一种燃料电池系统热管理装置及燃料电池系统的制作方法

：本技术涉及一种燃料电池系统热管理装置及燃料电池系统。

背景技术

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背景技术：

1、燃料电池系统是通过氢气和氧气的催化氧化反应，将化学能转换为电能，并且生成无任何污染的水。在燃料电池内运行热损耗很小，这使得燃料电池的效率是内燃机效率的两倍。燃料电池具有清洁高效、对环境友好、能量效率高、可靠性高等优点，是目前新能源汽车发展的一种理想动力来源之一，因此燃料电池汽车在新能源汽车应用领域具有广阔前景,全球各国都投入了大量的资金和人力进行研发。

2、燃料电池内部最佳的运行温度大约是70-80℃左右，在低温状态下运行效率

3、是十分低下的。但是车辆的运行工况要求是复杂多变的，在-40℃的低温环境中必须正常启动运行。燃料电池系统做为车用动力系统也必须满足车辆运行工况的要求，必须实现在低温环境中正常启动和运行。目前低温启动是影响燃料电池汽车商业化的主要原因之一。

4、如何解决在低温环境下迅速将燃料电池内部温度提高，达到燃料电池系统启动需求的温度，是目前燃料电池低温启动和运行的关键性问题之一。燃料电池中三大管路系统分别为空气进气系统、冷却系统、供氢系统。空气进气系统是将空气送入燃料电池的电堆中，空气中的氧气与氢气参加反应。冷却系统是通过系统中循环的冷却液将正常运行的燃料电池内部电堆中产生的热量带出并散热器散发出去。所以在低温环境下，送入燃料电池系统中的冷却液必须同时迅速被加热，才能迅速提高燃料电池内部的温度，保证燃料电池正常启动和运行，现有的冷却系统包括水泵、节温阀和加热器，水泵、节温阀和加热器之间布置在冷却系统的不同位置，并且通过较多的连接管和紧固件连接，导致冷却系统结构分散，零部件多，不利于燃料电池系统空间的利用和电气控制，提升了不必要的成本和可靠性风险。

技术实现思路

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技术实现要素：

1、本实用新型的目的是提供一种燃料电池系统热管理装置，该结构将加热器、水泵和三通阀集成于一体，减少零部件安装，减少燃料电池系统的体积，降低成本，加热器采用双通路加热，加热效率高，提高燃料电池系统整体的效率和可靠性。

2、本实用新型的另一目的是提供一种燃料电池系统，解决目前燃料电池系统处于低温环境下时，需要对燃料电池进行很长时间的加热，才能实现车辆的启动和正常运行，很难达到快速加热快速启动的目标，并且目前燃料电池系统的冷却系统中的零部件种类繁多而零散，结构模块化集成度低，导致整个燃料电池系统体积大，占用空间的技术问题。

3、本实用新型的目的是通过下述技术方案予以实现的。

4、本实用新型的目的是提供一种燃料电池系统热管理装置，其特征在于：它包括加热器、三通阀和水泵组件，其中：水泵组件包括泵头、电机和集成控制器，加热器、三通阀和水泵组件相互连接紧固安装为一个整体。

5、上述所述的加热器包括第一接口、第二接口、第三接口和第四接口，第一接口与第三接口连通并形成第一路进液通道，第二接口与第四接口连通并形成第二路排液通道；

6、三通阀包括第一阀接口、第二阀接口和第三阀接口，第二阀接口与加热器的第一接口连接；

7、泵头安装在电机的一端，集成控制器位于电机外部，集成控制器控制加热器、三通阀和电机工作，泵头设置有水泵出口和水泵进口，水泵出口与加热器的第二接口连接，水泵进口与三通阀的第一阀接口连接；

8、一路冷却液从加热器的第三接口流入第一路进液通道内，冷却液在第一路进液通道内加热后流经加热器的第一接口和三通阀的第三阀接口进入到三通阀内，另一路冷却液从三通阀的第二阀接口进入到三通阀内与加热后的冷却液汇流，汇流后的冷却液流经三通阀的第一阀接口与泵头的水泵进口进入到泵头内加压，加压后的冷却流经泵头的水泵出口与加热器的第二接口进入到第二路排液通道，冷却液在第二路排液通道内加热后从加热器的第四接口排出。

9、上述所述的第一接口和第二接口均为法兰连接面，第三接口和第四接口均为连接水嘴；第一阀接口和第二阀接口均为法兰连接面，第三阀接口为连接水嘴；水泵出口和水泵进口均为法兰连接面。

10、上述所述的集成控制器包括控制器本体和设置在控制器本体上的高压接头和若干低压接头，控制器本体安装在电机的另一端。

11、上述所述的加热器上设置有加热器低压接口和加热器高压接口，加热器低压接口和加热器高压接口分别通过线束与控制器本体的低压接头和高压接头电连接。

12、上述所述的三通阀上设置有三通阀低压接口，三通阀低压接口通过线束与控制器本体上的低压接头电连接。

13、上述所述的泵头的水泵出口端面设有密封槽，密封槽内安装有密封圈，水泵出口与加热器的第二接口连接时将密封圈压紧在密封槽内。

14、上述所述的第一接口与第二接口布置在加热器的同一侧面，第三接口与第四接口布置在加热器的同一侧面。

15、一种燃料电池系统，包括燃料电池电堆模组、燃料电池系统控制器、冷却系统、空气进气系统和供氢系统，该冷却系统包括热管理装置、辅助冷却液装置和外循环冷却液装置，其特征在于：热管理装置为上述所述的燃料电池系统热管理装置；

16、加热器的第四接口分别与燃料电池电堆模组的冷却液入口、辅助冷却液装置的辅助入口和外循环冷却液装置的外循环入口相连；加热器的第三接口分别与燃料电池电堆模组的冷却液出口和辅助冷却液装置的辅助冷却出口相连；三通阀的第三阀接口与外循环冷却液装置的外循环出口相连；

17、燃料电池电堆模组的冷却液入口处设有第一温度传感器和压力传感器；

18、从燃料电池电堆模组的冷却液出口流出的冷却液与辅助冷却液装置的辅助冷却出口流出的冷却液汇流后一起进入到加热器的第三接口流入第一路进液通道，冷却液在第一路进液通道内加热后流经加热器的第一接口和三通阀的第三阀接口进入到三通阀内；外循环冷却液装置的外循环出口流出的冷却液进入到三通阀的第二阀接口进入到三通阀内与加热后的冷却液汇流，汇流后的冷却液流经三通阀的第一阀接口与泵头的水泵进口进入到泵头内加压，加压后的冷却流经泵头的水泵出口与加热器的第二接口进入到第二路排液通道，冷却液在第二路排液通道内加热后从加热器的第四接口排出流入至燃料电池电堆模组的冷却液入口、辅助冷却液装置的辅助入口和外循环冷却液装置的外循环入口，第一温度传感器和压力传感器将进入燃料电池电堆模组的冷却液入口的温度和压力信号反馈到集成控制器，集成控制器控制加热器、三通阀和电机工作。

19、上述所述的燃料电池电堆模组的冷却液出口处设置有第二温度传感器，第二温度传感器监测燃料电池电堆模组的冷却液出口处的冷却液温度，第二温度传感器将进入到燃料电池电堆模组的冷却液出口处的冷却液温度数据传送给燃料电池系统控制器，燃料电池系统控制器将控制信号传输给集成控制器，集成控制器控制加热器、三通阀和电机工作。

20、本实用新型与现有技术相比，具有如下效果：

21、1)本实用新型的热管理装置接收电堆入口冷却液的温度和压力，自我调节加热器的开启关闭，三通阀开度和水泵组件转速，具有简化燃料电池系统的控制策略，响应时间短，自我故障反馈等优点，对系统稳定可靠运行有很大帮助。

22、2)本实用新型的热管理装置该结构将加热器、水泵组件和三通阀集成于一体，减少零部件安装，减少燃料电池系统的体积，降低成本，加热器采用双通路加热，加热效率高，提高燃料电池系统整体的效率和可靠性。水泵组件、三通阀和加热器高度集成且共用一个控制器，省去了很多连接管路和紧固件，减少了系统水阻，大大节省了零件成本同时增加了连接可靠性，较小的体积有利于在燃料电池系统集成布置。

23、3)本实用新型的燃料电池系统，第一温度传感器和压力传感器将进入燃料电池电堆模组的冷却液入口的温度和压力信号反馈到集成控制器，集成控制器控制加热器、三通阀和电机工作，在低温状态下，能够迅速提高冷却系统冷却液的温度，将燃料电池系统内部加热到理想的温度，实现燃料电池系统快速的启动，并满足燃料电池系统正常运行的要求，提高整个系统的效率，节约能源，且采用热管理装置，减少零部件、减小燃料电池系统的体积、降低成本。

24、4)本实用新型的其它优点在实施例部分展开详细描述。