一种用于燃料电池汽车的热管理系统技术方案

本发明专利技术提出一种用于燃料电池汽车的热管理系统，包括电堆冷却单元、动力电池散热单元、整车供暖单元及能量储存单元，所述能量储存单元包括保温箱，保温箱内安装有第三换热器和加热器，加热器连接太阳能电池板，电堆冷却水管的进水端和出水端均连接至保温箱；能量储存单元还包括经管路依次连接成回路的第三换热器、储能水循环水泵、第四换热器、三通阀和第一换热器，三通阀的第三接口连接至第三换热器的进水端。本发明专利技术综合电堆冷却单元、动力电池散热单元、整车供暖单元热量利用，提高了系统的能量利用率。增加能量储存单元，解决了在低温下燃料电池快速启动和动力电池保温以及整车供暖耗能高的问题。暖耗能高的问题。暖耗能高的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种用于燃料电池汽车的热管理系统


[0001]本专利技术属于燃料电池汽车领域，尤其涉及一种用于燃料电池汽车的热管理系统。

技术介绍

[0002]以燃料电池汽车为代表的新能源汽车具有节能、环保等优点，在近年来迅速发展，具有很好的应用前景，但与传统内燃机汽车相比，燃料电池汽车在热管理方面面临较大的挑战。
[0003]当燃料电池在低温下起堆，尤其是在环境温度低于0℃时起堆时，燃料电池化学反应本身产生的热量较低，生成的水极易结冰，从而导致起堆失败。在起堆之前把电堆温度升高到0℃以上，可以提高起堆成功的概率，进而利用自身化学反应产生的热量把电堆升温至需求的温度。在满足电堆要求的情况下提升起堆之前电堆的升温速率，可以缩短电堆的冷启动时间。目前燃料电池低温冷启动多通过PTC加热或者控制电堆的操作条件利用自身反应产生的热量加热来实现。使用PTC加热消耗了动力电池储存的电能，同时受到PTC加热功率的限制，起堆时间较长；控制电堆的操作条件利用自身反应产生的热量起堆要求较高，较难控制，同样存在起堆时间长的问题。
[0004]燃料电池汽车搭载的动力电池多为锂电池，锂电池适宜的工作温度在20～30℃之间，温度过高或者过低同样会导致锂电池的性能衰减甚至损毁，在温度低的时候需要给锂电池加热，在温度高的时候需要给锂电池散热。锂电池低温下的加热目前大多通过PTC加热来实现，使用PTC同样消耗了动力电池储存的电能。
[0005]当搭载燃料电池的车辆在低温下使用时，为了提高驾驶舱内人员的驾乘舒适性，需要使用暖风对驾驶舱供热，使驾驶舱达到令驾乘人员舒适的环境温度。同时车辆在低温、空气湿度大或者低温雨雪天气使用时，车辆的风挡玻璃容积结霜，为了提高驾驶的安全性，需要利用暖风对玻璃进行除霜，保持驾驶员视野清晰。这些暖风的能量最终来自氢气和氧气的化学反应或者储存在动力电池内的能量，暖风是耗能较大的零件，在使用暖风时，希望能尽可能的降低能量的消耗，以最终降低车辆的燃料消耗，提高车辆的续航里程。
[0006]随着燃料电池功率的增加，对散热器的散热面积要求也不断增加。由于车辆空间本身就很紧张，这对布置造成了很大的难度，尤其是电堆在较高环境温度下以峰值功率输出，这种工况出现的时间短但对散热需求高，为了满足峰值功率输出的需求需要较大换热能力的换热器，造成多数情况下散热能力及布置空间的浪费。
[0007]综上，现有的燃料电池汽车热管理系统在低温下燃料电池快速启动和动力电池保温、以及整车供暖多依赖于PTC加热，存在低温启动慢和动力电池耗能高的问题，难以在降低动力电池耗能的基础上解决上述问题。

技术实现思路

[0008]本专利技术针对上述的技术问题，提出一种具有能量储存单元并且综合电堆冷却单元、动力电池散热单元、整车供暖单元热量利用的热管理系统。
[0009]为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0010]一种用于燃料电池汽车的热管理系统，包括电堆冷却单元、动力电池散热单元、整车供暖单元及能量储存单元，所述电堆冷却单元包括燃料电池电堆，燃料电池电堆上经电堆冷却水管连接有电堆冷却循环水泵、节温器、主散热器，主散热器和电堆之间还设置有膨胀水箱；
[0011]所述动力电池散热单元包括经电池散热水管连接成回路的动力电池、电池散热循环水泵、第一换热器和第二换热器；
[0012]所述整车供暖单元包括经管路依次连接成回路的冷凝器、第一膨胀和截止组合阀、蒸发器和空调压缩机，以及依次连接成回路的暖风换热器、暖风循环水泵和第四换热器，蒸发器和暖风换热器接触；
[0013]冷凝器经第二膨胀和截止组合阀连接至第二换热器，第二换热器连接空调压缩机的进液端；
[0014]所述能量储存单元包括保温箱，保温箱内安装有第三换热器和加热器，加热器连接太阳能电池板，电堆冷却水管的进水端和出水端均连接至保温箱；能量储存单元还包括经管路依次连接成回路的第三换热器、储能水循环水泵、第四换热器、三通阀和第一换热器，三通阀的第三接口连接至第三换热器的进水端。
[0015]作为优选，电堆冷却水管的出水端设置有电堆出水温度传感器，进水端设置有电堆入水温度传感器。
[0016]作为优选，电堆冷却水管的进水端与保温箱之间的管路上设置有比例阀。
[0017]作为优选，冷凝器的出水端经膨胀和截止组合阀连接至第二换热器的进水端，第二换热器的出水端连接至空调压缩机的进水端。供暖单元与电池加热单元热交换
[0018]作为优选，还包括储水喷淋单元，所述储水喷淋单元包括储水器和电控喷头，储水器连接至燃料电池。
[0019]作为优选，所述储水器内安装有液位开关。
[0020]作为优选，所述暖风换热器一侧设置有鼓风机。
[0021]作为优选，所述能量储存单元还包括检测保温箱内水温的储能水温度传感器。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果在于：
[0023]1、本专利技术所述的用于燃料电池汽车的热管理系统包括电堆冷却单元、动力电池散热单元、整车供暖单元、能量储存单元，并且各单元之间可相互进行能量交换，充分协调利用各单元的热量，提高系统的能力利用率。
[0024]2、增加能量储存单元，在低温环境下储存燃料电池化学反应产生的热量，并在燃料电池不工作的时候通过太阳能电池板发电加热使能量储存单元维持在一定的温度。
[0025]3、电堆进行低温冷启动时，利用能量储存单元储存的高温冷却液加热电堆，避免了PTC消耗电能加热电堆产生的能量损耗，并且加热速率快，缩短了低温冷启动时间。
[0026]4、在低温环境下工作时，通过能量储存单元内部热交换利用燃料电池化学反应产生的热量加热动力电池，使其达到适宜的工作温度，避免了PTC消耗电能加热动力电池产生的能量损耗。
[0027]5、燃料电池在高温环境、峰值功率下工作时，利用整车空调系统制冷及通过换热器和能量存储单元的热交换，将能量储存单元内部储存的冷却液温度降低，进而提供给燃
料电池系统冷却，避免燃料电池主散热器设计余量过大造成的浪费。
[0028]6、设置储水喷淋单元，通过储水喷淋单元收集燃料电池化学反应产生的水，并根据需要将这些收集的水喷淋到换热器外表面清洗换热器进行，降低了换热器的污垢损失，提升了换热器的换热效率，避免了水资源的浪费。
附图说明
[0029]图1为本专利技术热管理系统的结构示意图；
[0030]以上各图中：a、电堆冷却单元；b、动力电池散热单元；c、整车供暖单元；d、储水喷淋单元；1、燃料电池；2、电堆出水温度传感器；3、电堆冷却循环水泵；4、电子节温器；5、膨胀水箱；6、主散热器；7、电堆入水温度传感器；8、比例阀；9、能量储存单元；901、保温箱；902、太阳能电池板；903、加热器；904、第三换热器；905、储能水温度传感器；10、储能水循环水泵；11、第四换热器；12、暖风换热器；13、鼓风机；14、暖风循环水泵；15、三通阀；16、动力电池；17、电池散热循环水泵；18、第一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于燃料电池汽车的热管理系统，其特征在于：包括电堆冷却单元、动力电池散热单元、整车供暖单元及能量储存单元，所述电堆冷却单元包括燃料电池电堆，燃料电池电堆上经电堆冷却水管连接有电堆冷却循环水泵、节温器、主散热器，主散热器和电堆之间还设置有膨胀水箱；所述动力电池散热单元包括经电池散热水管连接成回路的动力电池、电池散热循环水泵、第一换热器和第二换热器；所述整车供暖单元包括经管路依次连接成回路的冷凝器、第一膨胀和截止组合阀、蒸发器和空调压缩机，以及依次连接成回路的暖风换热器、暖风循环水泵和第四换热器，蒸发器和暖风换热器接触；冷凝器经第二膨胀和截止组合阀连接至第二换热器，第二换热器连接空调压缩机的进液端；所述能量储存单元包括保温箱，保温箱内安装有第三换热器和加热器，加热器连接太阳能电池板，电堆冷却水管的进水端和出水端均连接至保温箱；能量储存单元还包括经管路依次连接成回路的第三换热器、储能水循环水泵、第四换热器、三通阀和第一换热器，三通阀的第三接口连接至第三换热器的进水端。2.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱维，谢佳平，王保存，匡金俊，
申请(专利权)人：海卓动力青岛能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：