CN111009669A - 一种车辆和燃料电池散热系统及其集成控制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车辆和燃料电池散热系统及其集成控制器，属于燃料电池散热系统控制技术领域。本发明提出的燃料电池散热系统集成控制器，包括主控制板、高压接口、通讯接口、电压转换模块、散热风扇控制器以及水泵控制器，电压转换模块的高压端连接高压接口，电压转换模块的低压端连接散热风扇控制器和水泵控制器的电能输入端，主控制板控制连接散热风扇控制器和水泵控制器，主控制板的通讯端与通讯接口相连接。本发明将燃料电池散热系统中各控制器集成于一个集成控制器中，减少各控制器的接口设置，线束连接也会相应的减少，使得散热系统的线束设计大大简化，集中设置节约了散热系统的空间，增加整车的舒适度。

Description

一种车辆和燃料电池散热系统及其集成控制器

技术领域

本发明涉及一种车辆和燃料电池散热系统及其集成控制器，属于燃料电池散热系统控制技术领域。

背景技术

目前燃料电池车辆中，燃料电池系统与整车电机工作时的温度要求不一致，导致燃料电池系统的散热系统与整车电机的散热系统不能一同设置，因此燃料电池系统单独配备燃料电池专用散热系统。由于在实际应用中客车对燃料电池的需求功率越来越大，所以燃料电池散热系统的功率也逐步上升，对燃料电池散热系统的要求越来越高。

目前市场上应用的客车燃料电池散热系统一般有两种构型：1.燃料电池散热系统由燃料电池控制器来控制，包括散热风扇、水泵的控制以及水温、水压、电导率的检测，这种构型存在明显的缺点，一般散热系统和燃料电池电堆布置在整车的不同位置，因此两者之间需要大量的线束连接，增加了线束的重量并且降低了控制的可靠性；2.燃料电池散热系统有专用的控制器，燃料电池控制器和散热系统控制器通过CAN网络实现相互间的通信，这种控制方法相比第一种有一定的优势，但是由于功率逐渐增大，散热风扇的功率也逐渐增大(60kW系统散热所需额定功率大约为5kW)，而且散热风扇为24V的低压风扇，对整车的低压配电方面造成了很大的困难。

授权公告号为CN 202520597U的中国实用新型授权文献公开了一种燃料电池备用电源散热风扇控制器结构，该控制器通过自行配置电源模块解决了散热风扇的配电问题，但是现有的燃料电池散热系统中不止需要风扇进行散热，还需要水泵一起协同进行散热，这样才能保证燃料电池对温度的需要，一般情况下对水泵的控制也是单独控制的，这样造成燃料电池散热系统每个控制器都应该有相应的接口来控制连接对应的散热装置，使得燃料电池散热系统控制连接的接口或者接点较多、同时线束也会相应的较多，燃料电池散热系统的集成化程度偏低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种车辆和燃料电池散热系统及其集成控制器，用于解决燃料电池散热系统接点多，线束多，集成化程度低的问题。

为实现上述目的，本发明提出一种车辆和燃料电池散热系统及其集成控制器，一种燃料电池散热系统集成控制器，包括主控制板、用于连接整车高压电的高压接口、用于与外界进行通讯的通讯接口、电压转换模块、用于驱动散热风扇工作的散热风扇控制器以及用于驱动设置在散热水循环管路上的水泵工作的水泵控制器，电压转换模块的高压端连接高压接口，电压转换模块的低压端连接散热风扇控制器和水泵控制器的电能输入端，主控制板控制连接散热风扇控制器和水泵控制器，主控制板的通讯端与通讯接口相连接。

将燃料电池散热系统中各控制器集成于一个独立的装置燃料电池散热系统集成控制器中，集中管理，通过在集成控制器上设置接口与外界连接，由于减少各控制器的接口设置，线束连接也会相应的减少，使得散热系统的线束设计大大简化，同时还可以减少散热系统中各控制器分散设置所占的散热系统的空间，集中设置节约了散热系统的空间，同时还可以增加整车的舒适度。

进一步的，高压接口与电压转换模块的高压端之间的连接线路上设置有预充电路，预充电路由并联设置的第一支路和第二支路构成，第一支路上串设有第一开关，第二支路上串设有限流电阻和第二开关。

设置预充电路可以保证在刚上电的情况下，电流较小，避免高电流对电压转换模块造成的冲击而损坏电压转换模块。

进一步的，电压转换模块的低压端设置有隔离二极管。

设置隔离二极管保证电流的单向传输，避免回流而损坏电压转换模块。

一种燃料电池散热系统，包括散热风扇和用于对燃料电池电堆进行散热的散热水循环管路，散热水循环管路上设置有水泵和散热器，还包括燃料电池散热系统集成控制器，燃料电池散热系统集成控制器包括主控制板、用于连接整车高压电的高压接口、用于与外界进行通讯的通讯接口、电压转换模块、散热风扇控制器以及水泵控制器，电压转换模块的高压端连接高压接口，电压转换模块的低压端连接散热风扇控制器和水泵控制器的电能输入端，主控制板控制连接散热风扇控制器和水泵控制器，主控制板的通讯端与通讯接口相连接，散热风扇控制器的电能输出端控制连接散热风扇，水泵控制器的电能输出端控制连接水泵。

将燃料电池散热系统中各控制器集成于一个独立的装置燃料电池散热系统集成控制器中，集中管理，通过在集成控制器上设置接口与外界连接，由于减少各控制器的接口设置，线束连接也会相应的减少，使得散热系统的线束设计大大简化，同时还可以减少散热系统中各控制器分散设置所占的散热系统的空间，集中设置节约了散热系统的空间，同时还可以增加整车的舒适度。

进一步的，高压接口与电压转换模块的高压端之间的连接线路上设置有预充电路，预充电路由并联设置的第一支路和第二支路构成，第一支路上串设有第一开关，第二支路上串设有限流电阻和第二开关。

设置预充电路可以保证在刚上电的情况下，电流较小，避免高电流对电压转换模块造成的冲击而损坏电压转换模块。

进一步的，电压转换模块的低压端设置有隔离二极管。

设置隔离二极管保证电流的单向传输，避免回流而损坏电压转换模块。

一种车辆，包括车辆本体、燃料电池电堆、燃料电池控制器、高压配电单元以及燃料电池散热系统，燃料电池散热系统包括散热风扇和散热水循环管路，散热水循环管路上设置有燃料电池电堆、水泵和散热器，燃料电池散热系统还包括燃料电池散热系统集成控制器，燃料电池散热系统集成控制器包括主控制板、高压接口、通讯接口、电压转换模块、散热风扇控制器以及水泵控制器，电压转换模块的高压端与高压配电单元通过高压接口连接，电压转换模块的低压端连接散热风扇控制器和水泵控制器的电能输入端，散热风扇控制器的电能输出端控制连接散热风扇，水泵控制器的电能输出端控制连接水泵，主控制板控制连接散热风扇控制器和水泵控制器，主控制板的通讯端与燃料电池控制器通过通讯接口相连接。

将燃料电池散热系统中各控制器集成于一个独立的装置燃料电池散热系统集成控制器中，集中管理，通过在集成控制器上设置接口与外界连接，由于减少各控制器的接口设置，线束连接也会相应的减少，使得散热系统的线束设计大大简化，同时还可以减少散热系统中各控制器分散设置所占的散热系统的空间，集中设置节约了散热系统的空间，同时还可以增加整车的舒适度。

进一步的，高压接口与电压转换模块的高压端之间的连接线路上设置有预充电路，预充电路由并联设置的第一支路和第二支路构成，第一支路上串设有第一开关，第二支路上串设有限流电阻和第二开关。

设置预充电路可以保证在刚上电的情况下，电流较小，避免高电流对电压转换模块造成的冲击而损坏电压转换模块。

进一步的，电压转换模块的低压端设置有隔离二极管。

设置隔离二极管保证电流的单向传输，避免回流而损坏电压转换模块。

附图说明

图1是本发明燃料电池散热系统集成控制器结构示意图；

图2是本发明燃料电池散热过程示意图；

图3是本发明燃料电池散热系统结构示意图；

图中：1为出堆水温传感器、2为入堆水温传感器、3为电导率传感器、4为去离子器、5为压力传感器。

具体实施方式

燃料电池散热系统集成控制器实施例：

燃料电池散热系统集成控制器(以下简称集成控制器)如图1所示，包括主控制板、高压接口、通讯接口、电压转换模块(DC/DC)、散热风扇控制器以及水泵控制器，电压转换模块的高压端连接高压接口，电压转换模块的低压端连接散热风扇控制器和水泵控制器的电能输入端，主控制板控制连接电压转换模块、散热风扇控制器和水泵控制器，主控制板的通讯端与通讯接口相连接。

主控制板通过通讯接口接收指令(燃料电池控制器FCU或者其他控制器的指令)或者接收所采集的信息，高压接口用于连接整车高压电，通讯接口用于与外界进行通讯，散热风扇控制器用于驱动散热风扇工作，水泵控制器用于驱动设置在散热水循环管路上的水泵工作，电压转换模块用于将高压电转换为散热风扇以及水泵正常工作所需的电压值，主控制板通过CAN线控制连接电压转换模块、散热风扇控制器和水泵控制器。

在本实施例中，主控制板与电压转换模块、散热风扇控制器和水泵控制器之间是通过CAN线连接的，在这里连接方式不做限制，只要可以进行数据通信即可。

本实施例中，为了保证集成控制器在上电启动时安全性，高压接口与电压转换模块的高压端之间的连接线路上设置有预充电路，预充电路由并联设置的第一支路和第二支路构成，第一支路上串设有第一开关，第二支路上串设有限流电阻和第二开关，作为其他实施方式，在保证集成控制器安全的情况下，预充电路也可以没有。

本实施例中，为了避免电压转换模块受到回流的影响，在电压转换模块的低压端设置有隔离二极管，作为其他实施方式，在可以保证电压转换模块安全的情况下，隔离二极管也可以没有。

将燃料电池散热系统中的各控制器集成于一个独立的装置燃料电池散热系统集成控制器中，集中管理，通过在集成控制器上设置接口与外界连接，由于减少各控制器的接口设置，线束连接也会相应的减少，使得散热系统的线束设计大大简化，同时还可以减少各控制器分散设置所占的散热系统的空间，集中设置节约了散热系统的空间，同时还可以增加整车的舒适度。

燃料电池散热系统实施例：

燃料电池散热系统包括散热风扇(也可以称冷却风扇)和散热水循环管路，散热水循环管路上设置有水泵和散热器，还包括燃料电池散热系统集成控制器(以下简称集成控制器)。

集成控制器包括主控制板、高压接口、通讯接口、电压转换模块、散热风扇控制器以及水泵控制器，电压转换模块的高压端连接高压接口，电压转换模块的低压端连接散热风扇控制器和水泵控制器的电能输入端，主控制板控制连接散热风扇控制器和水泵控制器，主控制板的通讯端与通讯接口相连接，散热风扇控制器控制连接散热风扇，水泵控制器控制连接水泵。

燃料电池散热系统还包括多个信息采集模块，信息采集模块为电导率传感器3、出堆水温传感器1、入堆水温传感器2及压力传感器5，但不限制于这些传感器，可以采集水温，电导率，压力等参数的装置即可。多个信息采集模块可以通过通讯接口直接连接主控制板的通讯端，也可以连接燃料电池控制器(FCU)或者其他控制器，通过燃料电池控制器或者其他控制器连接主控制板的通讯端。

出堆水温传感器1与入堆水温传感器2用于检测出燃料电池电堆的水温度及入燃料电池电堆的水温度，压力传感器5用于检测散热水循环管路内的水的压力信息，燃料电池散热系统通过实时采集的温度信息和压力信息实现系统的闭环控制；电导率传感器3用于检测散热系统中散热水循环管路内水的电导率信息，由于电导率升高会导致整个系统的绝缘降低，最终影响整车的绝缘性能，导致出现高压安全的风险，因此有必要增加电导率传感器3。

散热风扇、散热水循环管路以及散热器用于对燃料电池电堆进行散热，主控制板通过通讯接口接收指令或者接收信息采集模块所采集的信息，高压接口用于连接整车高压电，通讯接口用于与外界进行通讯，散热风扇控制器用于驱动散热风扇工作，水泵控制器用于驱动水泵工作，电压转换模块用于将高压电转换为散热风扇以及水泵正常工作所需的电压值，主控制板通过CAN线控制连接电压转换模块、散热风扇控制器和水泵控制器。

关于燃料电池散热系统集成控制器的其他结构组成在上述燃料电池散热系统集成控制器实施例中已经介绍，这里不做赘述。

燃料电池散热系统实施原理如图2所示，电导率传感器3、出堆水温传感器1、入堆水温传感器2及压力传感器5进行信息采集，将采集的信息上传给燃料电池控制器，燃料电池控制器对信息进行分析后，下达工作指令给集成控制器，集成控制器下达PWM控制信号控制散热风扇以及水泵工作，水泵以及散热风扇将工作状态信号及时反馈于集成控制器中。水泵控制水的流动，水经过去离子器4后通过燃料电池电堆，由于燃料电池电堆的温度较高，当水经过电堆时将燃料电池电堆的热量带走，此时出燃料电池电堆的水温较高，高温的水进入散热器后进行冷却，散热风扇增加空气的流动使散热器的热量快速发散，之后循环工作对电堆进行散热降温。当然在这过程中，高压电通过高压接口连接电压转换模块高压端，高压电通过电压转换模块转换为散热风扇以及水泵所需的电压，为散热风扇以及水泵进行供电；集成控制器对工作过程进行监督，通过出堆水温传感器1及入堆水温传感器2所采集的信息可以控制散热风扇以及水泵的工作强度，当出堆水温传感器1采集水温偏高，则控制散热风扇加强工作，也可加强水泵的工作增大水的流动速度，使得循环加快，以保证将燃料电池的温度控制在一定的范围内。

车辆实施例：

车辆包括车辆本体、燃料电池电堆、燃料电池控制器、高压配电单元(PDU)以及燃料电池散热系统，燃料电池散热系统包括散热风扇和散热水循环管路，散热水循环管路上设置有燃料电池电堆、水泵和散热器，燃料电池散热系统还包括燃料电池散热系统集成控制器(以下简称集成控制器)。集成控制器的组成结构在燃料电池散热系统集成控制器的实施例中已经介绍，这里不做赘述。

燃料电池控制器连接集成控制器的通讯接口，高压配电单元连接集成控制器的高压接口，并且高压配电单元与燃料电池控制器进行通讯连接，燃料电池散热系统的结构组成以及连接关系在上述燃料电池散热系统的实施例中已经介绍，这里不做赘述。

如图3所示，本实施例中燃料电池散热系统中的各信息采集模块连接燃料电池控制器，燃料电池控制器通过CAN线连接集成控制器的通讯接口进行数据通信，高压配电单元通过集成控制器的高压接口连接电压转换模块为集成控制器提供高压电，作为其他实施方式，各信息采集模块也可以直接连接集成控制器的通讯接口，主控制板对所接收的信息进行分析后下达指令。

本实施例中，各控制器之间的通讯采用CAN线，作为其他实施方式，也可以采用其他数据通讯线，只要保证数据正常通信即可。

整车的燃料电池散热系统的工作过程在上述燃料电池散热系统的实施例中已经介绍，唯一的不同之处在于，高压电是高压配电单元供给的，其他过程这里不做赘述。

Claims (9)

1.一种燃料电池散热系统集成控制器，其特征在于，包括主控制板、用于连接整车高压电的高压接口、用于与外界进行通讯的通讯接口、电压转换模块、用于驱动散热风扇工作的散热风扇控制器以及用于驱动设置在散热水循环管路上的水泵工作的水泵控制器，所述电压转换模块的高压端连接所述高压接口，所述电压转换模块的低压端连接所述散热风扇控制器和水泵控制器的电能输入端，所述主控制板控制连接所述散热风扇控制器和水泵控制器，所述主控制板的通讯端与所述通讯接口相连接。

2.根据权利要求1所述的燃料电池散热系统集成控制器，其特征在于，所述高压接口与所述电压转换模块的高压端之间的连接线路上设置有预充电路，所述预充电路由并联设置的第一支路和第二支路构成，所述第一支路上串设有第一开关，所述第二支路上串设有限流电阻和第二开关。

3.根据权利要求1或2所述的燃料电池散热系统集成控制器，其特征在于，所述电压转换模块的低压端设置有隔离二极管。

4.一种燃料电池散热系统，包括散热风扇和用于对燃料电池电堆进行散热的散热水循环管路，所述散热水循环管路上设置有水泵和散热器，其特征在于，还包括燃料电池散热系统集成控制器，所述燃料电池散热系统集成控制器包括主控制板、用于连接整车高压电的高压接口、用于与外界进行通讯的通讯接口、电压转换模块、散热风扇控制器以及水泵控制器，所述电压转换模块的高压端连接所述高压接口，所述电压转换模块的低压端连接所述散热风扇控制器和水泵控制器的电能输入端，所述主控制板控制连接所述散热风扇控制器和水泵控制器，所述主控制板的通讯端与所述通讯接口相连接，所述散热风扇控制器的电能输出端控制连接所述散热风扇，所述水泵控制器的电能输出端控制连接所述水泵。

5.根据权利要求4所述的燃料电池散热系统，其特征在于，所述高压接口与所述电压转换模块的高压端之间的连接线路上设置有预充电路，所述预充电路由并联设置的第一支路和第二支路构成，所述第一支路上串设有第一开关，所述第二支路上串设有限流电阻和第二开关。

6.根据权利要求4或5所述的燃料电池散热系统，其特征在于，所述电压转换模块的低压端设置有隔离二极管。

7.一种车辆，包括车辆本体、燃料电池电堆、燃料电池控制器、高压配电单元以及燃料电池散热系统，所述燃料电池散热系统包括散热风扇和散热水循环管路，所述散热水循环管路上设置有水泵、散热器以及所述燃料电池电堆，其特征在于，所述燃料电池散热系统还包括燃料电池散热系统集成控制器，所述燃料电池散热系统集成控制器包括主控制板、高压接口、通讯接口、电压转换模块、散热风扇控制器以及水泵控制器，所述电压转换模块的高压端与所述高压配电单元通过所述高压接口连接，所述电压转换模块的低压端连接所述散热风扇控制器和水泵控制器的电能输入端，所述散热风扇控制器的电能输出端控制连接所述散热风扇，所述水泵控制器的电能输出端控制连接所述水泵，所述主控制板控制连接所述散热风扇控制器和水泵控制器，所述主控制板的通讯端与所述燃料电池控制器通过所述通讯接口相连接。

8.根据权利要求7所述的车辆，其特征在于，所述高压接口与所述电压转换模块的高压端之间的连接线路上设置有预充电路，所述预充电路由并联设置的第一支路和第二支路构成，所述第一支路上串设有第一开关，所述第二支路上串设有限流电阻和第二开关。

9.根据权利要求7或8所述的车辆，其特征在于，所述电压转换模块的低压端设置有隔离二极管。

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