燃料电池整车热管理系统技术方案

本发明专利技术公开了一种燃料电池整车热管理系统，其特征在于，包括功率电子冷却系统、燃料电池冷却系统、动力电池热管理系统与空调系统；热电转换装置一侧与动力电池热管理系统组成动力电池冷却液回路，另一侧串联于所述的功率电子冷却系统的冷却液回路中；热电装置设置于空调系统中，分别与流出空调系统的空调压缩机的冷却剂和流经驾驶室蒸发器或者电池制冷交换器的冷却剂相接触。本发明专利技术燃料电池车整热管理系统，将整车不同的热管理子系统整合，运用半导体材料通过热量转换的方式实现功率电子系统的冷却；同样的方式，实现空调系统回热效果，避免空调压缩机液击现象，提高了空调系统的能效比和寿命。

Fuel Cell Vehicle Thermal Management System

The invention discloses a fuel cell vehicle thermal management system, which is characterized by including power electronic cooling system, fuel cell cooling system, power battery thermal management system and air conditioning system; one side of the thermoelectric conversion device and the power battery thermal management system form a power battery coolant loop, and the other side is connected in series in the coolant loop of the power electronic cooling system; The thermoelectric device is installed in the air conditioning system and contacts with the coolant of the air conditioning compressor flowing out of the air conditioning system and the coolant flowing through the cab evaporator or battery refrigeration exchanger respectively. The heating management system of the fuel cell vehicle integrates the different heat management subsystems of the vehicle, realizes the cooling of the power electronic system by using semiconductor materials through heat conversion, realizes the regeneration effect of the air conditioning system in the same way, avoids the liquid shock phenomenon of the air conditioning compressor, and improves the energy efficiency ratio and life of the air conditioning system.

【技术实现步骤摘要】
燃料电池整车热管理系统
本专利技术属于新能源汽车
，涉及一种燃料电池车整车热管理系统及其控制方法。
技术介绍
目前，燃料电池汽车作为未来清洁能源先进技术，国内外各大主机厂重视并积极推荐其产业化发展。与传统动力的整车热管理相对比，燃料电池整车集成多个热管理子系统。其中燃料电池电池堆通过电化学反应实现高品质能量的转化，目前燃料电池的效率达到45％以上，其余能量以低品质热能的形式散失。动力电池作为整车辅助能量源，工作温度区间需要满足。整车空调系统既要满足乘员舱舒适度要求又要提高自身效率和寿命。专利文献1(CN104201406B)和专利文献2(CN103904347A)提出利用半导体材料热量回收技术，实现了燃料电池系统冷却液余热回收功能。专利文献3(CN101279580)提供了利用燃料电池发动机余热的热泵空调系统，满足驾驶室制冷和采暖需求，整合了整车空调系统和燃料电池系统。专利文献4(CN106183789A)和专利文献5(CN103612570A)，利用空调系统通过热交换器的方式和PTC加热的方式实现动力电池系统的热管理需求。目前现有的燃料电池车整车技术方案中的空调系统、燃料电池系统、动力电池热管理系统以及电机系统冷却系统局限于各子系统的热量管理，对于整车层面上未实现全局整合，没有形成高效综合的整车热管理系统，各子系统未利用分级管理策略优化热管理方案。燃料电池车辆在低温环境行驶中，动力电池和驾驶室有加热的需求，目前只通过启动PTC加热，没有充分利用功率电子系统余热和燃料电池系统的余热，增加电耗，没有达到热管理资源的最大利用率。综上，现有技术中的燃料电池整车热管理系统，存在各子系统彼此独立，存在整车级热管理系统效率低、各子系统的热量未实现分级精细化管理等问题。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种燃料电池整车热管理系统，将燃料电池冷却系统、功率电子冷却系统、空调系统以及动力电池热管理系统相互耦合，整车级别管理热量，满足动力电池子系统维持工作温度保持在合理范围，实现燃料电池系统和空调系统能量的高效利用。本专利技术解决技术问题采用如下技术方案：一种燃料电池整车热管理系统，其包括功率电子冷却系统、燃料电池冷却系统、动力电池热管理系统与空调系统；热电转换装置一侧与动力电池热管理系统组成动力电池冷却液回路，另一侧串联于所述的功率电子冷却系统的冷却液回路中；热电装置设置于空调系统中，分别与流出空调系统的空调压缩机的冷却剂和流经驾驶室蒸发器或者电池制冷交换器的冷却剂相接触；所述燃料电池冷却系统用于将燃料电池电堆工作时产生的多余热量传递于环境或乘员舱中，维持燃料电池系统温度在最佳的工作温度区间。可选的，所述动力电池热管理系统包括电池水泵、电池制冷交换器和动力电池，所述热电转换装置的冷端的出口与所述动力电池的冷却管路的入口连接，所述动力电池的冷却管路的出口连接于电池三通阀的一个端口；所述电池三通阀的第二个端口通过电池制冷交换器和电池水泵连接于所述热电转换装置的冷端的入口。可选的，所述功率电子冷却系统包括燃料电池DC/DC、集成式控制器、电机控制器、驱动电机、燃料电池用空压机、电机水泵和电机散热器；所述电池三通阀的第三个接口连接于所述热电转换装置的热端的出口，并且还连接于电机散热器，所述电机散热器的另一端连接于燃料电池DC/DC的冷却管路的一端，所述燃料电池DC/DC的冷却管路的另一端分别连接于集成式控制器的冷却管路的一端以及电机控制器的冷却管路一端，所述集成式控制器的冷却管路以及电机控制器的冷却管路的另一端连接于驱动电机的冷却管路的一端，所述驱动电机的冷却管路的另一端连接于燃料电池用空压机的冷却管路的一端，所述燃料电池用空压机的冷却管路的另一端通过电机水泵连接于电机三通阀的一个端口，并且所述电机三通阀的第二个端口连接于所述热电转换装置的热端的入口，所述电机三通阀的第三个端口连接于所述电池水泵与所述电池制冷交换器的连接处。可选的，所述燃料电池冷却系统包括燃料电池电堆、去离子器、燃料电池水泵、中冷器和燃料电池散热器；所述燃料电池电堆的冷却管路的两端并联有去离子器以及中冷器，并且所述中冷器与燃料电池电堆之间设置有电磁二通阀；所述燃料电池电堆的冷却管路的一端连接于内外循环三通阀的一个端口，所述内外循环三通阀的第二个端口通过燃料电池水泵连接于所述燃料电池电堆的冷却管路的另一端；所述内外循环三通阀的另一端还连接于燃料电池散热器的入口，所述燃料电池散热器的出口连接于暖风三通阀的一个端口，以及室内暖风交换器的入口，所述室内暖风交换器的出口连接于所述暖风三通阀的第二个端口，所述暖风三通阀的第三个端口连接于所述内外循环三通阀的第三个端口。可选的，所述空调系统包括电动空调压缩机、热电装置、室外冷凝器、制冷节流管、驾驶室蒸发器和室内暖风交换器；所述热电装置的冷端的出口通过空调压缩机连接于热电装置的热端的入口，所述热电装置的热端的出口通过室外冷凝器分别连接制冷节流管的一端以及电池冷却膨胀阀的一端，所述制冷节流管的另一端通过驾驶室蒸发器连接于所述热电装置的冷端的入口，所述电池冷却膨胀阀的另一端通过电池制冷交换器连接于热电装置的冷端的入口。可选的，所述的燃料电池整车热管理系统还包括膨胀水箱，所述膨胀水箱用于向功率电子冷却系统、燃料电池冷却系统与空调系统补充冷却液。可选的，所述中冷器为水冷式中冷器。可选的，所述热电转换装置由半导体制冷片组成，通过改变通过制冷片电流方向实现加热或制冷功能。可选的，热电转换装置和热电装置分别由不同半导体材料组成。可选的，所述空调系统还包括风暖PTC。本专利技术具有如下有益效果：本专利技术燃料电池车整热管理系统，将整车不同的热管理子系统整合，运用半导体材料通过热量转换的方式实现功率电子系统的冷却；同样的方式，实现空调系统回热效果，避免空调压缩机液击现象，提高了空调系统的能效比和寿命。将功率电子冷却系统与动力电池热管理系统耦合，满足环境温度低时动力电池加热，环境温度高时，功率电子系统的能量回收，提升了整车的能量利用率。附图说明图1为本专利技术的燃料电池整车热管理系统的原理图；图2为本专利技术的燃料电池冷却回路连接图；图3为本专利技术的功率电子冷却回路连接图；图4为本专利技术的动力电池自循环、预热回路连接图；图5为本专利技术的动力电池加热循环图；图6为本专利技术的动力电池强制冷却循环图；图7为本专利技术的空调制冷循环图；图8为本专利技术的空调暖风循环图；图中标记示意为：1-膨胀水箱；2-燃料电池DC/DC；3-集成式控制器；4-电机控制器；5-驱动电机；6-燃料电池用空压机；7-电机水泵；8-电机三通阀；9-热电转换装置；10-电机散热器；11-电池水泵；12-动力电池；13-电池三通阀；14-电动空调压缩机；15-热电装置；16-室外冷凝器；17-制冷节流管；18-电池冷却膨胀阀；19-驾驶室蒸发器；20-电池制冷交换器；21-室内暖风交换器；22-风暖PTC；23-燃料电池电堆；24-去离子器；25-燃料电池水泵；26-电磁二通阀；27-中冷器；28-内外循环三通阀；29-暖风三通阀；30-燃料电池散热器。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术的技术方案作进一步阐述。实施例1本实施例提供了一种燃料电池整车热管理系统，尤其是一种采用温差发电系统的燃料电池整车热本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池整车热管理系统，其特征在于，包括功率电子冷却系统、燃料电池冷却系统、动力电池热管理系统与空调系统；热电转换装置一侧与动力电池热管理系统组成动力电池冷却液回路，另一侧串联于所述的功率电子冷却系统的冷却液回路中；热电装置设置于空调系统中，分别与流出空调系统的空调压缩机的冷却剂和流经驾驶室蒸发器或者电池制冷交换器的冷却剂相接触；所述燃料电池冷却系统将燃料电池电堆工作时产生的多余热量传递于环境或乘员舱中，维持燃料电池系统温度在最佳的工作温度区间。

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池整车热管理系统，其特征在于，包括功率电子冷却系统、燃料电池冷却系统、动力电池热管理系统与空调系统；热电转换装置一侧与动力电池热管理系统组成动力电池冷却液回路，另一侧串联于所述的功率电子冷却系统的冷却液回路中；热电装置设置于空调系统中，分别与流出空调系统的空调压缩机的冷却剂和流经驾驶室蒸发器或者电池制冷交换器的冷却剂相接触；所述燃料电池冷却系统将燃料电池电堆工作时产生的多余热量传递于环境或乘员舱中，维持燃料电池系统温度在最佳的工作温度区间。2.根据权利要求1所述的燃料电池整车热管理系统，其特征在于，所述动力电池热管理系统包括电池水泵、电池制冷交换器和动力电池，所述热电转换装置的冷端的出口与所述动力电池的冷却管路的入口连接，所述动力电池的冷却管路的出口连接于电池三通阀的一个端口；所述电池三通阀的第二个端口通过电池制冷交换器和电池水泵连接于所述热电转换装置的冷端的入口。3.根据权利要求2所述的燃料电池整车热管理系统，其特征在于，所述功率电子冷却系统包括燃料电池DC/DC、集成式控制器、电机控制器、驱动电机、燃料电池用空压机、电机水泵和电机散热器；所述电池三通阀的第三个接口连接于所述热电转换装置的热端的出口，并且还连接于电机散热器，所述电机散热器的另一端连接于燃料电池DC/DC的冷却管路的一端，所述燃料电池DC/DC的冷却管路的另一端分别连接于集成式控制器的冷却管路的一端以及电机控制器的冷却管路一端，所述集成式控制器的冷却管路以及电机控制器的冷却管路的另一端连接于驱动电机的冷却管路的一端，所述驱动电机的冷却管路的另一端连接于燃料电池用空压机的冷却管路的一端，所述燃料电池用空压机的冷却管路的另一端通过电机水泵连接于电机三通阀的一个端口，并且所述电机三通阀的第二个端口连接于所述热电转换装置的热端的入口，所述电机三通阀的第三个端口连接于所述电池水泵与所述电池制冷交换器的连接处。4.根据权利要求1所述的燃料电池整车热管理...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文帅，张明宇，王宇鹏，张天强，王艳薇，熊演峰，郭亚辰，郑九阳，
申请(专利权)人：中国第一汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林,22