堆僅產生少量熱量，但是，與在內燃機中不同的是，隨著車速的增加，燃料電池堆產生的熱量也迅速增加。如圖3所示，隨著車速的增加，散熱器的性能跟不上電池產生的熱量。因此，在速度超過100kph時，常規散熱器系統無法勝任。此外，由于冷凝器和散熱器2在車輛上的位置在很大程度上會阻擋空氣，考慮到其的阻擋性能，必須大大增加冷卻風扇4的容量(capacity)。此外，如果為了滿足燃料電池堆的散熱性能而增加散熱器的尺寸，則系統的布局將變得復雜，且車輛的組裝/前端碰撞特性也會因此劣化。
技術實現思路
本專利技術提供一種用于燃料電池車的冷卻裝置，其采用一體式散熱器，并使用水冷卻熱交換器代替常規冷凝器和電力裝置的散熱器。更具體地，通過去除常規冷凝器和電力裝置的散熱器，可以使車輛前端的空氣流阻擋元件的數量減到最少，從而可以減少和簡化冷卻模塊并優化冷卻風扇的性能。一方面，本專利技術提供一種用于燃料電池車的冷卻裝置，包括：單個一體式散熱器，布置在車輛的前端，并且被配置成通過與外部空氣進行熱交換對冷卻液體進行冷卻，以便一體地管理燃料電池堆和電力裝置。根據冷卻液體的流動形式，將一體式散熱器劃分成高溫區域和低溫區域，使得可以利用流經高溫區域的冷卻液體對燃料電池堆進行冷卻，利用流經低溫區域的冷卻液體對電力裝置進行冷卻。在一個示例性實施例中，高溫區域和低溫區域被布置在一體式散熱器的同一平面上。在通過高溫區域的同時被冷卻之后，一部分用于冷卻燃料電池堆的冷卻液體冷卻燃料電池堆，并且在順次流過高溫區域和低溫區域的同時被額外地冷卻之后，一部分用于燃料電池堆的冷卻液體還用于冷卻電力裝置。高溫區域可以具有向下線性延伸的冷卻液體通道，以向下引導用于燃料電池堆的冷卻液體。低溫區域具有冷卻液體通道交替地向上和向下延伸的不規則的曲折形式的冷卻液體通道，已經通過高溫區域的冷卻液體暴露于外部空氣較長的時間以允許額外的冷卻時間。根據本專利技術，冷卻裝置還可包括板式熱交換器，其被配置成通過利用流經一體式散熱器以冷卻電力裝置的一部分冷卻液體，與用于電力裝置的冷卻液體進行熱交換，而對電力裝置進行冷卻。在一些示例性實施例中，在從一體式散熱器中排出的用于燃料電池堆的冷卻液體通過板式熱交換器之后，隨后通過液體冷卻熱交換器因此，本專利技術具有以下效應。一體式散熱器的散熱效率不僅僅單獨通過冷卻電池堆、冷凝器、和電力裝置而提高，而是通過利用流經單個一體式散熱器的冷卻液體，對燃料電池堆16和電力裝置14一體地進行處理。進一步地，根據冷卻液體的流動形式，將一體式散熱器10劃分為高溫區域和低溫區域，使得在高溫區域，大量冷卻液體在短時間內被沿下游方向引導以冷卻產生大量熱量的燃料電池堆16，已經通過高溫區域的冷卻液體在低溫區域以S形流動，以額外地進行冷卻操作。因而，在低溫區域中，僅產生少量熱量的電力裝置14可以通過用于燃料電池堆的冷卻液體進行冷卻。而且，盡管風扇吹出的空氣量通常被設置成高于燃料電池堆16的熱量的最大值所需的空氣量，然而在一般行駛條件或在散熱器的冷卻性能是最低限度時，還可以使用冷卻裝置來冷卻車輛的其它部件。然而。因而，通過一體式散熱器，可有效地對整個燃料電池車系統進行熱管理。此外，通過使用液體冷卻熱交換器來代替使用用于電力裝置的散熱器，即傳統的空氣冷卻熱交換器和冷凝器，可以減小安裝在車輛前端的電力裝置的散熱器和冷凝器的空氣阻力，可以簡化車輛前端的冷卻模塊。此外，通過減小冷卻模塊的尺寸，可提高車輛的正面碰撞性能，從而可提高產值。由于去除了用于電力裝置的常規散熱器和冷凝器，因此可以使通過車輛前端的格柵導入的空氣的流阻最小，同時降低風扇電動機的容量。此外，盡管風扇吹出的空氣量通常被設置成多于應對燃料電池堆16產生的最大程度熱量所需規格的空氣量，當在一般行駛條件下或散熱器的冷卻性能是最低限度的時候，冷卻裝置也可用于冷卻其他車輛部件。從而，整個燃料電池車系統可通過一體式散熱器進行有效的熱處理。此外，使用水冷卻熱交換器代替用于電力裝置的散熱器，即，傳統的空氣冷卻熱交換器和冷凝器，由于安裝在車輛前端的電力裝置的散熱器和冷凝器產成的空氣阻力可被除去，因此有可能簡化車輛前端的冷卻模塊。此外，減小冷卻模塊的尺寸可提高車輛的正面碰撞性能，有可能提高產值。除去電力裝置的傳統散熱器和冷凝器，可使通過車輛前端格柵導入的空氣的流動阻力最小，同時降低風扇電動機的容量。附圖說明本專利技術的上述或其它特征通過以下結合附圖的特定示例性實施例被詳細描述，其僅用于闡述而并非用于限制本專利技術，其中：圖1是示出用于燃料電池車常規冷卻模塊的一個例子的示意圖；圖2示出由發動機和燃料電池堆所產生的熱量對比的條形圖；圖3示出基于冷卻液體的溫度對發動機和燃料電池堆產生的熱量進行對比的條形圖；圖4是根據本專利技術一個實施例具有一體式散熱器的燃料電池車冷卻裝置的立體圖；和圖5示意地示出圖4中的冷卻裝置的主要元件的圖解示意圖。具體實施方式在下文中將通過結合附圖詳細地描述本專利技術的示例性實施例，以使本領域技術人員能夠容易地實施本專利技術。應該理解的是，本文中所使用的術語“車輛”或“車輛的”或其它類似的術語包括一般而言的機動車輛，比如包含運動型多用途車輛(SUV)、公共汽車、貨車，各種商用車輛的客車、包含各種輪船和艦船的船只、飛行器等等，并且包括混合動力車輛、電動汽車、混合動力電動汽車、氫動力汽車和其它替代燃料汽車(例如，從除了石油以外的資源中取得的燃料)。圖4是根據本專利技術一個實施例的具有一體式散熱器的燃料電池車冷卻裝置的立體圖。圖5是示出圖4中的冷卻裝置的主要元件的示意圖。本專利技術涉及一種用于車輛的冷卻裝置，其中冷卻空氣量的增加不受常規冷凝器和電力裝置的散熱器的影響。根據本專利技術，用于燃料電池車的冷卻裝置包括一體式散熱器10和冷卻風扇11。冷卻風扇11通過布置在車輛前端的散熱器引導外部空氣。風扇11可被暴露以使外部空氣通過車輛前端的散熱器格柵被導入到車輛中。一體式散熱器10具有冷卻液體在其中流動的冷卻液體通道。在導入的外部冷卻空氣與流經冷卻液體通道的冷卻液體進行熱交換本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于燃料電池車的冷卻裝置，包括：單個一體式散熱器，布置在所述燃料電池車的前端，并且被配置成通過與外部空氣進行熱交換對冷卻液體進行冷卻，以便一體地管理燃料電池堆和電力裝置，其中根據冷卻液體的冷卻需求，將所述一體式散熱器劃分成第一區域和第二區域，其中利用流經所述第一區域的冷卻液體對所述燃料電池堆進行冷卻，利用流經所述第二區域的冷卻液體對所述電力裝置進行冷卻。

【技術特征摘要】
2011.09.09 KR 10-2011-00916071.一種用于燃料電池車的冷卻裝置，包括：單個一體式散熱器，布置在所述燃料電池車的前端，并且被配置成通過與外部空氣進行熱交換對冷卻液體進行冷卻，以便一體地管理燃料電池堆和電力裝置，其中根據冷卻液體的冷卻需求，將所述一體式散熱器劃分成第一區域和第二區域，其中利用流經所述第一區域的冷卻液體對所述燃料電池堆進行冷卻，利用流經所述第二區域的冷卻液體對所述電力裝置進行冷卻，并且所述冷卻裝置還包括：熱交換器，所述熱交換器被配置成通過利用流經所述一體式散熱器的所述第二區域的冷卻液體與用于所述電力裝置的冷卻液體進行熱交換而對所述電力裝置進行冷卻。2.如權利要求1所述的冷卻裝置，其中所述第一區域和所述第二區域被布置在所述一體式散熱器的同一平面上，其中一部分冷卻液體僅僅通過所述第一區域并循環返回到所述燃料電池堆中，一部分冷卻液體順次通過第一區域和第二區域，從而額外地冷卻所述燃料電池堆或者同時冷卻所述燃料電池堆和所述電力裝置。3.如權利要求2所述的冷卻裝置，其中所述第一區域為高溫區域，所述高溫區域具有向下線性延伸的冷卻液體通道，以向下引導用于所述燃料電池堆的冷卻液體。4.如權利要求2所述的冷卻...

【專利技術屬性】
技術研發人員：金學世，李吉雨，
申請(專利權)人：現代自動車株式會社，起亞自動車株式會社，
類型：發明
國別省市：