一种乘用车燃料电池热管理系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种乘用车燃料电池热管理系统及方法，所述热管理系统包括控制器、燃料电池、入口温度传感器、出口温度传感器、PTC加热器、暖风芯体、第一水泵、电控三通阀、去离子器、散热器、第二水泵和中冷器；所述热管理方法包括燃料电池停机模式下的热管理过程、冷启动工作模式下的热管理过程、小功率工作模式下的热管理过程和大功率工作模式下的热管理过程。本发明专利技术能使燃料电池快速启动，避免燃料电池冷启动失败。启动失败。启动失败。

【技术实现步骤摘要】
一种乘用车燃料电池热管理系统及方法


[0001]本专利技术属于氢燃料电池汽车领域，具体涉及一种乘用车燃料电池热管理系统及方法。

技术介绍

[0002]燃料电池乘用车是以燃料电池消耗反应物产生电能作为全部或者一部分动力源驱动车辆前行的乘用车。近年来由于环境和能源等问题，加上燃料电池功率高、无污染等优点，燃料电池乘用车有着很好的应用前景。
[0003]质子交换膜燃料电池在80摄氏度左右的温度下工作效率最佳，且保证燃料电池合理的工作温度非常重要。传统的发动机散热，主要通过发动机机体和排气管以尾气的形式散出，只有少量的热量是通过散热器散出，与传统的燃油发动机不同，燃料电池在散热方面主要依靠散热器。一般而言，在相同的车辆运行条件下，燃料电池的散热量比传统燃油发动机大很多，但燃料电池系统的运行温度较低，与环境的温差较小，这导致了燃料电池对散热要求相比传统车高了很多。
[0004]在现有的乘用车燃料电池热管理技术中，由于燃料电池乘用车空间狭小，且燃料电池系统部件多，散热需求大，因此对燃料电池的热管理系统体积及其安装有着很高的要求，这对燃料电池冷却带来更大的挑战。此外，燃料电池热管理系统通常使用节温器来调节电堆的工作温度，但节温器的开关控制方式使得燃料电池温度波动大，这会造成燃料电池输出功率的不稳定，对电堆的正常工作造成影响。另一方面，燃料电池在冷启动时，产生的热量无法与外界低温抗衡时，燃料电池容易启动失败。为了解决这一问题，现有的技术采用PTC加热回路来给冷却液加热，使得燃料电池（电堆）达到启动的温度要求。但是由于PTC回路流动阻力大、流量小，使得燃料电池冷启动速度慢，或是造成燃料电池从入口到出口的巨大温差而使得冷启动失败。因此，如何设计更优的燃料电池热管理系统及方法就显得非常重要。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种乘用车燃料电池热管理系统及方法，以使燃料电池快速启动，避免燃料电池冷启动失败。
[0006]本专利技术所述的乘用车燃料电池热管理系统，包括控制器、燃料电池、入口温度传感器、出口温度传感器、PTC加热器、暖风芯体、第一水泵、电控三通阀、去离子器、散热器、第二水泵和中冷器，PTC加热器的入口与燃料电池的出口相连，PTC加热器的出口与暖风芯体的入口相连，暖风芯体的出口与电控三通阀的三通阀常开入口相连，第一水泵的一端与电控三通阀的三通阀第一可控出口相连、另一端与PTC加热器的入口相连，散热器的出口与第二水泵的入口相连，第二水泵的出口与中冷器的入口和燃料电池的入口相连，入口温度传感器、出口温度传感器分别安装在燃料电池的入口处管路、出口处管路上；入口温度传感器、出口温度传感器与控制器电连接，将检测的燃料电池入口处、燃料电池出口处的冷却液温
度发送给控制器，控制器与PTC加热器、第一水泵、电控三通阀、散热器、第二水泵电连接，控制PTC加热器、第一水泵、电控三通阀、散热器、第二水泵工作；该乘用车燃料电池热管理系统还包括与控制器电连接的电控四通阀，电控四通阀的四通阀第一常开入口与燃料电池的出口相连、四通阀第二常开入口与中冷器的出口相连、四通阀第一可控出口与散热器的入口相连、四通阀第二可控出口与第二水泵的入口相连；去离子器的入口与电控三通阀的三通阀第二可控出口相连，去离子器的出口与第二水泵的入口相连。
[0007]优选的，所述第二水泵的出口通过过滤器与燃料电池的入口相连（即第二水泵的出口与过滤器的入口相连，过滤器的出口与燃料电池的入口相连），过滤器能够过滤冷却液中的杂质，起到保护燃料电池，延长燃料电池寿命的作用。所述第二水泵的入口还连接有水箱，水箱通过气管与散热器相连，水箱起补水和方便散热器逸气的作用。
[0008]优选的，所述散热器具有两个散热风扇，能够实现更大更均匀的散热空气流量，满足燃料电池在满负荷和高温天气下的散热需求。
[0009]本专利技术所述的乘用车燃料电池热管理方法，采用上述乘用车燃料电池热管理系统，该方法包括：在燃料电池停机模式下，控制器控制第二水泵关闭，控制三通阀第一可控出口打开、三通阀第二可控出口关闭，如果暖风芯体需要供热，则控制器控制PTC加热器和第一水泵工作，冷却液在PTC加热器、暖风芯体、电控三通阀、第一水泵形成的回路内循环流动，通过暖风芯体供热给乘员舱，此时暖风芯体供热的能量全部来自于PTC加热器。
[0010]在冷启动工作模式下，控制器控制第一水泵关闭、第二水泵工作，控制四通阀第一可控出口关闭、四通阀第二可控出口打开，控制三通阀第一可控出口关闭、三通阀第二可控出口打开，控制PTC加热器工作，冷却液从燃料电池的出口流出分两路，一路经电控四通阀直接流到第二水泵的入口，另一路经PTC加热器、暖风芯体、电控三通阀、去离子器流到第二水泵的入口，汇合后从第二水泵的出口流出，流出的冷却液一部分经中冷器流入电控四通阀、另一部分流入燃料电池；在此过程中，控制器通过调节PTC加热器的功率来控制燃料电池的冷却液升温速度，通过调节第二水泵的转速和/或调节四通阀第二可控出口的开度来控制燃料电池出口处与燃料电池入口处的冷却液温差，如果燃料电池出口处的冷却液温度到达燃料电池正常工作的温度范围，则进入小功率工作模式；在小功率工作模式下，控制器控制第二水泵工作，控制三通阀第一可控出口打开、三通阀第二可控出口关闭，控制电控四通阀的四通阀阀芯由四通阀第一可控出口逐渐向四通阀第二可控出口转动，冷却液从燃料电池的出口流出经电控四通阀分为两路，一路直接流到第二水泵的入口，另一路经散热器流到第二水泵的入口，汇合后从第二水泵的出口流出，流出的冷却液一部分经中冷器流入电控四通阀、另一部分流入燃料电池；在此过程中，控制器通过调节可控四通阀的阀芯的转动角度来控制分别流过四通阀第一可控出口与四通阀第二可控出口的冷却液流量，通过调节散热器的散热风扇转速来控制燃料电池出口处的冷却液温度，通过调节第二水泵的转速来控制燃料电池出口处与燃料电池入口处的冷却液温差；如果暖风芯体需要供热，则控制器控制PTC加热器和第一水泵工作，用于暖风芯体供热的冷却液在PTC加热器、暖风芯体、电控三通阀、第一水泵形成的回路内循环流动；在大功率工作模式下，控制器控制第一水泵关闭、第二水泵工作，控制四通阀第一可控出口全开（即四通阀第一可控出口的开度为100%）、四通阀第二可控出口关闭，控制三
通阀第一可控出口打开、三通阀第二可控出口关闭，冷却液从燃料电池的出口流出经电控四通阀、散热器流到第二水泵的入口，然后从第二水泵的出口流出，流出的冷却液一部分经中冷器流入电控四通阀、另一部分流入燃料电池；在此过程中，控制器通过调节散热器的散热风扇转速来控制燃料电池出口处的冷却液温度，通过调节第二水泵的转速来控制燃料电池出口处与燃料电池入口处的冷却液温差；如果暖风芯体需要供热，则控制器控制PTC加热器工作，控制三通阀第一可控出口关闭、三通阀第二可控出口打开，从燃料电池的出口流出的冷却液一部分经PTC加热器、暖风芯体、电控三通阀、去离子器流到第二水泵的入口，利用燃料电池的产热和PCT加热器的加热通过暖风芯体供热，同时控制器根据暖风芯体的供热需求大小控制P本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种乘用车燃料电池热管理系统，包括控制器（15）、燃料电池（14）、入口温度传感器（13）、出口温度传感器（6）、PTC加热器（1）、暖风芯体（2）、第一水泵（3）、电控三通阀（8）、去离子器（7）、散热器（9）、第二水泵（10）和中冷器（11），PTC加热器（1）的入口与燃料电池（14）的出口相连，PTC加热器（1）的出口与暖风芯体（2）的入口相连，暖风芯体（2）的出口与电控三通阀（8）的三通阀常开入口（82）相连，第一水泵（3）的一端与电控三通阀（8）的三通阀第一可控出口（84）相连、另一端与PTC加热器（1）的入口相连，散热器（9）的出口与第二水泵（10）的入口相连，第二水泵（10）的出口与中冷器（11）的入口和燃料电池（14）的入口相连，入口温度传感器（13）、出口温度传感器（6）分别安装在燃料电池的入口处管路、出口处管路上；入口温度传感器（13）、出口温度传感器（6）与控制器（15）电连接，将检测的燃料电池入口处、燃料电池出口处的冷却液温度发送给控制器，控制器（15）与PTC加热器（1）、第一水泵（3）、电控三通阀（8）、散热器（9）、第二水泵（10）电连接，控制其工作；其特征在于：还包括与控制器（15）电连接的电控四通阀（5），电控四通阀（5）的四通阀第一常开入口（54）与燃料电池（14）的出口相连、四通阀第二常开入口（55）与中冷器（11）的出口相连、四通阀第一可控出口（52）与散热器（9）的入口相连、四通阀第二可控出口（53）与第二水泵（10）的入口相连；去离子器（7）的入口与电控三通阀（8）的三通阀第二可控出口（85）相连，去离子器（7）的出口与第二水泵（10）的入口相连。2.根据权利要求1所述的乘用车燃料电池热管理系统，其特征在于：所述第二水泵（10）的出口通过过滤器（12）与燃料电池（14）的入口相连；所述第二水泵（10）的入口还连接有水箱（4），水箱（4）通过气管与散热器（9）相连。3.根据权利要求1或2所述的乘用车燃料电池热管理系统，其特征在于：所述散热器（9）具有两个散热风扇。4.一种乘用车燃料电池热管理方法，采用如权利要求1至3任一项所述的乘用车燃料电池热管理系统，其特征在于，该方法包括：在燃料电池停机模式下，控制器（15）控制第二水泵（10）关闭，控制三通阀第一可控出口（84）打开、三通阀第二可控出口（85）关闭，如果暖风芯体（2）需要供热，则控制器（15）控制PTC加热器（1）和第一水泵（3）工作，冷却液在PTC加热器（1）、暖风芯体（2）、电控三通阀（8）、第一水泵（3）形成的回路内循环流动；在冷启动工作模式下，控制器（15）控制第一水泵（3）关闭、第二水泵（10）工作，控制四通阀第一可控出口（52）关闭、四通阀第二可控出口（53）打开，控制三通阀第一可控出口（84）关闭、三通阀第二可控出口（85）打开，控制PTC加热器（1）工作，冷却液从燃料电池（14）的出口流出分两路，一路经电控四通阀（5）流到第二水泵（10）的入口，另一路经PTC加热器（1）、暖风芯...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨磊，邓承浩，陈金锐，樊敏，杨毅，
申请(专利权)人：重庆长安新能源汽车科技有限公司，
类型：发明
国别省市：