CN110723031A - 车辆的热量控制系统及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种车辆的热量控制系统及车辆，其中，热量控制系统包括：燃料电池，用于为车辆输出电能；燃料电池加热模块，燃料电池加热模块用于为燃料电池加热；整车取暖模块，整车取暖模块用于为车辆供暖，整车取暖模块还能够为燃料电池提供热量补偿。本发明解决了现有技术中对燃料电池加热的装置无法在短时间内为燃料电池提供足够的热量，从而导致车辆仍然存在低温冷启动困难的问题。

Description

车辆的热量控制系统及车辆

技术领域

本发明涉及车辆的热量管理技术领域，具体而言，涉及一种车辆的热量控制系统及车辆。

背景技术

燃料电池是一种能够将化学能转化成电能的化学装置，燃料电池以效率高、噪音小和释放有毒气体少等特点在新能源车辆领域得到了广泛的应用，逐渐作为新能源车辆的主要电能供应装置。

制约着燃料电池快速应用的两个关键因素分别是燃料电池处于低温状态下工作效率低，不利于车辆的低温冷启动，以及燃料电池产生废热无法被有效地对应用；其中，不利于车辆的低温冷启动是指，处于寒冷环境中的车辆刚刚启动时，燃料电池以及其周围的环境温度均很低，不利于燃料电池发生化学反应，从而导致燃料电池很难在短时间内释放大量的电能，不利于车辆的快速启动行驶；因此，针对上述技术问题，在燃料电池刚刚开始工作时，需要对燃料电池进行加热，而现有技术中，对燃料电池加热的装置无法在短时间内为燃料电池提供足够的热量，从而造成车辆仍然存在低温冷启动困难的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种以解决现有技术中对燃料电池加热的装置无法在短时间内为燃料电池提供足够的热量，从而导致车辆仍然存在低温冷启动困难的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种车辆的热量控制系统，包括：燃料电池，用于为车辆输出电能；燃料电池加热模块，燃料电池加热模块用于为燃料电池加热；整车取暖模块，整车取暖模块用于为车辆供暖，整车取暖模块还能够为燃料电池提供热量补偿。

进一步地，燃料电池加热模块包括供热循环回路和加热装置，其中，加热装置设置在供热循环回路上，以加热供热循环回路内的冷媒，供热循环回路经过燃料电池；整车取暖模块包括取暖管路和取暖装置，其中，取暖装置设置在取暖管路上并与加热装置并联，以加热取暖管路内的冷媒；取暖管路与供热循环回路连通并沿冷媒的流动方向依次形成第一连通点和第二连通点。

进一步地，热量控制系统还包括燃料电池废热回收模块，用于收集燃料电池工作时释放的热量，燃料电池废热回收模块包括废热吸收循环回路、废热散热器和换热器，其中，废热吸收循环回路经过燃料电池，废热散热器和换热器设置在废热吸收循环回路上，且换热器设置在废热散热器和燃料电池之间并位于燃料电池的下游，换热器用于向取暖装置周围释放热量。

进一步地，燃料电池废热回收模块还包括动力电池，动力电池设置在废热吸收循环回路上并位于换热器和废热散热器之间。

进一步地，燃料电池废热回收模块还包括分流管路和流量调节阀，分流管路上设置有流量调节阀，分流管路与废热吸收循环回路连通，且换热器和动力电池分别与一条分流管路并联。

进一步地，热量控制系统还包括动力泵和换向阀，动力泵设置在供热循环回路上，并位于燃料电池和第一连通点之间，废热吸收循环回路和供热循环回路连通，并沿冷媒的流动方向依次形成第三连通点和第四连通点，其中，第三连通点位于燃料电池和动力泵之间，第四连通点位于第一连通点和动力泵之间，换向阀设置在第四连通点处。

进一步地，加热装置和取暖装置为设置有PTC加热片或加热电阻丝的过流结构。

进一步地，整车取暖模块还包括整车散热器，整车散热器与取暖管路连通，整车散热器用于将取暖装置处的热量向车辆的内部释放，以为车辆供暖。

进一步地，热量控制系统还包括控制器，控制器分别与燃料电池加热模块、整车取暖模块和燃料电池废热回收模块电连接。

根据本发明的另一方面，提供了一种车辆，包括上述的热量控制系统。

应用本发明的技术方案，由于热量控制系统包括燃料电池加热模块和整车取暖模块，这样，燃料电池加热模块用于为燃料电池加热，而整车取暖模块不仅能够为车辆供暖，还能够为燃料电池提供热量补偿，有利于车辆低温冷启动的稳定实现。具体而言，当外界环境温度过低，处于冷启动临界下限温度值以下时，在车辆刚刚启动时，燃料电池加热模块工作，能够正常为燃料电池加热，而与此同时，整车取暖模块也随燃料电池加热模块同步工作，为燃料电池提供热量补偿，从而使燃料电池在短时间内获取大量热量，大大地缩短了燃料电池处到达稳定工作所需温度值的时间，不仅顺利地实现了车辆的低温冷启动，而且能够快速地为车辆提供电能，而有利于车辆的动力性能提升。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的一种可选实施例的热量控制系统的工作原理示意图；

图2示出了图1中的热量控制系统中对燃料电池加热和热量补偿的原理示意图；

图3示出了图1中的热量控制系统中对燃料电池进行废热回收的原理示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、燃料电池；20、燃料电池加热模块；21、供热循环回路；22、加热装置；30、整车取暖模块；31、取暖管路；32、取暖装置；40、燃料电池废热回收模块；41、废热吸收循环回路；42、废热散热器；43、换热器；44、动力电池；45、分流管路；46、流量调节阀；50、动力泵；60、换向阀；1、第一连通点；2、第二连通点；3、第三连通点；4、第四连通点。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了解决现有技术中的对燃料电池加热的装置无法在短时间内为燃料电池提供足够的热量，从而导致车辆仍然存在低温冷启动困难的问题，本发明提供了一种车辆的热量控制系统及车辆，其中，车辆包括上述和下述的热量控制系统。本申请的车辆可以为各种新能源车辆，例如四轮汽车或卡车，但不局限于此。

如图1和图2所示，热量控制系统包括燃料电池10、燃料电池加热模块20和整车取暖模块30，其中，燃料电池10用于为车辆输出电能，燃料电池加热模块20用于为燃料电池10加热，整车取暖模块30用于为车辆供暖，整车取暖模块30还能够为燃料电池10提供热量补偿。

由于热量控制系统包括燃料电池加热模块20和整车取暖模块30，这样，燃料电池加热模块20用于为燃料电池10加热，而整车取暖模块30不仅能够为车辆供暖，还能够为燃料电池10提供热量补偿，有利于车辆低温冷启动的稳定实现。具体而言，当外界环境温度过低，处于冷启动临界下限温度值以下时，在车辆刚刚启动时，燃料电池加热模块20工作，能够正常为燃料电池10加热，而与此同时，整车取暖模块30也随燃料电池加热模块20同步工作，为燃料电池10提供热量补偿，从而使燃料电池10在短时间内获取大量热量，大大地缩短了燃料电池10处到达稳定工作所需温度值的时间，不仅顺利地实现了车辆的低温冷启动，而且能够快速地为车辆提供电能，而有利于车辆的动力性能提升。

需要说明的是，在本申请中，当燃料电池10的周围环境温度，处于冷启动临界上限温度值及以上时，车辆在启动时，燃料电池加热模块20不工作，车辆正常启动；而当燃料电池10的周围环境温度，处于冷启动临界下限温度值和处于冷启动临界上限温度值之间时，车辆在启动时，燃料电池加热模块20工作以为燃料电池10加热；而当燃料电池10的周围环境温度，处于冷启动临界下限温度值以下时，车辆在启动时，燃料电池加热模块20和整车取暖模块30同时工作，燃料电池加热模块20为燃料电池10加热，整车取暖模块30也为燃料电池10加热，即为燃料电池10提供热量补偿。

优选地，冷启动临界下限温度值小于等于-10℃即零下10℃。冷启动临界上限温度值大于等于5℃即零上5℃。

下面给出本申请的车辆的能够实现对燃料电池10加热和热量补偿的热量控制系统的一个优选实施例，如图1和图2所示，燃料电池加热模块20包括供热循环回路21和加热装置22，其中，加热装置22设置在供热循环回路21上，以加热供热循环回路21内的冷媒，供热循环回路21经过燃料电池10；整车取暖模块30包括取暖管路31和取暖装置32，其中，取暖装置32设置在取暖管路31上并与加热装置22并联，以加热取暖管路31内的冷媒；取暖管路31与供热循环回路21连通并沿冷媒的流动方向依次形成第一连通点1和第二连通点2。

这样，当燃料电池10的周围环境温度，处于冷启动临界下限温度值以下时，车辆在启动时，燃料电池加热模块20和整车取暖模块30同时工作，加热装置22加热供热循环回路21内的冷媒，被加热的冷媒流经燃料电池10对燃料电池10加热，同时，取暖管路31内的冷媒由第一连通点1向第二连通点2流动的过程中流经取暖装置32，取暖装置32加热取暖管路31内的冷媒，被加热的冷媒通过供热循环回路21也流到燃料电池10，对燃料电池10提供热量补偿，使燃料电池10在短时间内获取大量热量，大大地缩短了燃料电池10处到达稳定工作所需温度值的时间，确保了燃料电池10的放电性能。

需要说明的是，图2示出了的图1中的热量控制系统的一部分，该部分用于解释热量控制系统实现对燃料电池10加热和热量补偿的过程。而图3同样示出了的图1中的热量控制系统的一部分，该部分用于解释热量控制系统实现对燃料电池10废热回收的过程。

具体而言，如图1和图3所示，热量控制系统还包括燃料电池废热回收模块40，用于收集燃料电池10工作时释放的热量，燃料电池废热回收模块40包括废热吸收循环回路41、废热散热器42和换热器43，其中，废热吸收循环回路41经过燃料电池10，废热散热器42和换热器43设置在废热吸收循环回路41上，且换热器43设置在废热散热器42和燃料电池10之间并位于燃料电池10的下游，换热器43用于向取暖装置32周围释放热量。

燃料电池废热回收模块40的设置，实现了对燃料电池10在正常工作时释放的废热的再利用，不仅使得燃料电池10处于理想的温度环境下工作，有利于提升燃料电池10的使用寿命，而且还能够大大地降低了车辆的能源消耗。在本实施例中，冷媒在废热吸收循环回路41循环流动，当冷媒经过燃料电池10时，吸收燃料电池10散发的热量，之后冷媒运动到达换热器43处将热量散发，该部分热量用于向取暖装置32的周围释放，从而使得取暖装置32迅速升温而快捷方便地对取暖管路31内的冷媒进行加热，有利于对车辆进行供暖。此外，废热散热器42的设置能够将不能被利用的废热散发到车辆的外部，避免对燃料电池10的工作环境造成影响，从而有利于提升燃料电池10的发电性能以及使用寿命。

如图1和图3所示，燃料电池废热回收模块40还包括动力电池44，动力电池44设置在废热吸收循环回路41上并位于换热器43和废热散热器42之间。也就是说，动力电池44设置在换热器43的下游，废热吸收循环回路41内的冷媒流经动力电池44时，同样能够起到对动力电池44进行加热的作用，有利于动力电池44的温度迅速提升，从而使动力电池44快捷地在最佳工作状态工作。

如图1和图3所示，为了控制流经换热器43和动力电池44的冷媒的流量，从而达到对换热器43和动力电池44处温度的精确控制，燃料电池废热回收模块40还包括分流管路45和流量调节阀46，分流管路45上设置有流量调节阀46，分流管路45与废热吸收循环回路41连通，且换热器43和动力电池44分别与一条分流管路45并联。本申请的动力电池44的理想工作温度在10℃至30℃之间。

如图1所示，热量控制系统还包括动力泵50和换向阀60，动力泵50设置在供热循环回路21上，并位于燃料电池10和第一连通点1之间，废热吸收循环回路41和供热循环回路21连通，并沿冷媒的流动方向依次形成第三连通点3和第四连通点4，其中，第三连通点3位于燃料电池10和动力泵50之间，第四连通点4位于第一连通点1和动力泵50之间，换向阀60设置在第四连通点4处。利用换向阀60能够实现热量控制系统工作模式的切换，即对供热循环回路21和废热吸收循环回路41进行切换，而动力泵50为供热循环回路21或废热吸收循环回路41内的冷媒流动提供动力。

具体而言，如图2所示，换向阀60处于第一工作位置，热量控制系统处于燃料电池加热模式，供热循环回路21工作，动力泵50驱动供热循环回路21内的冷媒逆时针流动，即在图2中由第三连通点3向第一连通点1流动。如图3所示，换向阀60处于第二工作位置，热量控制系统处于燃料电池废热回收模式，废热吸收循环回路41工作，动力泵50驱动废热吸收循环回路41内的冷媒逆时针流动，且冷媒在流过第四连通点4后朝向燃料电池10的方向流动。

可选地，加热装置22和取暖装置32为设置有PTC加热片或加热电阻丝的过流结构。需要说明的是，PTC加热片或加热电阻丝均能够给管路中的冷媒进行加热。

还需要说明的是，在本申请的一个未图示的可选实施例中，整车取暖模块30还包括整车散热器，整车散热器与取暖管路31连通，整车散热器用于将取暖装置32处的热量向车辆的内部释放，以为车辆供暖。也就是说，取暖装置32在对取暖管路31内的冷媒加热后，被加热的冷媒会流动至整车散热器处而散发到车辆内部，实现对车辆的供暖。需要说明的是，利用取暖装置32、取暖管路31和整车散热器能够有效地使车辆内的温度维持在17℃至25℃之间，从而使得驾乘人员处于舒适的驾乘环境中。

在本申请的另一个未图示的可选实施例中，热量控制系统还包括控制器，控制器分别与燃料电池加热模块20、整车取暖模块30和燃料电池废热回收模块40电连接。这样，通过控制器实现了对热量控制系统的操控，便于对车辆的热量进行管理，提升车辆性能。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种车辆的热量控制系统，其特征在于，包括：

燃料电池(10)，用于为所述车辆输出电能；

燃料电池加热模块(20)，所述燃料电池加热模块(20)用于为所述燃料电池(10)加热；

整车取暖模块(30)，所述整车取暖模块(30)用于为所述车辆供暖，所述整车取暖模块(30)还能够为所述燃料电池(10)提供热量补偿。

2.根据权利要求1所述的热量控制系统，其特征在于，

所述燃料电池加热模块(20)包括供热循环回路(21)和加热装置(22)，其中，所述加热装置(22)设置在所述供热循环回路(21)上，以加热供热循环回路(21)内的冷媒，所述供热循环回路(21)经过所述燃料电池(10)；

所述整车取暖模块(30)包括取暖管路(31)和取暖装置(32)，其中，所述取暖装置(32)设置在所述取暖管路(31)上并与所述加热装置(22)并联，以加热所述取暖管路(31)内的冷媒；所述取暖管路(31)与所述供热循环回路(21)连通并沿所述冷媒的流动方向依次形成第一连通点(1)和第二连通点(2)。

3.根据权利要求2所述的热量控制系统，其特征在于，所述热量控制系统还包括燃料电池废热回收模块(40)，用于收集所述燃料电池(10)工作时释放的热量，所述燃料电池废热回收模块(40)包括废热吸收循环回路(41)、废热散热器(42)和换热器(43)，其中，所述废热吸收循环回路(41)经过所述燃料电池(10)，所述废热散热器(42)和所述换热器(43)设置在所述废热吸收循环回路(41)上，且所述换热器(43)设置在所述废热散热器(42)和所述燃料电池(10)之间并位于所述燃料电池(10)的下游，所述换热器(43)用于向所述取暖装置(32)周围释放热量。

4.根据权利要求3所述的热量控制系统，其特征在于，所述燃料电池废热回收模块(40)还包括动力电池(44)，所述动力电池(44)设置在所述废热吸收循环回路(41)上并位于所述换热器(43)和所述废热散热器(42)之间。

5.根据权利要求4所述的热量控制系统，其特征在于，所述燃料电池废热回收模块(40)还包括分流管路(45)和流量调节阀(46)，所述分流管路(45)上设置有所述流量调节阀(46)，所述分流管路(45)与所述废热吸收循环回路(41)连通，且所述换热器(43)和所述动力电池(44)分别与一条所述分流管路(45)并联。

6.根据权利要求3所述的热量控制系统，其特征在于，所述热量控制系统还包括动力泵(50)和换向阀(60)，所述动力泵(50)设置在所述供热循环回路(21)上，并位于所述燃料电池(10)和所述第一连通点(1)之间，所述废热吸收循环回路(41)和所述供热循环回路(21)连通，并沿所述冷媒的流动方向依次形成第三连通点(3)和第四连通点(4)，其中，所述第三连通点(3)位于所述燃料电池(10)和所述动力泵(50)之间，所述第四连通点(4)位于所述第一连通点(1)和所述动力泵(50)之间，所述换向阀(60)设置在所述第四连通点(4)处。

7.根据权利要求2所述的热量控制系统，其特征在于，所述加热装置(22)和所述取暖装置(32)为设置有PTC加热片或加热电阻丝的过流结构。

8.根据权利要求2所述的热量控制系统，其特征在于，所述整车取暖模块(30)还包括整车散热器，所述整车散热器与所述取暖管路(31)连通，所述整车散热器用于将所述取暖装置(32)处的热量向所述车辆的内部释放，以为所述车辆供暖。

9.根据权利要求3所述的热量控制系统，其特征在于，所述热量控制系统还包括控制器，所述控制器分别与所述燃料电池加热模块(20)、所述整车取暖模块(30)和所述燃料电池废热回收模块(40)电连接。

10.一种车辆，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的热量控制系统。

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