一种用于氢燃料电池汽车的集成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用于氢燃料电池汽车的集成热管理系统，该系统包含空调模块和燃料电池热管理模块，空调模块由压缩机、工质泵、喷射器、车外侧换热器、车内侧换热器、电池侧换热器、发生器、电池水泵、电池冷板、第一电子膨胀阀、第二电子膨胀阀、第一四通换向阀、第二四通换向阀、第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀和三通换向阀组成，燃料电池热管理模块由电堆、PTC加热器、电堆水泵、去离子器、电堆散热器、第一三通调节阀和第二三通调节阀组成。根据电堆产热量以及乘员舱和电池冷却加热需求的不同，该系统具有11种工作模式，兼顾了能源利用效率和系统功能性要求，保证系统在全工况条件下的高效稳定运行。高效稳定运行。

【技术实现步骤摘要】
一种用于氢燃料电池汽车的集成热管理系统及控制方法


[0001]本专利技术属于新能源汽车领域，具体涉及一种用于氢燃料电池汽车的集成热管理系统及控制方法。

技术介绍

[0002]相对于纯电动汽车，氢燃料电池汽车具有清洁无污染、燃料充注快、无里程焦虑等诸多优点，是未来新能源汽车发展的主要方向之一。目前，氢燃料电池系统的工作效率在50％左右，这意味着在车辆行驶过程中约有一半的氢能转化成了热量，需要通过循环冷却水将其排出，从而保证电堆处于适宜的工作温度。如何有效回收和利用这部分能量，成为了提高氢燃料电池汽车能源利用效率，增强其产品竞争力的关键技术之一。目前，氢燃料电池汽车已普遍安装了水暖回路，利用电堆废热进行乘员舱冬季采暖，有效降低了车辆的冬季能耗。但是，由于汽车行驶工况的复杂多变，燃料电池往往处于间歇性工作状态，功率和产热量不稳定，如何利用电堆废热进行稳定高效的制冷仍然是一个技术难题。目前的氢燃料电池汽车主要还是通过安装独立的电驱动制冷空调来满足乘员舱和动力电池的冷却需求，这不仅会提高车辆夏季能耗和运行成本，而且增加了整车热管理系统的复杂性和初始投资。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于氢燃料电池汽车的集成热管理系统，其特征在于，包含空调模块和燃料电池热管理模块。2.根据权利要求1所述的用于氢燃料电池汽车的集成热管理系统的空调模块，其特征在于，包含压缩机，压缩机出口连接第一单向阀出口和三通换向阀第一端口，三通换向阀第二端口连接喷射器二次流体入口，喷射器出口连接第二单向阀入口，第二单向阀出口连接三通换向阀第三端口和车外侧换热器一端，车外侧换热器另一端连接第二四通换向阀第三端口、第一电子膨胀阀入口和第二电子膨胀阀入口，第二四通换向阀第一端口连接工质泵入口，工质泵出口连接发生器制冷剂侧入口，发生器制冷剂侧出口连接第一四通换向阀第二端口，第一四通换向阀第一端口连接喷射器一次流体入口，第一四通换向阀第三端口连接压缩机入口和第一单向阀入口；第一电子膨胀阀出口连接第二四通换向阀第四端口，第二四通换向阀第二端口连接车内侧换热器一端，车内侧换热器另一端连接第三单向阀出口和第一四通换向阀第四端口；第二电子膨胀阀出口连接电池侧换热器制冷剂入口，电池侧换热器制冷剂出口连接第三单向阀入口；电池侧换热器冷却液出口连接电池水泵入口，电池水泵出口连接电池液冷板入口，电池液冷板出口连接电池侧换热器冷却液入口。3.根据权利要求1所述的用于氢燃料电池汽车的集成热管理系统的燃料电池热管理模块，其特征在于，包含电堆，电堆冷却液出口连接电堆水泵入口，电堆水泵出口连接PTC加热器入口，PTC加热器出口连接第一三通调节阀入口，第一三通调节阀第二出口连接去离子器入口，去离子器出口连接电堆散热器出口、发生器冷却液出口和电堆冷却液入口；第一三通调节阀第一出口连接第二三通调节阀入口，第二三通调节阀第一出口连接发生器冷却液入口，第二三通调节阀第二出口连接电堆散热器入口。4.根据权利要求1和2所述的用于氢燃料电池汽车的集成热管理系统的空调模块，其特征在于，所述压缩机为变频电动压缩机。5.根据权利要求1和3所述的用于氢燃料电池汽车的集成热管理系统的燃料电池热管理模块，其特征在于，所述第一和第二三通调节阀可通过调节进口与第一和第二出口的流通面积比例，实现流体分流比例调节。6.根据权利要求1
‑
3所述的用于氢燃料电池汽车的集成热管理系统，其特征在于，所述车外侧换热器、车内侧换热器、电堆散热器应选用翅片管换热器或平行流换热器，表面安装可调速风机。7.一种基于权利要求1
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6任一项所述的用于氢燃料电池汽车的集成热管理系统的控制方法，其特征在于，所述工作模式包括喷射制冷单乘员舱冷却模式，喷射制冷单电池冷却模式，喷射制冷乘员舱+电池冷却模式，压缩制冷单乘员舱冷却模式，压缩制冷单电池冷却模式，压缩制冷乘员舱+电池冷却模式，喷射压缩复合制冷单乘员舱冷却模式，喷射压缩复合制冷单电池冷却模式，喷射压缩复合制冷乘员舱+电池冷却模式，乘员舱制热模式和燃料电池散热模式，通过控制压缩机、第一四通换向阀、第二四通换向阀、第一电子膨胀阀、第二电子膨胀阀、三通换向阀、第二三通调节阀来切换系统工作模式。8.根据权利要求7所述的用于氢燃料电池汽车的集成热管理系统的控制方法，其特征在于，第一和第二四通换向阀包括模式A和模式B两种工作模式，模式A为四通换向阀的第一端口和第二端口内部导通、第三端口和第四端口内部导通，模式B为四通换向阀的第一端口和第三端口内部导通、第二端口和第四端口内部导通；三通换向阀包含模式A和模式B两种
工作模式，模式A为三通换向阀第一端口只与第二端口导通，模式B为第一端口只与第三端口导通；第一三通调节阀只根据电堆入口冷却液温度进行进出口流通面积调节：若冷却液温度大于预设上限值Tu，则增大入口与第一出口的流通面积比例，减小入口与第二出口的流通面积比例；若冷却液温度小于预设下限值Td，则减小入口与第一出口的流通面积比例，增大入口与第二出口的流通面积比例；具体包括以下过程：1)喷射制冷单乘员舱冷却模式：当仅乘员舱请求制冷，且第一三通调节阀第一出口的冷却液流量大于m1u时，系统启动喷射制冷单乘员舱冷却模式，主要控制参数如下：压缩机关闭，工质泵开启，电池水泵关闭，第一四通换向阀切换至模式A，第二四通换向阀切换至模式B，三通换向阀切换至模式A，第一电子膨胀阀开启并根据工况进行开度自动调节，第二电子膨胀阀关闭，车内侧换热器风机开启，车外侧换热器风机开启并根据工况进行风速自动调节；电堆水泵开启，第二三通调节阀开启并根据发生器冷却液进出口温差进行进出口流通面积调节：若温差大于预设上限值dTu1，则增大入口与第一出口的流通面积比例，减小入口与第二出口的流通面积比例；若温差小于预设下限值dTd1，则减小入口与第一出口的流通面积比例，增大入口与第二出口的流通面积比例；电堆散热器风机开启并根据电堆入口冷却液温度进行风速调节：若冷却液温度大于预设上限值Tu，则增大风机风速，若冷却液温度小于预设下限值Td，则减小风机风速；2)喷射制冷单电池冷却模式：当仅电池请求制冷，且第一三通调节阀第一出口的冷却液流量大于m2u时，系统启动喷射制冷单电池冷却模式，主要控制参数如下：压缩机关闭，工质泵开启，电池水泵开启，第一四通换向阀切换至模式A，第二四通换向阀切换至模式B，三通换向阀切换至模式A，第二电子膨胀阀开启并根据工况进行开度自动调节，第一电子膨胀阀关闭，车内侧换热器风机关闭，车外侧换热器风机开启并根据工况进行风速自动调节；电堆水泵开启，第二三通调节阀开启并根据发生器冷却液进出口温差进行进出口流通面积调节：若温差大于预设上限值dTu1，则增大入口与第一出口的流通面积比例，减小入口与第二出口的流通面积比例；若温差小于预设下限值dTd1，则减小入口与第一出口的流通面积比例，增大入口与第二出口的流通面积比例；电堆散热器风机开启并根据电堆入口冷却液温度进行风速调节：若冷却液温度大于预设上限值Tu，则增大风机风速，若冷却液温度小于预设下限值Td，则减小风机风速；3)喷射制冷乘员舱+电池冷却模式：当乘员舱和电池同时请求制冷，且第一三通调节阀第一出口的冷却液流量大于m3u时，系统启动喷射制冷单乘员舱+电池冷却模式，主要控制参数如下：压缩机关闭，工质泵开启，电池水泵开启，第一四通换向阀切换至模式A，第二四通换向阀切换至模式B，三通换向阀切换至模式A，第一电子膨胀阀开启并根据工况进行开度自动调节，第二电子膨胀阀开启并根据工况进行开度自动调节，车内侧换热器风机开启，车外侧换热器风机开启并根据工况进行风速自动调节；电堆水泵开启，第二三通调节阀开启并根据发生器冷却液进出口温差进行进出口流通面积调节：若温差大于预设上限值dTu1，则增大入口与第一出口的流通面积比例，减小入口与第二出口的流通面积比例；若温差小于预设下限值dTd1，则减小入口与第一出...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈佳恒，王定标，靳遵龙，秦翔，张国杰，李航，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：