一种采用双循环水泵的氢发动机热管理系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种采用双循环水泵的氢发动机热管理系统，包括软冷启动水路、小循环水路和控制系统，软冷启动水路包括主动式去离子水路和大循环水路；所述控制系统包括ECU控制器。本发明专利技术还公开了一种采用双循环水泵的氢发动机热管理系统的控制方法，主要控制小循环水路、大循环水路、软冷启动水路以及主动式去离子水路等不同功能、工况的切换。本发明专利技术采用双循环水泵技术，通过先快速加热外部管路冷却，然后通过冷却液混合的加热方式实现对氢发动机的软冷启动，加热效率高、冷启动时间短。同时，本发明专利技术设计的双循环水泵可实现电堆工作前冷却液的主动去离子工作模式，避免了现有被动式去离子方式对氢发动机电堆可能的损害。

【技术实现步骤摘要】
一种采用双循环水泵的氢发动机热管理系统及控制方法
本专利技术涉及氢发动机的热管理系统的
，特别是采用双循环水泵的氢发动机热管理系统的

技术介绍
氢发动机是一种利用氢气和氧气电化学反应产生电量的新型动力源。采用该新型动力的新能源汽车，与传统燃油汽车相比较，能够实现零排放，全生命周期内对环境污染均极小；而与纯电动汽车相比较，不存在续航里程限制等先天不足的缺点。因此，氢发动机已经成为未来新能源汽车的一个重要发展方向。然而，氢发动机工程应用过程中，氢气和氧气电化学反应对环境温度的要求较为严苛，其工作温度范围下限值Tmin一般为60℃，上限值Tmax一般为75℃。超出该工作范围后，氢发动机工作效率和输出功率将大幅降低，直至不能工作，因此，设计合理的热管理系统对于燃料电池的可靠、高效运行尤为重要。当氢发动机工作温度高于温度上限时，热管理系统需要调节冷却水泵的流量和冷却风扇的转速以使得氢发动机工作过程中产生的反应热量能及时排除；当氢发动机工作温度低于温度下限时，尤其氢发动机需要在零下的低温环境中启动时，热管理系统需要对氢发动机及其核心部件进行加热。目前，氢发动机热管理系统通常采用在小循环管路中串入一个一定功率的电加热器的方式直接对氢发动机电堆所在的冷却回路进行加热，进而完成低温启动。采用这种加热方式，一旦加热器功率过大，且管路中的冷却液较少、很难精准控制加热速率，加热过程中很难控制管路中冷却液的温升速率，很容易造成氢发动机局部温度过高，甚至超过氢发动机电堆的许用温度范围，对氢发动机电堆造成不可控的永久损害。此外，现有热管理系统为解决系统中离子析出的问题，往往采用在系统并入一路去离子器水循环支路的被动式去离子方案。采用这种去离子方案，去离子能力大小严重依赖于发动机主循环水泵的工作状态以及该支路与主循环水路的流量分配比例，不能实现主动去除离子的功能，氢发动机开机前和运行过程中均存在离子浓度超标导致电堆损害的风险。
技术实现思路
本专利技术的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种采用双循环水泵的氢发动机热管理系统及控制方法，能够采用双循环水泵技术，实现对氢发动机的软冷启动；同时实现了电堆工作前冷却液的主动去离子工作。为实现上述目的，本专利技术提出了一种采用双循环水泵的氢发动机热管理系统及控制方法，包括软冷启动水路、小循环水路和控制系统，软冷启动水路包括主动式去离子水路和大循环水路；所述的主动式去离子水路通过辅循环电子水泵驱动冷却液依次经过电加热器、离子交换器、多风扇冷却模块、电子四通换向阀所形成的水循环回路；所述的小循环水路通过主循环电子水泵驱动冷却液依次经过电子四通换向阀、流量计、压力传感器、氢发动机电堆和氢发动机电堆出口温度传感器所形成的水循环回路；所述大循环水路通过循环电子水泵驱动冷却液依次经过电子四通换向阀、多风扇冷却模块、电导率测试仪、冷却模块出口温度传感器、流量计、压力传感器、氢发动机电堆和氢发动机电堆出口温度传感器所形成的水循环回路；所述控制系统包括ECU控制器，ECU控制器与主循环电子水泵、电子四通换向阀、多风扇冷却模块、电导率测试仪、冷却模块出口温度传感器、辅循环电子水泵、电加热器、离子交换器、流量计、压力传感器、氢发动机电堆和氢发动机电堆出口温度传感器均电性连接。作为优选，所述主动式去离子水路、小循环水路和大循环水路中的部件之间的连接部件均为食品级硅胶管。作为优选，所述电加热器为高电压、高功率、高效率的电加热器，电加热器出水温度远高于传统直接冷启动方案中的出水温度；所述离子交换器为可耐高温的去离子树脂结构，高温环境下仍可稳定工作。作为优选，所述控制系统可实现主动式去离子工作模式，主动式去离子工作模式为：在氢发动机电堆开始工作前，通过电导率测试仪检测到冷却液电导率数值，当冷却液电导率数值超出设定限值时，控制系统将电子四通换向阀动作至内外独立循环水路模式，控制系统开启辅循环电子水泵，辅循环电子水泵驱动冷却液依次经过多风扇冷却模块、电子四通换向阀、电加热器、离子交换器，离子交换器用于去除离子。本专利技术还提出了一种采用双循环水泵的氢发动机热管理系统的控制方法，包括以下步骤：步骤S0：整车上电，ECU控制器开始工作；步骤S1：判断电导率仪测得的冷却液电导率是否小于最高限值io；小于则执行步骤S4，否则进入主动式去离子水路，执行步骤S2、步骤S3直至电导率小于最高限值io；步骤S2：电子四通换向阀动作至内外独立循环水路模式；步骤S3：开启辅循环电子水泵，使得冷却液依次经过多风扇冷却模块、电子四通换向阀、电加热器后经过离子交换器；步骤S4：判断水温T1范围，T1小于冷启动温度Tq时，切换电子四通换向阀进入软冷启动水路，执行步骤S5-步骤S10；T1大于等于Tq小于电子风扇开始工作设定温度Tf，切换电子四通换向阀进入小循环水路，执行步骤S11-步骤S14；T1大于Tf时切换电子四通换向阀进入大循环水路，执行步骤S15-步骤S17；步骤S5：电子四通换向阀动作至内外独立循环水路模式；步骤S6：开启辅循环电子水泵；步骤S7：开启电加热器；步骤S8：判断水温是否大于设定温度Tb，满足条件即可执行步骤S9；步骤S9：电子四通换向阀动作至大循环水路模式步骤S10：T1接近T2之时再回到步骤S4判断水温T1的范围，决定下一个循环工况；步骤S11：电子四通换向阀3动作至内外独立循环水路模式；步骤S12：开启主循环电子水泵；步骤S13：氢发动机电堆开始工作；步骤S14：始终监控电堆出口处的温度T1是否大于风扇开始工作温度Tf，一旦满足即可进入大循环水路模式，执行步骤S15-步骤S17：S15：电子四通换向阀动作至大循环水路模式；S16：电子风扇开始工作；S17：氢发动机电堆持续工作。本专利技术的有益效果：本专利技术采用双循环水泵技术，通过先快速加热外部管路冷却，然后通过冷却液混合的加热方式实现对氢发动机的软冷启动，相对传统技术，该技术具有加热效率高、冷启动时间短和对电堆无热冲击的优点。同时，本专利技术设计的双循环水泵可实现电堆工作前冷却液的主动去离子工作模式，避免了现有被动式去离子方式对氢发动机电堆可能的损害。本专利技术的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。【附图说明】图1是本专利技术一种采用双循环水泵的氢发动机热管理系统及控制方法的结构示意图；图2是本专利技术一种采用双循环水泵的氢发动机热管理系统及控制方法的控制信号连接示意图；图3是本专利技术一种采用双循环水泵的氢发动机热管理系统及控制方法的控制流程图；图4是本专利技术一种采用双循环水泵的氢发动机热管理系统及控制方法的电子四通换向阀位置图。图中：1-膨胀水箱、101-膨胀水箱盖、102-液位传感器、2-主循环电子水泵、3-电子四通换向阀、301-电子四通换向阀阀片、4-多风扇冷却模块、401-散热器、402-电子风扇、5-电导率测试仪、6-冷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采用双循环水泵的氢发动机热管理系统，其特征在于：包括软冷启动水路、小循环水路和控制系统，软冷启动水路包括主动式去离子水路和大循环水路；所述的主动式去离子水路通过辅循环电子水泵(7)驱动冷却液依次经过电加热器(8)、离子交换器(9)、多风扇冷却模块(4)、电子四通换向阀(3)所形成的水循环回路；所述的小循环水路通过主循环电子水泵(2)驱动冷却液依次经过电子四通换向阀(3)、流量计(10)、压力传感器(11)、氢发动机电堆(12)和氢发动机电堆出口温度传感器(13)所形成的水循环回路；所述大循环水路通过循环电子水泵(2)驱动冷却液依次经过电子四通换向阀(3)、多风扇冷却模块(4)、电导率测试仪(5)、冷却模块出口温度传感器(6)、流量计(10)、压力传感器(11)、氢发动机电堆(12)和氢发动机电堆出口温度传感器(13)所形成的水循环回路；所述控制系统包括ECU控制器(14)，ECU控制器(14)与主循环电子水泵(2)、电子四通换向阀(3)、多风扇冷却模块(4)、电导率测试仪(5)、冷却模块出口温度传感器(6)、辅循环电子水泵(7)、电加热器(8)、离子交换器(9)、流量计(10)、压力传感器(11)、氢发动机电堆(12)和氢发动机电堆出口温度传感器(13)均电性连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种采用双循环水泵的氢发动机热管理系统，其特征在于：包括软冷启动水路、小循环水路和控制系统，软冷启动水路包括主动式去离子水路和大循环水路；所述的主动式去离子水路通过辅循环电子水泵(7)驱动冷却液依次经过电加热器(8)、离子交换器(9)、多风扇冷却模块(4)、电子四通换向阀(3)所形成的水循环回路；所述的小循环水路通过主循环电子水泵(2)驱动冷却液依次经过电子四通换向阀(3)、流量计(10)、压力传感器(11)、氢发动机电堆(12)和氢发动机电堆出口温度传感器(13)所形成的水循环回路；所述大循环水路通过循环电子水泵(2)驱动冷却液依次经过电子四通换向阀(3)、多风扇冷却模块(4)、电导率测试仪(5)、冷却模块出口温度传感器(6)、流量计(10)、压力传感器(11)、氢发动机电堆(12)和氢发动机电堆出口温度传感器(13)所形成的水循环回路；所述控制系统包括ECU控制器(14)，ECU控制器(14)与主循环电子水泵(2)、电子四通换向阀(3)、多风扇冷却模块(4)、电导率测试仪(5)、冷却模块出口温度传感器(6)、辅循环电子水泵(7)、电加热器(8)、离子交换器(9)、流量计(10)、压力传感器(11)、氢发动机电堆(12)和氢发动机电堆出口温度传感器(13)均电性连接。


2.如权利要求1所述的一种采用双循环水泵的氢发动机热管理系统，其特征在于：所述主动式去离子水路、小循环水路和大循环水路中的部件之间的连接部件均为食品级硅胶管。


3.如权利要求1所述的一种采用双循环水泵的氢发动机热管理系统，其特征在于：所述电加热器(8)为高电压、高功率、高效率的电加热器；所述离子交换器(9)为可耐高温的去离子树脂结构。


4.如权利要求1所述的一种采用双循环水泵的氢发动机热管理系统，其特征在于：所述控制系统可实现主动式去离子工作模式，主动式去离子工作模式为：在氢发动机电堆(12)开始工作前，通过电导率测试仪(5)检测到冷却液电导率数值，当冷却液电导率数值超出设定限值时，控制系统将电子四通换向阀(3)动作至内外独立循环水路模式，控制系统开启辅循环电子水泵(...

【专利技术属性】
技术研发人员：石海民，朱毅，杨光，
申请(专利权)人：浙江润丰氢发动机有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33