燃料电池汽车热管理系统及方法与流程

本发明涉及一种燃料电池汽车热管理系统及方法，属于燃料电池汽车热管理。

背景技术：

1、氢能是集中式可再生能源大规模长周期储存的最佳途径，其中燃料电池汽车是氢能利用的先导领域，其使命是带动氢能的全面发展。燃料电池汽车的动力系统零部件多，结构复杂，废气带走热量较小，大量的热量需要通过冷却系统带出，此外在较低环境温度和冷启动的时候，为维持适宜的反应温度需要通过加热设施对系统进行加热，因此相应热管理系统是影响其性能的关键系统，也是技术开发的难点。

2、燃料电池汽车在实际运行过程中，涉及到有散热需求的部件主要包括燃料电堆、燃料电池空压机、燃料电池中冷器、燃料电池dc/dc、动力电池系统、驱动电机、驱动系统控制器、空调等，涉及到取暖的主要包括冬季乘员舱取暖除霜、冬季动力电池保温、燃料电池低温启动暖机升温等，燃料电池汽车的散热和取暖需求较多，且差异较大，而当前燃料电池汽车热管理与空调系统、动力电池温控系统、整车电驱动冷却循环为解耦状态，由于缺少相应综合热管理系统，燃料电池热管理系统较为分散，这造成了整车热管理系统零部件非常臃肿且部分零部件重复布置，同时大量的电堆余热无法得到利用而被浪费，不利于节省布置空间和综合控制。

3、检索到的相关专利文献：

4、1.cn202210043454.1-插电式燃料电池混合动力汽车热管理系统及其控制方法；

5、2.cn202210942980.1-一种燃料电池汽车整车热管理系统及控制方法；

6、3.cn202211201567.6-一种氢燃料电池汽车热管理系统及方法；

7、4.cn202211346144.3-一种燃料电池汽车热管理系统及汽车；

8、5.cn202222760680.x-一种氢能源电动汽车热管理系统。

技术实现思路

1、本发明提供的燃料电池汽车热管理系统及方法，将部件冷却和加热需求根据温度及热量控制特性进行分类集成，减小热管理系统中的循环数量，减化管路结构，减小部件数量，提高热管理系统运行效率并有效减小热管理系统的空间体积，提高散热效率，提升热管理水平，降低整车能耗，优化散热系统的工作模式，实现燃料电池汽车在低温启动、冬季取暖和正常散热等不同环境工况下的整车热管理，节省整车能量利用，提高整车动力经济性，避免热管理系统冗余。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、燃料电池汽车热管理系统，其特征在于：包括为乘员舱空调制冷和动力电池冷却提供支持的空调制冷循环、为整车动力系统中散热需求小且冷却液温度要求接近的需冷却部件提供散热支持的动力系统冷却循环、为燃料电堆提供温控支持的燃料电堆温控循环、为空调暖风及动力电池加热提供热量的空调暖风电池加热循环、为动力电池提供温控支撑的动力电池温控循环和对整个热管理系统的运行进行协调控制的控制器，空调制冷循环与动力电池温控循环连接，为动力电池温控循环散热，空调暖风电池加热循环与动力电池温控循环连接为动力电池温控循环提供热量，燃料电堆温控循环与空调暖风电池加热循环连接，为空调暖风电池加热循环提供热量，燃料电堆温控循环、空调暖风电池加热循环和动力电池温控循环从前至后依次就近设置。

4、优选的，所述的燃料电堆温控循环包括依次串联形成回路的散热器一、过滤器、电子水泵一和燃料电堆散热水套，由整车电源供电的电加热器一并联在电子水泵一和燃料电堆散热水套的连接管路上，电加热器一的进水口与电子水泵一的进水口连接并与空调暖风电池加热循环的出水口连接，电加热器一的出水口与燃料电堆散热水套的出水口连接并与空调暖风电池加热循环的进水口连接，散热器一的进水口通过去离子罐连接补液壶一。

5、优选的，所述的电加热器一的进水口连接四通阀，电加热器一的出水口连接三通阀一，四通阀连接在过滤器和电子水泵一之间并连接空调暖风电池加热循环的出水口与电加热器一的进水口，三通阀一连接燃料电堆散热水套的出水口和空调暖风电池加热循环的进水口，通过四通阀和三通阀一控制燃料电堆温控循环与空调暖风电池加热循环的通断，并调节空调暖风电池加热循环中的工质流量。

6、优选的，所述的空调暖风电池加热循环包括与三通阀一连接的三通阀二、与四通阀连接的三通阀三、暖风芯体和与动力电池温控循环连接的双chiller加热通道，暖风芯体串联在三通阀二和三通阀三之间，动力电池温控循环通过双chiller加热通道与暖风芯体并联，三通阀二调节流入暖风芯体和动力电池温控循环的工质流量，三通阀三调节流出暖风芯体和动力电池温控循环的工质流量。

7、优选的，所述的空调暖风电池加热循环还包括进水口与三通阀三（404）连接的电子水泵二，电子水泵二与燃料电堆温控循环共用电加热器一，电子水泵二、电加热器一和暖风芯体串联形成回路；或者电子水泵二上串联由整车电源供电的电加热器二，电子水泵二、电加热器二和暖风芯体串联形成回路，电子水泵一和电水子泵二的进水口分别连接补液壶一。

8、优选的，所述的动力电池温控循环包括依次串联形成回路的电子水泵三、动力电池水套和双chiller，双chiller分别与空调暖风电池加热循环和空调制冷循环连接，双chiller与电子水泵三之间的管路上装有传感器一，电子水泵三的进水口和动力电池水套的出水口分别连接补液壶二。

9、优选的，空调制冷循环包括压缩机、前端冷凝器、空调蒸发器、与动力电池温控循环连接的双chiller制冷通道，压缩机、前端冷凝器、和空调蒸发器依次串联形成回环，动力电池温控循环通过双chiller制冷通道与空调蒸发器并联，空调蒸发器的入水口连接调节工质流量的电子膨胀阀一，双chiller制冷通道的入水口连接调节工质流量的电子膨胀阀二，压缩机与前端冷凝器之间的管路上装有传感器二。

10、优选的，所述的动力系统冷却循环包括依次串联形成回路的散热器二、电子水泵四、电控系统散热水套、电机散热水套和电堆中冷器，电子水泵四的进水口散热器二的进水口分别连接补液壶三，燃料电堆附件散热水套并联在电堆中冷器上，通过三通阀四连接燃料电堆附件散热水套进水口、电堆中冷器的进水口和电机散热水套的出水口，以调节流入电堆附件散热水套和电堆中冷器中的工质流量。

11、优选的，所述的前端冷凝器与散热器二前后并排设置，且在散热器二后侧设置风扇一，散热器一后侧设置风扇二；或者前端冷凝器与散热器二并列设置于散热器一前侧且在散热器一后侧设置风扇二。

12、燃料电池汽车热管理方法，采用以上所述的燃料电池车热管系统进行热管理，其特征在于，

13、混动模式下：

14、燃料电堆开启运行，若车辆启动后检测环温度低于燃料电堆工作温度下限，控制器控制燃料电堆温控循环运行对燃料电堆进行加热；当燃料电堆温度高于其工作温度下限则关闭燃料电堆温控循环；燃料电堆正常工作后启动动力系统冷却循环为整车散热系统提供散热支持；当动力电池需要加热和/或空调需要采暖时，控制器控制燃料电堆温控循环与空调暖风电池加热循环联通运行，为动力电池加热和/或空调暖风提供热量；

15、当空调需要制冷和/或动力电池需要降温时，控制器控制空调制冷循环运行，为空调制冷和/或动力电池降温提供支持；

16、纯电模式下：

17、燃料电堆不启动，当动力电池需要加热和/或空调需要采暖时，控制器控制空调暖风电池加热循环运行，为动力电池加热和/或空调暖风提供热量；

18、当空调需要制冷和/或动力电池需要降温时，控制器控制空调制冷循环运行，为空调制冷和/或动力电池降温提供支持。

19、发明的有益效果是：

20、本发明的燃料电池汽车热管理系统对整车热管理循环进行整合集成设计，将整车电控系统、动力电机、燃料电堆附件、水空中冷等散热需求小且冷却液温度要求接近的需冷却部件的冷却管路集成在动力系统冷却循环中，将乘员舱空调制冷和动力电池冷却的冷却管路集成在空调制冷循环中，将为燃料电堆的提供温控支持的温控管路集成在燃料电堆温控循环中，将为空调暖风及动力电池加热提供热量的加热管路集成在空调暖风电池加热循环，将为动力电池温度控制提供支撑的温控管路集成在动力电池温控循环中，将部件冷却和加热需求根据温度及热量控制特性进行分类集成，减小热管理系统中的循环数量，减化管路结构，减小部件数量，在满足整车动力系统散热要求及乘员舱制冷采暖、动力电池加热冷却的热管理目标要求，使各部件可靠稳定运行的基础上，提高热管理系统运行效率并有效减小热管理系统的空间体积，以降低热管理系统在车内的空间占用率；将空调暖风电池加热循环与燃料电堆温控循环进行连接控制，燃料电堆温控循环、空调暖风电池加热循环和动力电池温控循环形成就近集中布置，减少燃料电堆的大温差散热，实现利用燃料电池余热对空调取暖及动力电池加热，实现热量和冷量的高效利用，提高散热效率，提升热管理水平，降低整车能耗，优化散热系统的工作模式，实现燃料电池汽车在低温启动、冬季取暖和正常散热等不同环境工况下的整车热管理，节省整车能量利用，提高整车动力经济性，避免热管理系统冗余。