專利名稱：燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)、燃料電池系統(tǒng)及具有該系統(tǒng)的車輛的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及車用燃料電池散熱領(lǐng)域，具體而言，涉及一種燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)、燃料電池系統(tǒng)及具有該系統(tǒng)的車輛。
背景技術(shù)：
燃料電池汽車通過燃料電池發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的電能來驅(qū)動汽車，由于其具有效率高、零排放、運行平穩(wěn)、無噪聲等一系列優(yōu)良性能，被稱為“地道的環(huán)保汽車”，是未來汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢。燃料電池汽車其核心部件為燃料電池堆，燃料電池是一種高效、清潔、可持續(xù)工作的發(fā)電設(shè)備，以質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)為例，燃料氣體(氫氣或重整氫)從陽極側(cè)進入，氫原子在陽極失去電子變成質(zhì)子，質(zhì)子穿過質(zhì)子交換膜到達陰極，電子同時 經(jīng)由外部回路到達陰極，在陰極質(zhì)子、電子與氧氣結(jié)合生成水。燃料電池采用電化學(xué)反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，不受卡諾循環(huán)的限制，直接發(fā)電效率高達45%，廣泛應(yīng)用于電站、移動式電源、電動汽車、航天飛船、軍用裝備以及民用產(chǎn)品等領(lǐng)域。燃料電池堆在運行過程中會產(chǎn)生大量熱能，約占燃料化學(xué)能的50%，以一個輸出為IOOkW的燃料電池堆為例，其會產(chǎn)生約IOOkW的熱量，使燃料電池堆溫度升高，過高的溫度會使膜干燥，降低膜的性能，縮短膜的使用壽命，進而降低燃料電池堆的性能和使用壽命；與此同時，燃料電池的電源管理系統(tǒng)等電氣設(shè)備也會產(chǎn)生大量的熱量。為了提高燃料電池及相關(guān)電氣設(shè)備的運行效率和使用壽命，燃料電池系統(tǒng)及其相關(guān)部件(如電源管理系統(tǒng)、反應(yīng)氣體和冷卻液體供給泵等)產(chǎn)生的熱量需要及時移除。通用汽車環(huán)球科技運作公司專利“整合的車輛冷卻系統(tǒng)”(申請?zhí)?00810131536. I)提供了一種整合的車輛冷卻系統(tǒng)，該冷卻系統(tǒng)通過設(shè)備的共享實現(xiàn)了內(nèi)燃機和輔助部件冷卻系統(tǒng)的整合。清華大學(xué)專利“ 一種燃料電池城市客車車載冷卻循環(huán)系統(tǒng)”(申請?zhí)?00810246572. 2)提供了一種燃料電池城市客車車載冷卻循環(huán)系統(tǒng)，為車載電氣設(shè)備提供冷卻，使燃料電池城市客車電器在可控的溫度內(nèi)安全的工作。現(xiàn)代自動車株式會社專利“用于燃料電池汽車的冷卻系統(tǒng)”(申請?zhí)?01010266526. 6)提供了一種用于燃料電池汽車的冷卻系統(tǒng)，包括整體散熱器框架，該整體散熱器框架在一個平面上串聯(lián)排列堆疊式散熱器和電動傳動系統(tǒng)散熱器，該發(fā)明能通過相對簡單的構(gòu)型和組裝過程來實現(xiàn)。清華大學(xué)專利“燃料電池車用余熱熱泵空調(diào)系統(tǒng)”(申請?zhí)?00810113785. 8)提供了一種利用燃料電池發(fā)動機余熱的熱泵空調(diào)系統(tǒng)，能同時滿足制冷和采暖需要，降低了空調(diào)系統(tǒng)消耗，提高了車輛動力性及經(jīng)濟性。現(xiàn)有的技術(shù)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前有關(guān)車用燃料電池的研究主要集中在如何實現(xiàn)燃料電池堆的有效冷卻，沒有形成高效的綜合熱管理優(yōu)化系統(tǒng)，同時燃料電池堆、尾氣以及燃料電池堆運行過程中電氣等附件產(chǎn)生的熱量未被有效利用，這會增加車用燃料電池的運行成本，也會阻礙燃料電池汽車的產(chǎn)業(yè)化進程。
實用新型內(nèi)容本實用新型旨在提供一種綜合利用燃料電池產(chǎn)生的熱量的燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)、燃料電池系統(tǒng)及具有該系統(tǒng)的車輛，以解決燃料電池系統(tǒng)的廢熱無法得到有效利用的問題。本實用新型提供了一種燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，包括冷卻系統(tǒng)，用于回收燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)生的廢熱；供暖系統(tǒng)，與冷卻系統(tǒng)相連通，用于利用冷卻系統(tǒng)回收的廢熱供暖。進一步地，供暖系統(tǒng)包括廢熱供暖系統(tǒng)，用于利用冷卻系統(tǒng)回收的廢熱供暖；電加熱供暖系統(tǒng)，用于電加熱供暖。進一步地，廢熱供暖系統(tǒng)包括冷卻液供暖系統(tǒng)，沿冷卻介質(zhì)的流動方向設(shè)置在冷卻系統(tǒng)的下游；尾氣供暖系統(tǒng)，與燃料電池堆的尾氣排放口相連通。進一步地，冷卻液供暖系統(tǒng)包括冷卻液供暖器，冷卻液供暖器沿冷卻介質(zhì)的流動方向設(shè)置在冷卻系統(tǒng)的下游；以及風(fēng)扇，與冷卻液供暖器對應(yīng)設(shè)置。進一步地，冷卻液供暖器為多個，多個冷卻液供暖器串聯(lián)或者并聯(lián)或者串并聯(lián)組合沿冷卻介質(zhì)的流動方向設(shè)置在冷卻系統(tǒng)的下游；每個冷卻液供暖器對應(yīng)設(shè)置有一個或多個風(fēng)扇。進一步地，電加熱供暖系統(tǒng)與廢熱供暖系統(tǒng)并聯(lián)設(shè)置。進一步地，冷卻系統(tǒng)包括通過管道相互連通的燃料電池堆冷卻系統(tǒng)和電氣設(shè)備冷卻系統(tǒng)；電氣設(shè)備冷卻系統(tǒng)包括泵冷卻系統(tǒng)和電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)；電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)沿冷卻介質(zhì)的流動方向設(shè)置在燃料電池堆冷卻系統(tǒng)的上游或者下游。進一步地，電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)外冷卻系統(tǒng)或者為內(nèi)冷卻系統(tǒng)；外冷卻系統(tǒng)為冷卻管路位于電源管理系統(tǒng)外部并與電源管理系統(tǒng)貼合；內(nèi)冷卻系統(tǒng)為冷卻管路位于電源管理系統(tǒng)內(nèi)部。進一步地，燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)還包括散熱系統(tǒng)，散熱系統(tǒng)包括多個散熱器，多個散熱器串聯(lián)或者并聯(lián)或者串并聯(lián)組合沿冷卻介質(zhì)的流動方向設(shè)置在供暖系統(tǒng)的下游；以及冷卻風(fēng)扇，每個散熱器對應(yīng)設(shè)置一個或多個冷卻風(fēng)扇。進一步地，燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)還包括控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)包括冷卻系統(tǒng)控制系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)控制系統(tǒng)包括冷卻介質(zhì)容器溫度控制系統(tǒng)，用于在冷卻介質(zhì)的溫度低于第一預(yù)設(shè)值時，控制加熱器啟用以加熱冷卻介質(zhì)；泵溫度控制系統(tǒng)，用于在液體泵和氣體泵的溫度高于第二預(yù)設(shè)值時，控制泵冷卻系統(tǒng)啟用以降低液體泵和氣體泵的溫度；電源管理系統(tǒng)溫度控制系統(tǒng)，用于在電源管理系統(tǒng)溫度高于第三預(yù)設(shè)值時，控制電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)啟用以降低電源管理系統(tǒng)的溫度；泵流量控制系統(tǒng)，用于在燃料電池堆溫度高于第四預(yù)設(shè)值時，控制液體泵提高流量以降低燃料電池堆溫度。進一步地，控制系統(tǒng)還包括供暖系統(tǒng)控制系統(tǒng)，供暖系統(tǒng)控制系統(tǒng)用于在室內(nèi)溫度低于預(yù)設(shè)供暖溫度時，控制供暖系統(tǒng)啟動供暖。進一步地，供暖系統(tǒng)控制系統(tǒng)包括冷卻液供暖系統(tǒng)控制系統(tǒng)，用于在室內(nèi)溫度低于預(yù)設(shè)供暖溫度時，控制冷卻液供暖系統(tǒng)的冷卻液供暖器逐個啟動供暖并啟動與冷卻液供暖器相對應(yīng)的風(fēng)扇；尾氣供暖系統(tǒng)控制系統(tǒng)，用于在冷卻液供暖系統(tǒng)最大供暖溫度低于預(yù)設(shè)供暖溫度時，啟動尾氣供暖系統(tǒng)啟動并與冷卻液供暖系統(tǒng)共同供暖；電加熱供暖系統(tǒng)控制系統(tǒng)，用于在尾氣供暖系統(tǒng)與冷卻液供暖系統(tǒng)共同供暖的最大供暖溫度低于預(yù)設(shè)供暖溫度時，控制電加熱供暖系統(tǒng)啟動并與尾氣供暖系統(tǒng)和冷卻液供暖系統(tǒng)共同供暖。進一步地，控制系統(tǒng)還包括散熱系統(tǒng)控制系統(tǒng)，用于當(dāng)散熱器系統(tǒng)和供暖系統(tǒng)之間的管路內(nèi)冷卻介質(zhì)的溫度高于第五預(yù)定值時，啟動散熱器系統(tǒng)以降低冷卻介質(zhì)溫度。本實用新型還提供了一種燃料電池系統(tǒng)，包括燃料電池堆，燃料電池系統(tǒng)和前述的燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)。本實用新型還提供了一種車輛，包括車輪、車身、以及傳動系統(tǒng)，該車輛為小轎車，小轎車包括前述的燃料電池系統(tǒng)；燃料電池系統(tǒng)的燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)包括電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)和燃料電池堆冷卻系統(tǒng)，電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)沿冷卻介質(zhì)的流動方向設(shè)置在燃料電池堆冷卻系統(tǒng)的上游；電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)為外冷卻系統(tǒng)，燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的供暖系統(tǒng)用于向小轎車的車身內(nèi)部供暖。 本實用新型還提供了一種車輛，包括車輪、車身、以及傳動系統(tǒng)，該車輛為大巴車，大巴車包括前述的燃料電池系統(tǒng)；燃料電池系統(tǒng)的燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)包括電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)和燃料電池堆冷卻系統(tǒng)，電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)沿冷卻介質(zhì)的流動方向設(shè)置在燃料電池堆冷卻系統(tǒng)的上游；電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)為內(nèi)冷卻系統(tǒng)；燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的供暖系統(tǒng)用于向大巴車的車身內(nèi)部供暖。本實用新型還提供了一種車輛，包括車輪、車身、以及傳動系統(tǒng)，該車輛為大型機車，大型機車包括前述的燃料電池系統(tǒng)；燃料電池系統(tǒng)的燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)包括電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)和燃料電池堆冷卻系統(tǒng)，電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)沿冷卻介質(zhì)的流動方向設(shè)置在燃料電池堆冷卻系統(tǒng)的下游；電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)為內(nèi)冷卻系統(tǒng)或者外冷卻系統(tǒng)；燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的供暖系統(tǒng)用于向大型機車的車身內(nèi)部供暖。根據(jù)本實用新型的燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)及具有其的燃料電池系統(tǒng)，燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)通過冷卻系統(tǒng)對燃料電池系統(tǒng)的各個部件冷卻降溫并回收燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)生的廢熱，供暖系統(tǒng)利用冷卻系統(tǒng)回收的廢熱作為熱源供暖，從而對燃料電池堆、尾氣以及燃料電池堆運行過程中電氣等附件產(chǎn)生的熱量有效利用，降低燃料電池的運行成本。

構(gòu)成本申請的一部分的附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，本實用新型的示意性實施例及其說明用于解釋本實用新型，并不構(gòu)成對本實用新型的不當(dāng)限定。在附圖中圖I是根據(jù)本實用新型的燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架示意圖；圖2是根據(jù)本實用新型的燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的第一實施例的結(jié)構(gòu)框圖；圖3是根據(jù)本實用新型的燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的第二實施例的結(jié)構(gòu)框圖；圖4是根據(jù)本實用新型的燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的第三實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是根據(jù)本實用新型的燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的第四實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是根據(jù)本實用新型的燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的第五實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；以及圖7是根據(jù)本實用新型的燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的第六實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
[0036]下面將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細說明本實用新型。如圖I所示，根據(jù)本實用新型的一種燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，包括冷卻系統(tǒng)100，用于回收燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)生的廢熱；供暖系統(tǒng)15，與冷卻系統(tǒng)相連通，用于利用冷卻系統(tǒng)100回收的廢熱供暖。冷卻系統(tǒng)100對燃料電池系統(tǒng)的各個部件冷卻降溫并回收燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)生的廢熱，供暖系統(tǒng)15利用冷卻系統(tǒng)回收的廢熱作為熱源供暖，從而對燃料電池堆、尾氣以及燃料電池堆運行 過程中電氣等附件產(chǎn)生的熱量有效利用，降低燃料電池的運行成本。供暖系統(tǒng)15包括廢熱供暖系統(tǒng)13和電加熱供暖系統(tǒng)14。廢熱供暖系統(tǒng)13用于利用冷卻系統(tǒng)回收的廢熱供暖；電加熱供暖系統(tǒng)14，用于電加熱供暖，當(dāng)廢熱供暖系統(tǒng)13的供暖能力不能達到用戶的供暖需求時，可以通過電加熱供暖系統(tǒng)14加熱供暖，彌補廢熱供暖系統(tǒng)13的供暖能力不足。優(yōu)選地，電加熱供暖系統(tǒng)14與廢熱供暖系統(tǒng)13并聯(lián)設(shè)置，當(dāng)廢熱供暖系統(tǒng)13供暖能力不能滿足用戶需求時，電加熱供暖系統(tǒng)14與廢熱供暖系統(tǒng)13同時工作，共同為用戶供暖。廢熱供暖系統(tǒng)13包括冷卻液供暖系統(tǒng)和尾氣供暖系統(tǒng)。冷卻液供暖系統(tǒng)沿冷卻介質(zhì)的流動方向設(shè)置在冷卻系統(tǒng)的下游，利用冷卻系統(tǒng)的冷卻介質(zhì)回收的燃料電池系統(tǒng)的廢熱作為熱源供暖。冷卻液供暖系統(tǒng)包括多個冷卻液供暖器，冷卻液供暖器沿冷卻介質(zhì)的流動方向設(shè)置在冷卻系統(tǒng)的下游；冷卻液供暖器為主要的熱交換部件，高溫的冷卻介質(zhì)在冷卻液供暖器中熱交換供暖。優(yōu)選地，冷卻液供暖系統(tǒng)還包括風(fēng)扇，與冷卻液供暖器對應(yīng)設(shè)置，每個冷卻液供暖器對應(yīng)設(shè)置有一個或多個風(fēng)扇，當(dāng)風(fēng)扇啟動時，有利于提高供暖器的熱交換的效率，提高供暖效果。冷卻液供暖器為多個，多個冷卻液供暖器串聯(lián)或者并聯(lián)或者串并聯(lián)組合沿冷卻介質(zhì)的流動方向設(shè)置在冷卻系統(tǒng)的下游。當(dāng)串聯(lián)設(shè)置時，冷卻液供暖器逐級與外界環(huán)境熱交換，第一級與外界環(huán)境的溫差較大，熱交換效率較高，但是隨著級別增多，冷卻液供暖器與外界環(huán)境的溫差逐漸減小，熱交換效率逐漸減小。冷卻液供暖器并聯(lián)設(shè)置時，所有的冷卻液供暖器中都為高溫冷卻介質(zhì)，與外界環(huán)境溫差較大，整個系統(tǒng)熱交換效果更好，故最優(yōu)選的方案為多個冷卻液供暖器并聯(lián)設(shè)置在冷卻系統(tǒng)的出口端。尾氣供暖系統(tǒng)與燃料電池堆的尾氣排放口相連通，尾氣供暖系統(tǒng)與尾氣排放口之間的管道上設(shè)置有可控的開關(guān)，當(dāng)不需要尾氣供暖系統(tǒng)供暖時，開關(guān)關(guān)閉，燃料電池堆產(chǎn)生的尾氣最終排入大氣。燃料電池系統(tǒng)主要包括燃料電池堆及相應(yīng)的電氣設(shè)備，電氣設(shè)備主要包括電源管理系統(tǒng)和輸送冷卻介質(zhì)的液體泵和輸送燃料電池堆燃料、氧化劑等的氣體泵，優(yōu)選地，氣體泵為壓縮機或者風(fēng)機。在燃料電池系統(tǒng)工作時，燃料電池堆為主要發(fā)熱部件，但是電源管理系統(tǒng)及氣體泵和液體泵工作時也會產(chǎn)生熱量，如果不及時冷卻，也會導(dǎo)致電源管理系統(tǒng)和氣體泵及液體泵溫度過高。故燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的冷卻系統(tǒng)主要包括冷卻介質(zhì)容器1，以及通過管道與冷卻介質(zhì)容器I相互連通的燃料電池堆冷卻系統(tǒng)12和電氣設(shè)備冷卻系統(tǒng)；電氣設(shè)備冷卻系統(tǒng)包括泵冷卻系統(tǒng)4和電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)11。電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)11沿冷卻介質(zhì)的流動方向設(shè)置在燃料電池堆冷卻系統(tǒng)12的上游或者下游。如圖2所示，當(dāng)冷卻介質(zhì)從低溫部件逐漸流向高溫部件時，能夠有效的減小冷卻介質(zhì)用量，提高熱交換效率，按照上述原則，當(dāng)燃料電池系統(tǒng)的常用工作功率較小時，電源管理系統(tǒng)發(fā)熱量也較小，此時，電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)11沿冷卻介質(zhì)的流動方向設(shè)置在燃料電池堆冷卻系統(tǒng)12的上游。如圖3所示，當(dāng)燃料電池系統(tǒng)的常用工作功率較大時，電源管理系統(tǒng)發(fā)熱量也較大，此時，電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)11沿冷卻介質(zhì)的流動方向設(shè)置在燃料電池堆冷卻系統(tǒng)12的下游。當(dāng)電源管理系統(tǒng)發(fā)熱量較小時，電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)11位于電源管理系統(tǒng)外部即可滿足冷卻要求，此時，電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)11設(shè)置為外冷卻系統(tǒng)，冷卻管路位于電源管理系統(tǒng)外部并與電源管理系統(tǒng)貼 合，結(jié)構(gòu)簡單，降低成本，同時能夠有效地滿足冷卻要求。當(dāng)電源管理系統(tǒng)發(fā)熱量較大時，位于電源管理系統(tǒng)外部的冷卻管路已經(jīng)無法滿足要求，此時，可將電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)11設(shè)置為內(nèi)冷卻系統(tǒng)，冷卻管路位于電源管理系統(tǒng)內(nèi)部，或者電源管理系統(tǒng)的內(nèi)部即設(shè)置有冷卻介質(zhì)流動的通道，使冷卻介質(zhì)與電源管理系統(tǒng)直接接觸，充分熱交換，從而及時有效地帶走電源管理系統(tǒng)產(chǎn)生的大量熱量。燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)還包括散熱系統(tǒng)16,散熱系統(tǒng)16包括多個散熱器,多個散熱器串聯(lián)或者并聯(lián)或者串并聯(lián)組合沿冷卻介質(zhì)的流動方向設(shè)置在供暖系統(tǒng)的下游。當(dāng)串聯(lián)設(shè)置時，冷卻液供暖器逐級與外界環(huán)境熱交換，隨著級數(shù)增多，能夠獲得更低溫度的冷卻介質(zhì)，從而更好地達到散熱效果，滿足燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)散熱的要求。故多個散熱器最優(yōu)選的排列方式為串聯(lián)。更優(yōu)選地，散熱系統(tǒng)還包括冷卻風(fēng)扇，當(dāng)多個散熱器在自然狀態(tài)下不能滿足系統(tǒng)散熱要求(即散熱系統(tǒng)出口端的溫度不能達到合適的溫度范圍)時，可以通過冷卻風(fēng)扇輔助散熱，提高散熱器的熱交換效率，滿足系統(tǒng)的散熱的要求，一個散熱器可以對應(yīng)一個或者多個冷卻風(fēng)扇。散熱系統(tǒng)的出口端與冷卻系統(tǒng)的冷卻介質(zhì)容器I相連通構(gòu)成冷卻介質(zhì)循環(huán)通道。燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)還包括控制系統(tǒng)200，控制系統(tǒng)200包括冷卻系統(tǒng)控制系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)控制系統(tǒng)包括冷卻介質(zhì)容器溫度控制系統(tǒng)，冷卻介質(zhì)容器溫度控制系統(tǒng)用于在冷卻介質(zhì)容器中的冷卻介質(zhì)的溫度低于第一預(yù)設(shè)值時，控制加熱器啟用以加熱冷卻介質(zhì)。第一預(yù)設(shè)值為燃料電池啟動時的冷卻介質(zhì)的最佳溫度的最低值，當(dāng)冷卻介質(zhì)低于該最低溫度時，需要啟動加熱器預(yù)熱冷卻介質(zhì)使冷卻介質(zhì)達到合適的啟動溫度。泵溫度控制系統(tǒng)，用于在液體泵和氣體泵的溫度高于第二預(yù)設(shè)值時，控制泵冷卻系統(tǒng)啟用以降低液體泵和氣體泵的溫度，在燃料電池工作功率較低時，液體泵和氣體泵產(chǎn)生的熱量較少，不用散熱或者自然散熱即可達到散熱要求，當(dāng)燃料電池工作功率超過一定值時，液體泵和氣體泵產(chǎn)生的熱量會導(dǎo)致溫度過高。第二預(yù)設(shè)值為液體泵和氣體泵工作的最佳溫度的最高值，當(dāng)液體泵和氣體泵的溫度高于第二預(yù)設(shè)值時，啟動相應(yīng)的泵冷卻系統(tǒng)以使液體泵和氣體泵工作在最佳溫度范圍中。電源管理系統(tǒng)溫度控制系統(tǒng)，用于在電源管理系統(tǒng)溫度高于第三預(yù)設(shè)值時，控制電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)啟用以降低電源管理系統(tǒng)的溫度。如同液體泵和氣體泵，在電源管理系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量較多使溫度高于電源管理系統(tǒng)工作的最佳溫度范圍的最高值(即第三預(yù)設(shè)值)時，控制電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)啟用以降低電源管理系統(tǒng)的溫度。泵流量控制系統(tǒng)，燃料電池堆溫度通過冷卻介質(zhì)的流量來控制，當(dāng)燃料電池堆工作功率較大，產(chǎn)生熱量較多時，增大冷卻介質(zhì)的流量以使燃料電池堆工作在最佳溫度范圍中，同樣，當(dāng)燃料電池堆工作功率較低，產(chǎn)生熱量較少時，相應(yīng)的減小冷卻介質(zhì)的流量使燃料電池堆工作在最佳溫度范圍中。第四預(yù)設(shè)值為燃料電池堆工作的最佳溫度范圍的最高值，當(dāng)燃料電池堆溫度高于第四預(yù)設(shè)值時，提高冷卻介質(zhì)流量以降低燃料電池堆溫度，使燃料電池堆工作在最佳溫度范圍中。控制系統(tǒng)還包括供暖系統(tǒng)控制系統(tǒng)，供暖系統(tǒng)控制系統(tǒng)用于在室內(nèi)溫度低于預(yù)設(shè)供暖溫度時，控制供暖系統(tǒng)啟動供暖。供暖系統(tǒng)控制系統(tǒng)包括冷卻液供暖系統(tǒng)控制系統(tǒng)，用于在室內(nèi)溫度低于預(yù)設(shè)供暖溫度時，控制冷卻液供暖系統(tǒng)的冷卻液供暖器逐個啟動供暖并啟動與冷卻液供暖器相對應(yīng)的風(fēng)扇；尾氣供暖系統(tǒng)控制系統(tǒng)，用于在冷卻液供暖系統(tǒng)最大供暖溫度低于預(yù)設(shè)供暖溫度時，啟動尾氣供暖系統(tǒng)啟動并與冷卻液供暖系統(tǒng)共同供暖；電加熱供暖系統(tǒng)14控制系統(tǒng)，用于在尾氣供暖系統(tǒng)與冷卻液供暖系統(tǒng)共同供暖的最大供暖溫度低于預(yù)設(shè)供暖溫度時，控制電加熱供暖系統(tǒng)14啟動并與尾氣供暖系統(tǒng)和冷卻液供暖系統(tǒng)共同供暖。當(dāng)需要供暖時，首先采用冷卻液供暖，即逐個啟動冷卻液供暖器。當(dāng)冷卻液供暖不能達到供暖要求時，再采用尾氣供暖。只有當(dāng)冷卻液供暖和尾氣供暖同時啟動還不能滿足供暖要求時，才啟動電加熱供暖系統(tǒng)14，以節(jié)約能量，降低使用成本和能耗。電加熱供暖系統(tǒng)14可以是空調(diào)器，當(dāng)冷卻液和尾氣同時供暖時還不能滿足供暖要求時，供暖系統(tǒng)控制系統(tǒng)控制空調(diào)器供暖。電加熱供暖系統(tǒng)14也可以是對冷卻液加熱的 電加熱裝置，電加熱裝置可以設(shè)置在冷卻液供暖系統(tǒng)內(nèi)部，當(dāng)冷卻液和尾氣同時供暖時不能滿足供暖要求時，直接對冷卻液供暖器中的冷卻液加熱，提高冷卻液與環(huán)境溫度的溫差，從而提高供暖能力。電加熱裝置也可以設(shè)置在冷卻液供暖器并聯(lián)或者串聯(lián)的支路中，當(dāng)需要啟動電加熱供暖系統(tǒng)14時，打開該支路的閥門，通入冷卻液并加熱?？刂葡到y(tǒng)還包括散熱系統(tǒng)控制系統(tǒng)，用于當(dāng)散熱器系統(tǒng)和供暖系統(tǒng)之間的管路內(nèi)冷卻介質(zhì)的溫度高于第五預(yù)定值時，啟動散熱器系統(tǒng)以降低冷卻介質(zhì)溫度。第五預(yù)定值為冷卻介質(zhì)流回冷卻介質(zhì)容器的最佳溫度范圍的最高值。本實用新型還提供了一種燃料電池系統(tǒng)，包括燃料電池堆，還包括前述的燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)。燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)用于對燃料電池系統(tǒng)冷卻散熱并對該系統(tǒng)產(chǎn)生的廢熱綜合利用。如圖2所示，根據(jù)本實用新型的第一實施例，電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)11沿冷卻介質(zhì)的流動方向設(shè)置在燃料電池堆冷卻系統(tǒng)12的上游，冷卻介質(zhì)自冷卻介質(zhì)容器I流出，控制系統(tǒng)200根據(jù)燃料電池堆輸出功率大小或溫度的監(jiān)控判斷是否需要對泵和電源管理系統(tǒng)進行冷卻處理，如果燃料電池堆輸出功率較小時(如汽車在低速行駛或停車時)，泵和電源管理系統(tǒng)等電氣設(shè)備產(chǎn)熱量也較小，冷卻介質(zhì)直接進入燃料電池堆冷卻系統(tǒng)12 ;相反，當(dāng)燃料電池堆輸出功率較大，泵和電源管理系統(tǒng)等電氣設(shè)備的產(chǎn)熱量也較大，需要及時移除這部分熱量以保證電氣設(shè)備的正常高效運轉(zhuǎn)，冷卻介質(zhì)經(jīng)泵冷卻系統(tǒng)4和電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)11對泵和電源管理系統(tǒng)進行冷卻后再進入燃料電池堆冷卻系統(tǒng)12。用戶沒有供暖需求時，根據(jù)冷卻介質(zhì)溫度高低進入散熱系統(tǒng)16或直接返回冷卻介質(zhì)容器1，當(dāng)用戶需要供暖時，冷卻介質(zhì)自燃料電池堆冷卻系統(tǒng)12進入廢熱供暖系統(tǒng)13。當(dāng)冷卻介質(zhì)提供的熱量不能滿足用戶供暖需求時系統(tǒng)尾氣進入廢熱供暖系統(tǒng)13 ;廢熱供暖系統(tǒng)13滿負運轉(zhuǎn)仍不能滿足用戶的供暖需求時會啟動電加熱供暖系統(tǒng)14以彌補廢熱供暖系統(tǒng)13供暖能力的不足。流出供暖系統(tǒng)15的冷卻介質(zhì)根據(jù)溫度高低進入散熱系統(tǒng)16或者直接返回冷卻介質(zhì)容器I。[0056]如圖3所示，根據(jù)本實用新型的第二實施例，電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)11沿冷卻介質(zhì)的流動方向設(shè)置于燃料電池堆冷卻系統(tǒng)12的下游，冷卻介質(zhì)自冷卻介質(zhì)容器I流出，控制系統(tǒng)200根據(jù)燃料電池堆輸出功率大小判斷是否需要對液體泵采取冷卻處理，若燃料電池堆輸出功率較小，液體泵的產(chǎn)熱量小，冷卻介質(zhì)直接進入燃料電池堆冷卻系統(tǒng)12 ;反之，當(dāng)燃料電池堆輸出功率較大，液體泵的產(chǎn)熱量也較大，冷卻介質(zhì)經(jīng)泵冷卻系統(tǒng)4后進入燃料電池堆冷卻系統(tǒng)12。燃料電池堆輸出功率較大時，電源管理系統(tǒng)的產(chǎn)熱量也較大，需要對電源管理系統(tǒng)進行冷卻處理，反之則不需要。用戶可以根據(jù)自身需要決定是否開啟供暖系統(tǒng)，當(dāng)用戶有供暖需求時，冷卻介質(zhì)進入廢熱供暖系統(tǒng)13，當(dāng)冷卻介質(zhì)所提供熱量不能滿足用戶供暖需求時，含有大量廢熱的尾氣進入廢熱供暖系統(tǒng)13供暖，若廢熱供暖系統(tǒng)13滿負運轉(zhuǎn)仍不能滿足用戶的供暖需求，電加熱供暖系統(tǒng)14開啟彌補廢熱供暖系統(tǒng)供暖能力的不足。流出供暖系統(tǒng)的冷卻介質(zhì)根據(jù)溫度高低流入散熱系統(tǒng)16或直接返回冷卻介質(zhì)容器I ;當(dāng)用戶沒有供暖需求時冷卻介質(zhì)由電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)11進入散熱系統(tǒng)16或者直接返回冷卻介質(zhì) 容器I。如圖4所示，根據(jù)本實用新型的實施例的小轎車用燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，其具體由冷卻液槽I、多個液體泵、泵冷卻系統(tǒng)、氣體泵冷卻系統(tǒng)、電源管理系統(tǒng)10、電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)11、燃料電池堆及燃料電池堆冷卻系統(tǒng)12、控制系統(tǒng)、多個供暖器、散熱器、冷卻風(fēng)扇、電磁閥、單向閥、溫度測量裝置、液位控制裝置、加熱器及管道構(gòu)成。小轎車的功率約60kW，燃料電池工作中的產(chǎn)熱量約為60KW，電源管理系統(tǒng)、泵和冷卻風(fēng)扇等相關(guān)電氣設(shè)備的產(chǎn)熱量約占10%，為6kW。在小轎車的綜合熱管理系統(tǒng)中，冷卻液自冷卻液槽I流出，依次經(jīng)過液體泵2、3，液體泵冷卻系統(tǒng)4、5，反應(yīng)氣氣體泵冷卻系統(tǒng)8、9，電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)11，燃料電池堆冷卻系統(tǒng)12，供暖系統(tǒng)15，散熱系統(tǒng)16后返回冷卻液槽1，電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)11沿冷卻液的流向設(shè)置于燃料電池堆冷卻系統(tǒng)12的上游。冷卻液槽I中設(shè)有加熱器29、液位控制30和溫度傳感器31。當(dāng)溫度較低時，小轎車啟動時需要先預(yù)熱，加熱器29啟動，冷卻液升溫，由溫度傳感器31檢測冷卻液槽I中冷卻液的溫度，當(dāng)冷卻液升溫到合適啟動溫度時啟動泵2、3和電源管理系統(tǒng)10等電氣設(shè)備。泵的運轉(zhuǎn)情況由系統(tǒng)熱負荷決定，啟動之初，系統(tǒng)熱負荷較小，較小功率泵2啟動；正常運行時系統(tǒng)熱負荷較大，較大功率泵3啟動或泵2、3并聯(lián)啟動。為了防止冷卻液回流，液體泵2、3出口分別設(shè)置單向閥38、39。隨后冷卻液進入電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)11，由于電源管理系統(tǒng)10產(chǎn)熱量不大，為了降低系統(tǒng)復(fù)雜度，選擇外冷卻的方式移除電源管理系統(tǒng)10產(chǎn)生的熱量，此時冷卻液的溫度較冷卻液槽I中冷卻液溫度略高。冷卻液隨后進入燃料電池堆冷卻系統(tǒng)12移除燃料電池堆運行過程中產(chǎn)生的大量廢熱，冷卻液溫度迅速升高。流出燃料電池堆冷卻系統(tǒng)12的冷卻液根據(jù)用戶需求經(jīng)過或繞過廢熱供暖系統(tǒng)13。當(dāng)用戶有供暖需求時，電磁閥54關(guān)閉，冷卻液進入冷卻液供暖系統(tǒng)，控制系統(tǒng)200根據(jù)用戶的供暖需求選擇啟動一個或多個冷卻液供暖器17、18，以及相對應(yīng)的風(fēng)扇23、24。當(dāng)冷卻液供暖系統(tǒng)滿負運轉(zhuǎn)(啟動所有的冷卻液供暖器及相對應(yīng)的風(fēng)扇)也無法滿足用戶供暖需求時，電磁閥51關(guān)閉，電磁閥55打開，尾氣經(jīng)管道進入尾氣供暖器19。若廢熱供暖系統(tǒng)13 (尾氣供暖系統(tǒng)和冷卻液供暖系統(tǒng))同時滿負運行仍無法滿足用戶供暖需求，電加熱供暖系統(tǒng)14啟動，與廢熱供暖系統(tǒng)13共同供暖，補充廢熱供暖系統(tǒng)13供暖能力的不足。[0060]冷卻液從供暖系統(tǒng)15流出后進入散熱系統(tǒng)16，首先檢測供暖系統(tǒng)15與散熱系統(tǒng)16之間的溫度測量點34處的溫度，當(dāng)冷卻液溫度滿足循環(huán)要求時，電磁閥56、57、58打開，電磁閥59、60、61關(guān)閉，冷卻液由供暖系統(tǒng)15不經(jīng)過散熱器直接返回冷卻液槽I ;當(dāng)溫度測量點34處的溫度高于最佳溫度范圍的最高值時電磁閥59打開，電磁閥56關(guān)閉，冷卻液經(jīng)散熱器20進行冷卻處理，從低碳角度考慮，首先不啟動冷卻風(fēng)扇26，若散熱器20出口端的溫度監(jiān)測點35反饋的溫度在最佳溫度范圍，電磁閥57、58打開，電磁閥60、61關(guān)閉，冷卻液經(jīng)散熱器20后返回冷卻液槽I。若溫度檢測點35返回的溫度高于最佳溫度范圍的最高值時，冷卻風(fēng)扇26啟動；再次檢測監(jiān)測點35的溫度，若溫度在最佳溫度范圍，冷卻液經(jīng)散熱器20后返回冷卻液槽I ;若溫度仍高于最佳溫度范圍，電磁閥60打開，電磁閥57關(guān)閉，冷卻液進入散熱器21，根據(jù)監(jiān)測點36反饋的溫度決定是否開啟冷卻風(fēng)扇27。若開啟冷卻風(fēng)扇27時監(jiān)測點36的溫度仍高于最佳溫度范圍，電磁閥61打開，電磁閥58關(guān)閉,冷卻液進入散熱器22 ;同理，冷卻風(fēng)扇28的開閉由監(jiān)測點37的溫度確定。散熱冷卻至合適溫度范圍的冷卻液經(jīng)管道輸送返回冷卻液槽I。優(yōu)選地，為了降低能耗及使用成本，散熱系統(tǒng)16可以采用如下方式控制。冷卻液從供暖系統(tǒng)15流出后進入散熱系統(tǒng)16，首先檢測供暖系統(tǒng)15與散熱系統(tǒng)16之間的溫度測量點34處的溫度，當(dāng)冷卻液溫度滿足循環(huán)要求時，電磁閥56、57、58打開，電磁閥59、60、61關(guān)閉，冷卻液由供暖系統(tǒng)15不經(jīng)過散熱器直接返回冷卻液槽I ;當(dāng)溫度測量點34處的溫度高于最佳溫度范圍的最高值時，電磁閥59打開，電磁閥56關(guān)閉,冷卻液經(jīng)散熱器20進行冷卻處理，首先不啟動冷卻風(fēng)扇26，若散熱器20出口端的溫度監(jiān)測點35反饋的溫度在最佳溫度范圍，電磁閥57、58打開，電磁閥60、61關(guān)閉,冷卻液經(jīng)散熱器20后返回冷卻液槽I。若溫度檢測點35反饋的溫度高于最佳溫度范圍的最高值時，電磁閥60打開，電磁閥57關(guān)閉，冷卻液進入散熱器21，若位于散熱器21出口端的溫度監(jiān)測點36反饋的溫度高于最佳溫度范圍的最高值時，電磁閥61打開，電磁閥58關(guān)閉，冷卻液進入散熱器22，若位于散熱器21出口端的溫度監(jiān)測點37反饋的溫度高于最佳溫度范圍的最高值時，則啟動冷卻風(fēng)扇，當(dāng)一個冷卻風(fēng)扇不能滿足散熱要求時，逐次增加啟動冷卻風(fēng)扇的個數(shù)。即首先通過多個散熱器自然散熱，使冷卻液的溫度降低到最佳的溫度范圍中，當(dāng)多個散熱器自然散熱不能滿足要求時，啟動冷卻風(fēng)扇輔助散熱。本實用新型還提供了一種小轎車，包括車輪、車身、以及傳動系統(tǒng)，還包括燃料電池系統(tǒng)，燃料電池系統(tǒng)采用前述的小轎車用燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)。小轎車用燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)包括電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)和燃料電池堆冷卻系統(tǒng)，電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)沿冷卻介質(zhì)的流動方向設(shè)置在燃料電池堆冷卻系統(tǒng)的上游；電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)為外冷卻系統(tǒng)，燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的供暖系統(tǒng)用于向小轎車的車身內(nèi)部供暖。如圖5所示，根據(jù)本實用新型的實施例的大巴車用燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，該熱管理系統(tǒng)具體由冷卻液槽I、多個冷卻液輸送泵、泵冷卻系統(tǒng)、氣體泵冷卻系統(tǒng)、電源管理系統(tǒng)10、電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)11、燃料電池堆及燃料電池堆冷卻系統(tǒng)12、控制系統(tǒng)、多個供暖器、散熱器、冷卻風(fēng)扇、電磁閥、單向閥、溫度測量裝置、液位控制裝置、加熱器及管道構(gòu)成。大巴車的功率約200kW，燃料電池工作中的產(chǎn)熱量約為200kW，電源管理系統(tǒng)、泵、氣體泵和冷卻風(fēng)扇等相關(guān)電氣設(shè)備產(chǎn)熱20kW左右。在大巴車用燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)中，冷卻液自冷卻液槽I流出，依次經(jīng)過泵2、3，泵冷卻系統(tǒng)4、5，反應(yīng)氣氣體泵冷卻系統(tǒng)8、9，電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)11，燃料電池堆冷卻系統(tǒng)12，供暖系統(tǒng)15，散熱系統(tǒng)16后返回冷卻液槽1，電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)11沿冷卻液的流向設(shè)置于燃料電池堆冷卻系統(tǒng)12的上游。冷卻液槽I中設(shè)有加熱器29、液位控制30和溫度傳感器31。當(dāng)溫度較低時，大巴車啟動時先預(yù)熱，加熱器29啟動，冷卻液升溫，由溫度傳感器31檢測冷卻液槽I中冷卻液的溫度，當(dāng)冷卻液升溫到合適啟動溫度時啟動泵2、3和電源管理系統(tǒng)10等電氣設(shè)備。液體泵、氣體泵的運轉(zhuǎn)情況由系統(tǒng)熱負荷決定，啟動之初，系統(tǒng)熱負荷較小，較小功率泵2和較小氣體泵6啟動，各電機產(chǎn)熱量較小，不啟動泵冷卻系統(tǒng)4和氣體泵冷卻系統(tǒng)8 ;正常運行時系統(tǒng)熱負荷增大，較大功率栗3啟動或者栗2、3并聯(lián)運彳丁，栗冷卻系統(tǒng)4、5啟動對栗2、3進彳丁冷卻，氣體栗冷卻系統(tǒng)8、9對氣體泵6、7進行冷卻。為了防止冷卻液回流，泵2、3出口分別設(shè)置單向閥33、34。隨后冷卻液進入電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)11，由于電源管理系統(tǒng)10產(chǎn)熱量較大，為了提高冷卻效果，采用內(nèi)冷卻方式，即冷卻管路位于電源管理系統(tǒng)內(nèi)部，或者電源管理系統(tǒng)的內(nèi)部即設(shè)置有冷卻介質(zhì)流動的通道，使冷卻介質(zhì)與電源管理系統(tǒng)直接接觸，充分熱交換，從而及時有效地移除電源管理系統(tǒng)10產(chǎn)生的大量熱能。冷卻液從電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)11流出后進入燃料電池堆冷卻系統(tǒng)12移除燃料電池堆運行過程中產(chǎn)生的大量熱能，冷卻液溫度迅速升高。流出燃料電池堆冷卻系統(tǒng)12的 冷卻液根據(jù)用戶需求經(jīng)過或繞過廢熱供暖系統(tǒng)13。當(dāng)用戶有供暖需求時，電磁閥54關(guān)閉，冷卻液進入冷卻液供暖系統(tǒng)，控制系統(tǒng)200根據(jù)用戶的供暖需求選擇啟動一個或多個冷卻液供暖器17、18，以及相對應(yīng)的風(fēng)扇23、24。當(dāng)冷卻液供暖系統(tǒng)滿負運轉(zhuǎn)(啟動所有的冷卻液供暖器及相對應(yīng)的風(fēng)扇)也無法滿足用戶供暖需求時，電磁閥51關(guān)閉，電磁閥55打開，尾氣經(jīng)管道進入尾氣供暖器19。若廢熱供暖系統(tǒng)13 (尾氣供暖系統(tǒng)和冷卻液供暖系統(tǒng))同時滿負運行仍無法滿足用戶供暖需求，電加熱供暖系統(tǒng)14啟動，與廢熱供暖系統(tǒng)13共同供暖，補充廢熱供暖系統(tǒng)13供暖能力的不足。冷卻液從供暖系統(tǒng)15流出后進入散熱系統(tǒng)16，首先檢測供暖系統(tǒng)15與散熱系統(tǒng)16之間的溫度測量點34處的溫度，當(dāng)冷卻液溫度滿足循環(huán)要求時，電磁閥56、57、58打開，電磁閥59、60、61關(guān)閉，冷卻液由供暖系統(tǒng)15不經(jīng)過散熱器直接返回冷卻液槽I ;當(dāng)溫度測量點34處的溫度高于最佳溫度范圍的最高值時電磁閥59打開，電磁閥56關(guān)閉，冷卻液經(jīng)散熱器20進行冷卻處理，從低碳角度考慮，首先不啟動冷卻風(fēng)扇26，若散熱器20出口端的溫度監(jiān)測點35反饋的溫度在最佳溫度范圍，電磁閥57、58打開，電磁閥60、61關(guān)閉，冷卻液經(jīng)散熱器20后返回冷卻液槽I。若溫度檢測點35返回的溫度高于最佳溫度范圍的最高值時，冷卻風(fēng)扇26啟動；再次檢測監(jiān)測點35的溫度，若溫度在最佳溫度范圍，冷卻液經(jīng)散熱器20后返回冷卻液槽I ;若溫度仍高于最佳溫度范圍，電磁閥60打開，電磁閥57關(guān)閉，冷卻液進入散熱器21，根據(jù)監(jiān)測點36反饋的溫度決定是否開啟冷卻風(fēng)扇27。若開啟冷卻風(fēng)扇27時監(jiān)測點36的溫度仍高于最佳溫度范圍，電磁閥61打開，電磁閥58關(guān)閉,冷卻液進入散熱器22 ;同理，冷卻風(fēng)扇28的開閉由監(jiān)測點37的溫度確定。散熱冷卻至合適溫度范圍的冷卻液經(jīng)管道輸送返回冷卻液槽I。優(yōu)選地，為了降低能耗及使用成本，散熱系統(tǒng)16可以采用如下方式控制。冷卻液從供暖系統(tǒng)15流出后進入散熱系統(tǒng)16，首先檢測供暖系統(tǒng)15與散熱系統(tǒng)16之間的溫度測量點34處的溫度，當(dāng)冷卻液溫度滿足循環(huán)要求時，電磁閥56、57、58打開，電磁閥59、60、61關(guān)閉，冷卻液由供暖系統(tǒng)15不經(jīng)過散熱器直接返回冷卻液槽I ;當(dāng)溫度測量點34處的溫度高于最佳溫度范圍的最高值時，電磁閥59打開，電磁閥56關(guān)閉，冷卻液經(jīng)散熱器20進行冷卻處理，首先不啟動冷卻風(fēng)扇26，若散熱器20出口端的溫度監(jiān)測點35反饋的溫度在最佳溫度范圍，電磁閥57、58打開，電磁閥60、61關(guān)閉,冷卻液經(jīng)散熱器20后返回冷卻液槽I。若溫度檢測點35反饋的溫度高于最佳溫度范圍的最高值時，電磁閥60打開，電磁閥57關(guān)閉，冷卻液進入散熱器21，若位于散熱器21出口端的溫度監(jiān)測點36反饋的溫度高于最佳溫度范圍的最高值時，電磁閥61打開，電磁閥58關(guān)閉，冷卻液進入散熱器22，若位于散熱器21出口端的溫度監(jiān)測點37反饋的溫度高于最佳溫度范圍的最高值時，則啟動冷卻風(fēng)扇，當(dāng)一個冷卻風(fēng)扇不能滿足散熱要求時，逐次增加啟動冷卻風(fēng)扇的個數(shù)。即首先通過多個散熱器自然散熱，使冷卻液的溫度降低到最佳的溫度范圍中，當(dāng)多個散熱器自然散熱不能滿足要求時，啟動冷卻風(fēng)扇輔助散熱。本實用新型還提供了一種大巴車，包括車輪、車身、以及傳動系統(tǒng)，還包括燃料電池系統(tǒng)，燃料電池系統(tǒng)采用前述的大巴車用燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)。大巴車用燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)包括電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)和燃料電池堆冷卻系統(tǒng)，電源管 理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)沿冷卻介質(zhì)的流動方向設(shè)置在燃料電池堆冷卻系統(tǒng)的上游；電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)為內(nèi)冷卻系統(tǒng)；燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的供暖系統(tǒng)用于向大巴車的車身內(nèi)部供暖。如圖6和圖7所示，根據(jù)本實用新型實施例的大型機車用燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，該熱管理系統(tǒng)具體由冷卻液槽I、多個液體泵、泵冷卻系統(tǒng)、氣體泵冷卻系統(tǒng)、電源管理系統(tǒng)10、電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)11、燃料電池堆及燃料電池堆冷卻系統(tǒng)12、控制系統(tǒng)200、多個供暖器、散熱器、冷卻風(fēng)扇、電磁閥、單向閥、溫度測量裝置、液位控制裝置、加熱器及管道構(gòu)成。設(shè)大型機車的功率約IOOOkW,燃料電池工作中的產(chǎn)熱量約為IOOOkW,電源管理系統(tǒng)10、液體泵2、3、氣體泵6、7、冷卻風(fēng)扇23-28等相關(guān)電氣設(shè)備的產(chǎn)熱量約占10%，為100kW。在大型機車的綜合熱管理系統(tǒng)中，冷卻液自冷卻液槽I流出，依次經(jīng)過泵2、3，液體泵冷卻系統(tǒng)4、5，氣體泵冷卻系統(tǒng)8、9，燃料電池堆冷卻系統(tǒng)12，電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)11，廢熱供暖系統(tǒng)13，散熱系統(tǒng)16后返回冷卻液槽1，電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)11沿冷卻液的流向設(shè)置于燃料電池堆冷卻系統(tǒng)12的下游。冷卻液槽I中設(shè)有加熱器29、液位控制30和溫度傳感器31。當(dāng)溫度較低時，大型機車啟動時先預(yù)熱，加熱器29啟動，冷卻液升溫，溫度傳感器31檢測冷卻液槽I中冷卻液的溫度，當(dāng)冷卻液達到合適啟動溫度時啟動泵2、3和電源管理系統(tǒng)10等電氣設(shè)備，液體泵和氣體泵的運轉(zhuǎn)情況由系統(tǒng)熱負荷決定。機車運行速度較慢或剛啟動時，系統(tǒng)熱負荷較小，較小功率泵2啟動，同時啟動泵冷卻系統(tǒng)4和氣體泵冷卻系統(tǒng)8 ;正常運行后系統(tǒng)熱負荷較大，較大功率泵3啟動或泵2、3并聯(lián)運行，同時泵冷卻系統(tǒng)4、5對泵進行冷卻，氣體泵冷卻系統(tǒng)8、9分別對氣體泵6、7進行冷卻。為了防止冷卻液回流，泵2、3出口分別設(shè)置單向閥38、39。流出氣體泵冷卻系統(tǒng)8、9的冷卻液隨后進入燃料電池堆冷卻系統(tǒng)12移除燃料電池堆運行過程中產(chǎn)生的大量熱能，冷卻液隨后冷卻液溫度迅速升高。之后冷卻液進入電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)11，由于電源管理系統(tǒng)10產(chǎn)熱量非常大，考慮到各部件的耐熱性，電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)11沿冷卻液的流向設(shè)置于燃料電池堆12的下游。更優(yōu)選地，如圖7所示，采用內(nèi)冷卻的方式移除電源管理系統(tǒng)10產(chǎn)生的熱量。流出電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)11的冷卻液根據(jù)用戶需求經(jīng)過或繞過供暖系統(tǒng)15。當(dāng)用戶有供暖需求時，電磁閥54關(guān)閉，冷卻液進入冷卻液供暖系統(tǒng)，控制系統(tǒng)200根據(jù)用戶的供暖需求選擇啟動一個或多個冷卻液供暖器17、18，以及相對應(yīng)的風(fēng)扇23、24。當(dāng)冷卻液供暖系統(tǒng)滿負運轉(zhuǎn)(啟動所有的冷卻液供暖器及相對應(yīng)的風(fēng)扇)也無法滿足用戶供暖需求時，電磁閥51關(guān)閉，電磁閥55打開，尾氣經(jīng)管道進入尾氣供暖器19。若廢熱供暖系統(tǒng)13 (尾氣供暖系統(tǒng)和冷卻液供暖系統(tǒng))同時滿負運行仍無法滿足用戶供暖需求，電加熱供暖系統(tǒng)14啟動，與廢熱供暖系統(tǒng)13共同供暖，補充廢熱供暖系統(tǒng)13供暖能力的不足。冷卻液從供暖系統(tǒng)15流出后進入散熱系統(tǒng)16，首先檢測供暖系統(tǒng)15與散熱系統(tǒng)16之間的溫度測量點34處的溫度，當(dāng)冷卻液溫度滿足循環(huán)要求時，電磁閥56、57、58打開，電磁閥59、60、61關(guān)閉，冷卻液由供暖系統(tǒng)15不經(jīng)過散熱器直接返回冷卻液槽I ;當(dāng)溫度測量點34處的溫度高于最佳溫度范圍的最高值時電磁閥59打開，電磁閥56關(guān)閉，冷卻液經(jīng)散熱器20進行冷卻處理，從低碳角度考慮，首先不啟動冷卻風(fēng)扇26，若散熱器20出口端的溫度監(jiān)測點35反饋的溫度在最佳溫度范圍，電磁閥57、58打開，電磁閥60、61關(guān)閉，冷卻液經(jīng)散熱器20后返回冷卻液槽I。若溫度檢測點35返回的溫度高于最佳溫度范圍的最高值時，冷卻風(fēng)扇26啟動；再次檢測監(jiān)測點35的溫度，若溫度在最佳溫度范圍，冷卻液經(jīng)散熱器20后返回冷卻液槽I ;若溫度仍高于最佳溫度范圍，電磁閥60打開，電磁閥57關(guān)閉，冷卻液進入散熱器21，根據(jù)監(jiān)測點36反饋的溫度決定是否開啟冷卻風(fēng)扇27。若開啟冷卻風(fēng)扇27時監(jiān)測點36的溫度仍高于最佳溫度范圍，電磁閥61打開，電磁閥58關(guān)閉,冷卻液進入散熱 器22 ;同理，冷卻風(fēng)扇28的開閉由監(jiān)測點37的溫度確定。散熱冷卻至合適溫度范圍的冷卻液經(jīng)管道輸送返回冷卻液槽I。優(yōu)選地，為了降低能耗及使用成本，散熱系統(tǒng)16可以采用如下方式控制。冷卻液從供暖系統(tǒng)15流出后進入散熱系統(tǒng)16，首先檢測供暖系統(tǒng)15與散熱系統(tǒng)16之間的溫度測量點34處的溫度，當(dāng)冷卻液溫度滿足循環(huán)要求時，電磁閥56、57、58打開，電磁閥59、60、61關(guān)閉，冷卻液由供暖系統(tǒng)15不經(jīng)過散熱器直接返回冷卻液槽I ;當(dāng)溫度測量點34處的溫度高于最佳溫度范圍的最高值時，電磁閥59打開，電磁閥56關(guān)閉，冷卻液經(jīng)散熱器20進行冷卻處理，首先不啟動冷卻風(fēng)扇26，若散熱器20出口端的溫度監(jiān)測點35反饋的溫度在最佳溫度范圍，電磁閥57、58打開，電磁閥60、61關(guān)閉,冷卻液經(jīng)散熱器20后返回冷卻液槽I。若溫度檢測點35反饋的溫度高于最佳溫度范圍的最高值時，電磁閥60打開，電磁閥57關(guān)閉，冷卻液進入散熱器21，若位于散熱器21出口端的溫度監(jiān)測點36反饋的溫度高于最佳溫度范圍的最高值時，電磁閥61打開，電磁閥58關(guān)閉，冷卻液進入散熱器22，若位于散熱器21出口端的溫度監(jiān)測點37反饋的溫度高于最佳溫度范圍的最高值時，則啟動冷卻風(fēng)扇，當(dāng)一個冷卻風(fēng)扇不能滿足散熱要求時，逐次增加啟動冷卻風(fēng)扇的個數(shù)。即首先通過多個散熱器自然散熱，使冷卻液的溫度降低到最佳的溫度范圍中，當(dāng)多個散熱器自然散熱不能滿足要求時，啟動冷卻風(fēng)扇輔助散熱。本實用新型還提供了一種大型機車，包括車輪、車身、以及傳動系統(tǒng)，還包括燃料電池系統(tǒng)；燃料電池系統(tǒng)的燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)采用前述的大型機車用燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，大型機車用燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)沿冷卻介質(zhì)的流動方向設(shè)置在燃料電池堆冷卻系統(tǒng)的下游；電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)為內(nèi)冷卻系統(tǒng)或者外冷卻系統(tǒng)；燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的供暖系統(tǒng)用于向大型機車的車身內(nèi)部供暖。從以上的描述中，可以看出，本實用新型上述的實施例實現(xiàn)了如下技術(shù)效果根據(jù)本實用新型的燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)、燃料電池系統(tǒng)及具有該系統(tǒng)的車輛，燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)通過冷卻系統(tǒng)對燃料電池系統(tǒng)的各個部件冷卻降溫并回收燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)生的廢熱，供暖系統(tǒng)利用冷卻系統(tǒng)回收的廢熱作為熱源供暖，從而對燃料電池堆、尾氣以及燃料電池堆運行過程中電氣等附件產(chǎn)生的熱量有效利用，降低燃料電池的運行成本。以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等 同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，其特征在于，包括 冷卻系統(tǒng)，用于回收燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)生的廢熱； 供暖系統(tǒng)，與所述冷卻系統(tǒng)相連通，用于利用所述冷卻系統(tǒng)回收的廢熱供暖。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，其特征在于，所述供暖系統(tǒng)包括 廢熱供暖系統(tǒng)，用于利用所述冷卻系統(tǒng)回收的廢熱供暖； 電加熱供暖系統(tǒng)，用于電加熱供暖。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，其特征在于，所述廢熱供暖系統(tǒng)包括 冷卻液供暖系統(tǒng)，沿冷卻介質(zhì)的流動方向設(shè)置在所述冷卻系統(tǒng)的下游； 尾氣供暖系統(tǒng)，與燃料電池堆的尾氣排放口相連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，其特征在于，所述冷卻液供暖系統(tǒng)包括 冷卻液供暖器，所述冷卻液供暖器沿所述冷卻介質(zhì)的流動方向設(shè)置在所述冷卻系統(tǒng)的下游；以及 風(fēng)扇，與所述冷卻液供暖器對應(yīng)設(shè)置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，其特征在于， 所述冷卻液供暖器為多個，多個所述冷卻液供暖器串聯(lián)或者并聯(lián)或者串并聯(lián)組合沿所述冷卻介質(zhì)的流動方向設(shè)置在所述冷卻系統(tǒng)的下游； 每個所述冷卻液供暖器對應(yīng)設(shè)置有一個或多個風(fēng)扇。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5中任一項所述的燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，其特征在于，所述電加熱供暖系統(tǒng)與所述廢熱供暖系統(tǒng)并聯(lián)設(shè)置。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，其特征在于， 所述冷卻系統(tǒng)包括通過管道相互連通的燃料電池堆冷卻系統(tǒng)和電氣設(shè)備冷卻系統(tǒng)； 所述電氣設(shè)備冷卻系統(tǒng)包括泵冷卻系統(tǒng)和電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)； 所述電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)沿冷卻介質(zhì)的流動方向設(shè)置在所述燃料電池堆冷卻系統(tǒng)的上游或者下游。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，其特征在于，所述電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)為外冷卻系統(tǒng)或者為內(nèi)冷卻系統(tǒng)； 所述外冷卻系統(tǒng)的冷卻管路位于電源管理系統(tǒng)外部并與所述電源管理系統(tǒng)貼合； 所述內(nèi)冷卻系統(tǒng)的冷卻管路位于所述電源管理系統(tǒng)內(nèi)部。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，其特征在于，所述燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)還包括散熱系統(tǒng)，所述散熱系統(tǒng)包括 多個散熱器，多個所述散熱器串聯(lián)或者并聯(lián)或者串并聯(lián)組合沿所述冷卻介質(zhì)的流動方向設(shè)置在所述供暖系統(tǒng)的下游；以及 冷卻風(fēng)扇，每個所述散熱器對應(yīng)設(shè)置一個或多個所述冷卻風(fēng)扇。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，其特征在于，所述燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)還包括控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括 冷卻系統(tǒng)控制系統(tǒng)，所述冷卻系統(tǒng)控制系統(tǒng)包括 冷卻介質(zhì)容器溫度控制系統(tǒng)，用于在冷卻介質(zhì)的溫度低于第一預(yù)設(shè)值時，控制加熱器啟用以加熱所述冷卻介質(zhì)；泵溫度控制系統(tǒng)，用于在液體泵和氣體泵的溫度高于第二預(yù)設(shè)值吋，控制泵冷卻系統(tǒng)啟用以降低所述液體泵和氣體泵的溫度； 電源管理系統(tǒng)溫度控制系統(tǒng)，用于在電源管理系統(tǒng)溫度高于第三預(yù)設(shè)值吋，控制電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)啟用以降低所述電源管理系統(tǒng)的溫度； 泵流量控制系統(tǒng)，用于在燃料電池堆溫度高于第四預(yù)設(shè)值時，控制液體泵提高流量以降低燃料電池堆溫度。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)還包括供暖系統(tǒng)控制系統(tǒng)，所述供暖系統(tǒng)控制系統(tǒng)用于在室內(nèi)溫度低于預(yù)設(shè)供暖溫度時，控制所述供暖系統(tǒng)啟動供暖。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，其特征在于，所述供暖系統(tǒng)控制系統(tǒng)包括冷卻液供暖系統(tǒng)控制系統(tǒng)，用于在室內(nèi)溫度低于預(yù)設(shè)供暖溫度時，控制所述冷卻液供曖系統(tǒng)的冷卻液供曖器逐個啟動供曖并啟動與所述冷卻液供曖器相對應(yīng)的風(fēng)扇； 尾氣供暖系統(tǒng)控制系統(tǒng)，用于在冷卻液供暖系統(tǒng)最大供暖溫度低于所述預(yù)設(shè)供暖溫度時，控制尾氣供暖系統(tǒng)啟動并與所述冷卻液供暖系統(tǒng)共同供暖； 電加熱供暖系統(tǒng)控制系統(tǒng)，用于在所述尾氣供暖系統(tǒng)與所述冷卻液供暖系統(tǒng)共同供暖的最大供暖溫度低于所述預(yù)設(shè)供暖溫度時，控制電加熱供暖系統(tǒng)啟動并與所述尾氣供暖系統(tǒng)和所述冷卻液供暖系統(tǒng)共同供暖。
13.根據(jù)權(quán)利要求10或者11所述的燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)還包括散熱系統(tǒng)控制系統(tǒng)，用于當(dāng)散熱器系統(tǒng)和供暖系統(tǒng)之間的管路內(nèi)冷卻介質(zhì)的溫度高于第五預(yù)定值時，啟動所述散熱器系統(tǒng)以降低冷卻介質(zhì)溫度。
14.ー種燃料電池系統(tǒng)，包括燃料電池堆，其特征在于，所述燃料電池系統(tǒng)還包括權(quán)利要求I至13中任一項所述的燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)。
15.一種車輛，包括車輪、車身、以及傳動系統(tǒng)，其特征在于，所述車輛還包括權(quán)利要求.14所述的燃料電池系統(tǒng)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的車輛，其特征在于，所述車輛為小轎車； 所述燃料電池系統(tǒng)的燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)包括電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)和燃料電池堆冷卻系統(tǒng)，所述電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)沿冷卻介質(zhì)的流動方向設(shè)置在所述燃料電池堆冷卻系統(tǒng)的上游； 所述電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)為外冷卻系統(tǒng)； 所述燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的供暖系統(tǒng)用于向所述小轎車的車身內(nèi)部供暖。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的車輛，其特征在于，所述車輛為大巴車； 所述燃料電池系統(tǒng)的燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)包括電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)和燃料電池堆冷卻系統(tǒng)，所述電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)沿冷卻介質(zhì)的流動方向設(shè)置在所述燃料電池堆冷卻系統(tǒng)的上游； 所述電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)為內(nèi)冷卻系統(tǒng)； 所述燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的供暖系統(tǒng)用于向所述大巴車的車身內(nèi)部供暖。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的車輛，其特征在于，所述車輛為大型機車； 所述燃料電池系統(tǒng)的燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)包括電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)和燃料電池堆冷卻系統(tǒng)，所述電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)沿冷卻介質(zhì)的流動方向設(shè)置在所述燃料電池堆冷卻系統(tǒng)的上游或者下游； 所述電源管理系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)為內(nèi)冷卻系統(tǒng)或者外冷卻系統(tǒng)； 所述燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的供暖系統(tǒng)用于向所述大型機車的車身內(nèi)部供暖。
專利摘要本實用新型提供了一種燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)、燃料電池系統(tǒng)及具有該系統(tǒng)的車輛，根據(jù)本實用新型的燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，包括冷卻系統(tǒng)，用于回收燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)生的廢熱；供暖系統(tǒng)，與冷卻系統(tǒng)相連通，用于利用冷卻系統(tǒng)回收的廢熱供暖。根據(jù)本實用新型的燃料電池系統(tǒng)，包括燃料電池堆，燃料電池系統(tǒng)還包括前述的燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)。本實用新型的燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)通過冷卻系統(tǒng)對燃料電池系統(tǒng)的各個部件冷卻降溫并回收燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)生的廢熱，供暖系統(tǒng)利用冷卻系統(tǒng)回收的廢熱作為熱源供暖，從而對燃料電池堆、尾氣以及燃料電池堆運行過程中電氣等附件產(chǎn)生的熱量有效利用，降低燃料電池的運行成本。
文檔編號H01M8/04GK202474108SQ201220111519
公開日2012年10月3日 申請日期2012年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月22日
發(fā)明者張占奎, 李云, 楊海玉, 湯浩, 雷姣 申請人:中國東方電氣集團有限公司