一种大功率燃料电池散热系统与电动汽车的制作方法

1.本实用新型涉及汽车燃料电池技术领域，尤其是涉及到一种大功率燃料电池散热系统与电动汽车。


背景技术：

2.为满足商用电动汽车的供电需求，燃料电池有向着大功率(200kw至250kw甚至以上)发展的趋势，然而目前120kw的燃料电池系统需要至少2个散热器和8个风扇组成的散热系统配合，才能勉强达到散热要求，而该散热系统的体积、重量已经达到了商用车所能承受的极限。因此，对于更大功率有着更高散热要求的燃料电池系统，需要配合体积更小的强冷系统，但是从效率角度来说，由压缩机驱动的强冷系统的热转换效率低于传统的风扇散热器组合，即耗电量相同时，强冷系统的散热量低于风扇散热器组合，造成能源浪费。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本实用新型提供了一种大功率燃料电池散热系统与电动汽车，其中，散热系统通过结合传统的风扇散热器组合与压缩机驱动的强冷回路，能够在减小散热系统的体积的同时，保证散热系统的热转换效率。
4.本实用新型第一方面的实施例，提供了一种大功率燃料电池散热系统，包括板式换热器、冷却单元、换热单元、强冷回路和控制模块，板式换热器包括第一进口、第一出口、第二进口和第二出口；冷却单元的进口连接于第一出口，冷却单元的出口连接于第一进口，冷却单元用于冷却燃料电池电堆；换热单元包括主散热回路和附件散热回路，换热单元的进口连接于第二出口，换热单元的出口连接于第二进口，换热单元用于散热；强冷回路连接于冷却单元，强冷回路用于补充散热；控制模块电连接于冷却单元、换热单元和强冷回路，控制模块用于调节冷却单元、换热单元和强冷回路的工作状态。
5.进一步地，冷却单元包括冷却管道和第一电子水泵，冷却管道的进口与第一出口连通，冷却管道的出口与第一进口连通；第一电子水泵设置于冷却管道上，第一电子水泵电连接于控制模块，第一电子水泵用于带动冷却管道内部的冷却液循环。
6.进一步地，大功率燃料电池散热系统还包括第一阀组件和第二阀组件，第二出口连通有第一换热管道，第一阀组件设置于第一换热管道的出口，第一阀组件用于连通主散热回路和附件散热回路的进口；第二进口连通有第二换热管道，第二阀组件设置于第二换热管道的进口，第二阀组件用于连通主散热回路和附件散热回路的出口；其中，第一换热管道或第二换热管道上设置有第二电子水泵，第一阀组件、第二阀组件和第二电子水泵电连接于控制模块。
7.进一步地，主散热回路与附件散热回路为并联设置。
8.进一步地，主散热回路包括散热总成，散热总成包括多个主散热器，每个主散热器上设置有多个第一电子风扇；其中，多个主散热器为并联设置。
9.进一步地，附件散热回路包括辅助散热器总成和散热水套，辅助散热器总成包括
辅助散热器，辅助散热器上设置有第二电子风扇；多个散热水套与辅助散热器总成为串联设置。
10.进一步地，强冷回路包括板式散热器和强冷管道，板式散热器设置于冷却管道上；强冷管道的进口连通于所述板式散热器的出口，强冷管道的出口连通于所述板式散热器的进口，强冷管道上依次设置有压缩机、储液罐和膨胀阀。
11.本实用新型第二方面的实施例，提供了一种电动汽车，包括车体、燃料电池电堆以及如第一方面的实施例提供的大功率燃料电池散热系统，燃料电池电堆用于为车体提供动力，大功率燃料电池散热系统连接于燃料电池电堆。
12.本实用新型实施例提供的技术方案的有益效果至少包括：一种大功率燃料电池散热系统，包括板式换热器、冷却单元、换热单元、强冷回路和控制模块，板式换热器包括第一进口、第一出口、第二进口和第二出口；冷却单元的进口连接于第一出口，冷却单元的出口连接于第一进口，冷却单元用于冷却燃料电池电堆；换热单元包括主散热回路和附件散热回路，换热单元的进口连接于第二出口，换热单元的出口连接于第二进口，换热单元用于散热；强冷回路连接于冷却单元，强冷回路用于补充散热；控制模块电连接于冷却单元、换热单元和强冷回路，控制模块用于调节冷却单元、换热单元和强冷回路的工作状态。由此，通过结合传统的风扇散热器组合与压缩机驱动的强冷回路，能够在减小散热系统的体积的同时，保证散热系统的热转换效率。
13.其中，强冷回路能够对主散热回路进行补充散热，当主散热回路设置的风扇散热器组合的数量较少时，强冷回路能够配合主散热回路使得散热总量达到散热目标值，从而减小散热系统的体积，使得散热系统适于安装于电动汽车内部；另一方面，在燃料电池电堆进入冷启动模式时，强冷回路还能够代替ptc回路对燃料电池电堆进行加热，降低安装ptc回路的成本。
14.其中，通过设置板式换热器和板式散热器，使得强冷回路能够与主散热回路进行热交换，降低散热系统中所需的冷却液的质量，提升散热系统的响应速度。
15.上述说明仅是本技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本技术的具体实施方式。
附图说明
16.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。其中：
17.图1示出了本实用新型的一个实施例提供的一种大功率燃料电池散热系统的结构示意图。
18.其中，图1中附图标记与部件名称之间的对应关系为：
19.10板式换热器，11第一进口，12第一出口，13第二进口，14第二出口，20冷却单元，21冷却管道，22第一电子水泵，30换热单元，31主散热回路，311散热总成，312主散热器，313第一电子风扇，32附件散热回路，321辅助散热器总成，322辅助散热器，323第二电子风扇，324散热水套，33第一阀组件，34第一换热管道，35第二阀组件，36第二换热管道，37第二电
子水泵，40强冷回路，41板式散热器，42强冷管道，43压缩机，44储液罐，45膨胀阀。
具体实施方式
20.为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
21.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本实用新型的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
22.下面参照图1描述根据本实用新型一些实施例提供的一种大功率燃料电池散热系统与电动汽车。
23.如图1所示，根据本实用新型第一方面的实施例提供的一种大功率燃料电池的散热系统，包括板式换热器10、冷却单元20、换热单元30、强冷回路40和控制模块，板式换热器10包括第一进口11、第一出口12、第二进口13和第二出口14；冷却单元20的进口连接于第一出口12，冷却单元20的出口连接于第一进口11，冷却单元20用于冷却燃料电池电堆23；换热单元30包括主散热回路31和附件散热回路32，换热单元30的进口连接于第二出口14，换热单元30的出口连接于第二进口13，换热单元30用于散热；强冷回路40连接于冷却单元20，强冷回路40用于补充散热；控制模块电连接于冷却单元20、换热单元30和强冷回路40，控制模块用于调节冷却单元20、换热单元30和强冷回路40的工作状态。由此，通过结合传统的风扇散热器组合与压缩机43驱动的强冷回路40，能够在减小散热系统的体积的同时，保证散热系统的热转换效率。
24.具体地，燃料电池电堆23在工作状态下产生热量，冷却单元20内部的冷却液吸收燃料电池电堆23的热量，并在经过板式换热器10时，将热量传递至换热单元30进行散热；附件散热回路32用于对电动汽车的其它设备进行散热，冷却液经过附件散热回路32，吸收相应设备产生的热量，并通过冷却液的循环完成散热；当主散热回路31无法达到目标散热量时，强冷回路40对冷却单元20内部的冷却液进行初步的降温，然后冷却液再进入板式换热器10进行热交换。
25.其中，板式换热器10的第一进口11与第一出口12连通，第二进口13与第二出口14连通，使得冷却单元20内部的冷却液在经过板式换热器10时，能够将热量传递至换热单元30内部的冷却液。优选地，采用离子浓度低的液体作为冷却液。
26.其中，控制模块能够根据电动汽车的实际状态，调整散热系统使用不同的模式进行散热，在保证散热效果的同时，能够节约散热系统消耗的电量。
27.如图1所示，冷却单元20包括冷却管道21和第一电子水泵22，冷却管道21的进口与第一出口12连通，冷却管道21的出口与第一进口11连通，使得冷却液能够吸收燃料电池电堆23产生的热量，并进入板式换热器10进行热交换；第一电子水泵22设置于冷却管道21上，第一电子水泵22电连接于控制模块，使得第一电子水泵22能够通过控制模块进行调节，第一电子水泵22用于带动冷却管道21内部的冷却液循环，改变冷却液在冷却管道21内部的流动速度，从而根据需要调整吸收热量的效率，降低散热系统的耗电量。
28.如图1所示，大功率燃料电池的散热系统还包括第一阀组件33和第二阀组件35，第
二出口14连通有第一换热管道34，第一阀组件33设置于第一换热管道34的出口，第一阀组件33用于连通主散热回路31和附件散热回路32的进口；第二进口13连通有第二换热管道36，第二阀组件35设置于第二换热管道36的进口，第二阀组件35用于连通主散热回路31和附件散热回路32的出口，实现换热单元30与板式换热器10之间的连接，使得经过板式换热器10升温的冷却液能够进入换热单元30进行散热。
29.具体地，温度较高的冷却液流出板式换热器10，进入第一换热管道34，冷却液在经过第一阀组件33时，由第一阀组件33的出口分别进入主散热回路31和附件散热回路32；冷却液在经过主散热回路31和附件散热回路32以后温度降低，温度较低的冷却液通过第二阀组件35的进口汇聚并进入第二换热管道36，从而流入板式换热器10再次进行热交换。
30.其中，第一换热管道34或第二换热管道36上设置有第二电子水泵37，用于带动冷却液沿第一换热管道34-换热单元30-第二换热管道36的方向循环；第一阀组件33、第二阀组件35和第二电子水泵37电连接于控制模块，使得控制模块能够调节第一阀组件33的开启或关闭、第二阀组件35的开启或关闭以及第二电子水泵37驱动冷却液流动的流速。
31.优选地，第一阀组件33和第二阀组件35包括三通阀，使得经过主散热回路31的冷却液流量增加时，经过附件散热回路32的冷却液随之减少；经过主散热回路31的冷却液流量减少时，经过附件散热回路32的冷却液随之增加。
32.如图1所示，主散热回路31与附件散热回路32为并联设置，以保证主散热回路31与附件散热回路32的散热效果最大化。
33.如图1所示，主散热回路31包括散热总成311，用于对冷却液进行散热；散热总成311包括多个主散热器312，每个主散热器312上设置有多个第一电子风扇313，能够降低经过主散热回路31的冷却液的温度。可以理解的是，这里不限制主散热器312和第一电子风扇313的数量，可以是一个、两个、三个等实现对冷却液进行降温的数量；优选地，设置有两个主散热器312，每个主散热器312上设置有两个第一电子风扇313。
34.其中，多个主散热器312为并联设置，使得换热单元30内部的冷却液分别进入不同的主散热器312进行散热，从而提高散热效率。
35.如图1所示，附件散热回路32包括辅助散热器总成321和散热水套324，辅助散热器总成321包括辅助散热器322，辅助散热器322上设置有第二电子风扇323，用于对进入附件散热回路32的冷却液进行散热。可以理解的是，这里不限制辅助散热器322和第二电子风扇323的数量，可以是一个、两个、三个等实现对冷却液进行降温的数量；优选地，设置有一个辅助散热器322，辅助散热器322上设置有一个第二电子风扇323。
36.如图1所示，多个散热水套324与辅助散热器总成321为串联设置，用于对电动汽车的其它设备进行散热；串联设置能够减少管道的布置，避免附件散热回路32的体积过大。可以理解的是，这里不限制散热水套324的数量，可以是一个、两个、三个等，只需要满足多个散热水套324的散热效果。优选地，设置有两个散热水套324，分别为空压机及其控制器散热水套324和循环泵及其控制器散热水套324。
37.如图1所示，强冷回路40包括板式散热器41和强冷管道42，板式散热器41设置于冷却管道21上，用于对冷却管道21内部的冷却液和强冷管道42内部的冷却液进行热交换；强冷管道42的进口连通于所述板式散热器41的出口，强冷管道42的出口连通于所述板式散热器41的进口，以实现冷却液在强冷管道42和板式散热器41之间的循环；强冷管道42上依次
设置有压缩机43、储液罐44和膨胀阀45，能够降低强冷管道42内部的冷却液的温度。可以理解的是，压缩机43、储液罐44和膨胀阀45的组合同样可以制热，用于代替ptc回路对燃料电池电堆23进行加热，降低安装ptc回路的成本。
38.其中，强冷回路40设置于换热单元30的下游，用于保证冷却燃料电池电堆23的冷却液温度足够低。
39.实施例：大功率燃料电池散热系统能够根据实际道路情况、运行区间、工作负荷、环境温度等因素，选择不同的运行模式。
40.模式一：车辆未启动，此时散热系统不工作。
41.模式二：车辆开始启动，首先第二电子水泵37运行，控制模块调整第一阀组件33和第二阀组件35连通于附件散热回路32，断开与主散热回路31的连通；控制模块检测到散热水套324的散热正常后，第一电子水泵22运行；最后燃料电池电堆23启动。
42.模式三：车辆运行，燃料电池正常工作，第一阀组件33和第二阀组件35连通于主散热回路31，并且主散热回路31流量达到目标值，热量通过散热总成311达到目标散热量。
43.模式四：车辆运行，燃料电池正常工作，第一阀组件33和第二阀组件35连通于主散热回路31，但调节主散热回路31流量至最大值，仍然不能达到目标散热量；此时控制模块开启强冷回路40，进入燃料电池电堆23的冷却液通过强冷回路40进行热交换，实现达到目标散热量。
44.模式五：环境温度低于0℃，此时燃料电池电堆23接收到控制模块的启动指令，进入冷启动模式；强冷回路40处于制热状态，冷却液通过压缩机43压缩成高温高压的气体，再通过板式散热器41对冷却单元20放热，实现燃料电池电堆23的升温。
45.根据本实用新型第二方面的实施例提供的一种电动汽车，包括车体、燃料电池电堆23以及如第一方面的实施例提供的大功率燃料电池的散热系统，燃料电池电堆23用于为车体提供动力，大功率燃料电池的散热系统连接于燃料电池电堆23，通过减小散热系统的体积，节约电动汽车的内壁空间，同时能够保证散热系统的热转换效率。
46.本实用新型的描述中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制；术语“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
47.在本实用新型的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本实用新型中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
48.以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.一种大功率燃料电池散热系统，其特征在于，包括：板式换热器(10)，包括第一进口(11)、第一出口(12)、第二进口(13)和第二出口(14)；冷却单元(20)，所述冷却单元(20)的进口连接于所述第一出口(12)，所述冷却单元(20)的出口连接于所述第一进口(11)，所述冷却单元(20)用于冷却燃料电池电堆(23)；换热单元(30)，包括主散热回路(31)和附件散热回路(32)，所述换热单元(30)的进口连接于所述第二出口(14)，所述换热单元(30)的出口连接于所述第二进口(13)，所述换热单元(30)用于散热；强冷回路(40)，连接于所述冷却单元(20)，所述强冷回路(40)用于补充散热；控制模块，电连接于所述冷却单元(20)、所述换热单元(30)和所述强冷回路(40)，所述控制模块用于调节所述冷却单元(20)、所述换热单元(30)和所述强冷回路(40)的工作状态。2.根据权利要求1所述的大功率燃料电池散热系统，其特征在于，所述冷却单元(20)包括：冷却管道(21)，所述冷却管道(21)的进口与所述第一出口(12)连通，所述冷却管道(21)的出口与所述第一进口(11)连通；第一电子水泵(22)，设置于所述冷却管道(21)上，所述第一电子水泵(22)电连接于所述控制模块，所述第一电子水泵(22)用于带动所述冷却管道(21)内部的冷却液循环。3.根据权利要求1所述的大功率燃料电池散热系统，其特征在于，还包括：第一阀组件(33)，所述第二出口(14)连通有第一换热管道(34)，所述第一阀组件(33)设置于所述第一换热管道(34)的出口，所述第一阀组件(33)用于连通所述主散热回路(31)和所述附件散热回路(32)的进口；第二阀组件(35)，所述第二进口(13)连通有第二换热管道(36)，所述第二阀组件(35)设置于所述第二换热管道(36)的进口，所述第二阀组件(35)用于连通所述主散热回路(31)和所述附件散热回路(32)的出口；其中，所述第一换热管道(34)或所述第二换热管道(36)上设置有第二电子水泵(37)，所述第一阀组件(33)、所述第二阀组件(35)和所述第二电子水泵(37)电连接于所述控制模块。4.根据权利要求3所述的大功率燃料电池散热系统，其特征在于：所述主散热回路(31)与所述附件散热回路(32)为并联设置。5.根据权利要求1所述的大功率燃料电池散热系统，其特征在于，所述主散热回路(31)包括：散热总成(311)，包括多个主散热器(312)，每个所述主散热器(312)上设置有多个第一电子风扇(313)；其中，多个所述主散热器(312)为并联设置。6.根据权利要求1所述的大功率燃料电池散热系统，其特征在于，所述附件散热回路(32)包括：辅助散热器总成(321)，包括辅助散热器(322)，所述辅助散热器(322)上设置有第二电子风扇(323)；散热水套(324)，多个所述散热水套(324)与所述辅助散热器总成(321)为串联设置。
7.根据权利要求2所述的大功率燃料电池散热系统，其特征在于，所述强冷回路(40)包括：板式散热器(41)，设置于所述冷却管道(21)上；强冷管道(42)，所述强冷管道(42)的进口连通于所述板式散热器(41)的出口，所述强冷管道(42)的出口连通于所述板式散热器(41)的进口，所述强冷管道(42)上依次设置有压缩机(43)、储液罐(44)和膨胀阀(45)。8.一种电动汽车，其特征在于，包括：车体；燃料电池电堆(23)；以及如权利要求1-7所述的大功率燃料电池散热系统，所述燃料电池电堆(23)用于为所述车体提供动力，所述大功率燃料电池散热系统连接于所述燃料电池电堆(23)。

技术总结
本实用新型公开了一种大功率燃料电池散热系统与电动汽车，包括板式换热器、冷却单元、换热单元、强冷回路和控制模块，板式换热器包括第一进口、第一出口、第二进口和第二出口；冷却单元的进口连接于第一出口、出口连接于第一进口，用于冷却燃料电池电堆；换热单元的进口连接于第二出口、出口连接于第二进口，换热单元用于散热；强冷回路连接于冷却单元，强冷回路用于补充散热；控制模块电连接于冷却单元、换热单元和强冷回路，控制模块用于调节冷却单元、换热单元和强冷回路的工作状态。由此，通过结合传统的风扇散热器组合与压缩机驱动的强冷回路，能够在减小散热系统的体积的同时，保证散热系统的热转换效率。证散热系统的热转换效率。证散热系统的热转换效率。


技术研发人员：赵舟 鞠杜虎 殷微 董德宝 马梦莉 陈涛 樊海梅 经胜博
受保护的技术使用者：金龙联合汽车工业（苏州）有限公司
技术研发日：2023.01.03
技术公布日：2023/7/28