CN109159641A - 一种燃料电池汽车热量管理和空气循环控制系统 - Google Patents

一种燃料电池汽车热量管理和空气循环控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于汽车控制系统技术领域，涉及一种燃料电池汽车热量管理和空气循环控制系统，包括车内温和湿度控制系统、动力电池热量管理系统以及车内空气循环系统。温度和湿度传感器检测车内的温度和湿度，通过ECU闭环控制动力阀系统将燃料电池排放的尾气通入车内，实现车内的温、湿度的可控。通过控制燃料电池排放的水蒸气通入动力电池系统，使动力电池工作在最佳的温度状态，延长动力电池的使用寿命。车外空气从汽车前进气格栅进来，通过管道进入车内空气循环系统，再由汽车尾部排出，实现车内换气的功能。本发明通过燃料电池排放尾气的热量和水分，控制车内温、湿度和动力电池的工作温度，保持车内新鲜的空气，提高了燃料电池的能源利用率。

Description

一种燃料电池汽车热量管理和空气循环控制系统
技术领域
本发明属于汽车控制系统技术领域，涉及一种燃料电池汽车热量管理和空气循环控制系统，用来控制燃料电池汽车内温、湿度和动力电池工作温度的稳定，并保持车内新鲜的空气。
背景技术
氢燃料电池的燃料是氢和氧，生成物是清洁的水，它本身工作不产生一氧化碳和二氧化碳，也没有硫和微粒排出。与传统汽车相比，燃料电池车能量转化效率高达60～80％，为内燃机的2～3倍。因此，氢燃料电池汽车是真正意义上的零排放、零污染的车，氢燃料是完美的汽车能源。氢燃料电池在工作时会产生大量的水蒸气，伴随着产生大量的热量。如何排放和充分利用这些热量和水分，是目前研究氢燃料电池的一个重要方向。
当动力电池工作在极端地区或极端天气情况下，对动力电池的使用寿命有极大的影响。如何控制动力电池工作在额定工作温度范围，具有重要研究意义。
当汽车门窗紧闭，汽车内的空气不流通，已发生过多起夏季车内儿童窒息的事件。若打开车窗，当汽车高速行驶时，会产生大量的噪音，且进入车内的空气流速太快，对乘客极其不适。
目前对于上述问题还没有系统的解决方案，现有的方案是将燃料电池排放的水蒸气通入车内来制暖，对车内的温度和湿度都没有进行精确的控制，而且当汽车门窗紧闭，车内的空气也是不流通的。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种燃料电池汽车热量管理和空气循环控制系统。
本发明的技术方案：
一种燃料电池汽车热量管理和空气循环控制系统，包括车内温度和湿度控制系统、动力电池热量管理系统以及车内空气循环系统；
所述的车内温度和湿度控制系统，包括燃料电池系统1、动力阀系统c5、动力阀系统e8、ECU14、温度和湿度传感器18以及车内空调系统19，用于控制车内的温度和湿度；所述的温度和湿度传感器18用于检测车内的温度和湿度，并把信号传送给ECU14，ECU14根据车内乘客设置的温度和湿度控制各个动力阀系统的闭合，以控制车内空调系统19内的水蒸气通过前排出风口和后排出风口进入车内，从而组成闭环控制系统来调节汽车内的温度和湿度；
所述的车内空气循环系统，包括汽车前进气栅13、动力阀系统d7和汽车内空调出风口6；
所述的动力电池热量管理系统，包括动力电池22、动力电池加热系统10、动力电池自然风散热系统12、动力电池温度传感器20、ECU14、动力阀系统a2、动力阀系统b3、动力阀系统f 9和动力阀系统g11；所述的动力电池温度传感器20用于检测动力电池22的工作温度，并将信号传送给ECU14；
所述的动力阀系统，主要由气体管道、真空电磁阀17、膜片真空气室16和动力阀15组成；所述的真空电磁阀17、膜片真空气室16和动力阀15顺次连接，动力阀15设在气体管道上，控制气体的流通量；通过ECU14控制动力阀系统的闭合；
车外空气从汽车前进气栅13进入系统后，分为三个支路；
第一支路与汽车内空调出风口6相通，管道上设有动力阀系统d7、动力阀系统e8和动力阀系统c5，实现控制；
第二支路与车内温和湿度控制系统内的燃料电池系统1相连通后，分为三个子支路；第一子支路与第一支路并联，通过动力阀系统e8控制第一子支路与第一支路的连通，通过动力阀系统c5实现控制与汽车内空调出风口6相连通；第二子支路通向尾气排放4，管道上设有动力阀系统a2和动力阀系统b3，实现控制；第三子支路与动力电池加热系统10相连，并通过动力阀系统f9进行控制；第三子支路与第二子支路通过动力阀系统b3控制并联接通后，通向尾气排放；
第三支路通入动力电池自然风散热系统12，并通过动力阀系统g11进行控制；
当车静止时，动力阀系统全开，最大程度保证新鲜空气进入车内；当车行驶时，车内乘客可以调节风速的大小旋钮，使ECU14来控制动力阀系统的开度，达到调节风速大小的功能，并控制燃料电池系统1的温度和湿度以及动力电池22的温度。
所述的汽车内空调出风口6，包括车外空气、水蒸气和冷气三种出风口；分布于汽车前排、汽车后排和座椅。
本发明的有益效果：装有本发明的控制系统的燃料电池汽车，可以充分利用燃料电池排出的水蒸气，精确控制车内的温度和湿度以及动力电池的温度，并保证车内的新鲜的空气。
附图说明
图1为本发明中燃料电池汽车热量管理和空气循环控制系统的结构示意图。
图2为本发明中动力阀控制系统结构示意图。
图3为本发明中车内温度和湿度控制系统的闭环控制信号连接示意图。
图4为本发明中汽车空调系统出风口的结构示意图。
图5为本发明中动力电池热量管理系统信号连接示意图。
图6为本发明中车内温度和湿度控制系统的控制策略流程图。
图7为本发明中燃料电池汽车动力电池温度控制系统的控制策略流程图。
图中：1燃料电池系统；4尾气排放；6汽车内空调出风口；10动力电池加热系统；12动力电池自然风散热系统；13汽车前进气栅；14ECU；15动力阀；16膜片真空气室；17真空电磁阀；18温度和湿度传感器；19车内空调系统；20动力电池温度传感器；21额定动力电池工作温度；22动力电池；2动力阀系统a；3动力阀系统b；5动力阀系统c；7动力阀系统d；8动力阀系统e；9动力阀系统f；11动力阀系统g。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
一种燃料电池汽车热量管理和空气循环控制系统，如图1所示，包括车内温和湿度控制系统、动力电池热量管理系统以及车内空气循环系统。
所述的车内温和湿度控制系统用来精确控制车内的温度和湿度，包括燃料电池系统1、动力阀系统c5、动力阀系统e8、ECU14、温度和湿度传感器18以及车内空调系统19。
如图3和图6所示，当车内需要提高温度和湿度时，燃料电池系统1产生的水蒸气进入管道，ECU14控制动力阀系统c5和动力阀系统e8开启一定的开度，水蒸气经过动力阀系统c5和动力阀系统e8进入汽车内空调出风口6。车内的温度和湿度传感器18检测车内的温度和湿度，ECU14判断是否达到用户设置的温度和湿度，继而控制动力阀系统c5和动力阀系统e8的开度或关闭。
动力阀系统如图2所示，由气体管道、真空电磁阀17、膜片真空气室16和动力阀15组成。动力阀系统的基本工作原理是通过ECU14接通真空电磁阀17搭铁回路，膜片真空室16中的真空不能进入真空电磁阀17，控制动力阀15开启，进气通道面积变大，通入的气体增多。
车内空气循环系统，如图1所示，包括汽车前进气珊13、动力阀系统d7和汽车内空调出风口6。
如图1和图4所示，当汽车静止时，动力阀系统c5和动力阀系统d7保持常开，动力阀系统e8关闭来自燃料电池系统1的水蒸气的通道，常开来自车外空气的通道，车外的新鲜空气源源不断地进入车内，实现车内空气的循环，保证车内新鲜的空气。
当汽车高速行驶时，ECU14根据用户设定的风速的大小控制动力阀系统的开合，包括前排出风口、后排出风口和座椅出风口的风速。如图6所示，ECU14控制动力阀系统5的开度，保证通入车内空气的流速的大小。这样汽车在高速行驶时，可紧闭门窗也可保持车内的新鲜空气，减少了噪音，保证车内相对安静，给乘客舒适的乘车环境。
动力电池热量管理系统如图1所示，包括给动力电池加热和散热两种系统。由动力电池22、动力电池加热系统10、动力电池自然风散热系统12、ECU14、动力电池温度传感器20、动力阀系统a2、动力阀系统b3、动力阀系统f 9和动力阀系统g11组成。
如图5和图7所示，当动力电池温度传感器20检测到动力电池22的温度低于额定动力电池工作温度21范围时，把信号传送给ECU14，ECU14根据动力电池22的工作温度控制动力阀系统b3和动力阀系统f9的开度，开启动力电池加热系统10，控制燃料电池系统1排放的水蒸气进入动力电池加热系统10，对动力电池22进行加热，使其达到额定动力电池工作温度21范围。当检测到动力电池22的温度属于额定动力电池工作温度21范围时，ECU14控制动力阀系统b3、动力阀系统f9和动力阀系统g11都关闭。当检测到动力电池22的温度高于额定动力电池工作温度21范围时，ECU14控制动力阀系统g11的开度，开启动力电池自然风散热系统12，关闭水蒸气进入动力电池加热系统10的通道，通入自然风对动力电池22进行散热，使其降低到额定动力电池工作温度21范围。

Claims (2)

1.一种燃料电池汽车热量管理和空气循环控制系统，其特征在于，所述的燃料电池汽车热量管理和空气循环控制系统包括车内温度和湿度控制系统、动力电池热量管理系统以及车内空气循环系统；
所述的车内温度和湿度控制系统，包括燃料电池系统(1)、动力阀系统c(5)、动力阀系统e(8)、ECU(14)、温度和湿度传感器(18)以及车内空调系统(19)，用于控制车内的温度和湿度；所述的温度和湿度传感器(18)用于检测车内的温度和湿度，并把信号传送给ECU(14)，ECU(14)根据车内乘客设置的温度和湿度控制各个动力阀系统的闭合，以控制车内空调系统(19)内的水蒸气通过前排出风口和后排出风口进入车内，从而组成闭环控制系统来调节汽车内的温度和湿度；
所述的车内空气循环系统，包括汽车前进气栅(13)、动力阀系统d(7)和汽车内空调出风口(6)；
所述的动力电池热量管理系统，包括动力电池(22)、动力电池加热系统(10)、动力电池自然风散热系统(12)、动力电池温度传感器(20)、ECU(14)、动力阀系统a(2)、动力阀系统b(3)、动力阀系统f(9)和动力阀系统g(11)；所述的动力电池温度传感器(20)用于检测动力电池(22)的工作温度，并将信号传送给ECU(14)；
所述的动力阀系统，主要由气体管道、真空电磁阀(17)、膜片真空气室(16)和动力阀(15)组成；所述的真空电磁阀(17)、膜片真空气室(16)和动力阀(15)顺次连接，动力阀(15)设在气体管道上，控制气体的流通量；通过ECU(14)控制动力阀系统的闭合；
车外空气从汽车前进气栅(13)进入系统后，分为三个支路；
第一支路与汽车内空调出风口(6)相通，管道上设有动力阀系统d(7)、动力阀系统e(8)和动力阀系统c(5)，实现控制；
第二支路与车内温和湿度控制系统内的燃料电池系统(1)相连通后，分为三个子支路；第一子支路与第一支路并联，通过动力阀系统e(8)控制第一子支路与第一支路的连通，通过动力阀系统c(5)实现控制与汽车内空调出风口(6)相连通；第二子支路通向尾气排放4，管道上设有动力阀系统a(2)和动力阀系统b(3)，实现控制；第三子支路与动力电池加热系统(10)相连，并通过动力阀系统f(9)进行控制；第三子支路与第二子支路通过动力阀系统b(3)控制并联接通后，通向尾气排放；
第三支路通入动力电池自然风散热系统(12)，并通过动力阀系统g(11)进行控制；
当车静止时，动力阀系统全开，最大程度保证新鲜空气进入车内；当车行驶时，车内乘客可以调节风速的大小旋钮，使ECU(14)来控制动力阀系统的开度，达到调节风速大小的功能，并控制燃料电池系统(1)的温度和湿度以及动力电池(22)的温度。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池汽车热量管理和空气循环控制系统，其特征在于，所述的汽车内空调出风口(6)，包括车外空气、水蒸气和冷气三种出风口；分布于汽车前排、汽车后排和座椅。
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