CN111497687A - 一种低压燃料电池汽车的控温系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低压燃料电池汽车的控温系统，包括电堆控温回路、动力电池控温回路和空调制冷回路，电堆控温回路包含电堆、第一膨胀水壶、第一电子水泵、热交换器、节温器、三通阀、第一PTC、暖风芯体；动力电池控温回路包含Chiller、第二PTC、动力电池、第二膨胀水壶及第二电子水泵；空调制冷回路包含压缩机、冷凝器、四通、常闭式截止阀A、蒸发器、常闭式截止阀B、Chiller。本方案，将空调的控温系统与燃料电池散热系统紧密结合，解决低压燃料电池高温散热的问题，又解决燃料电池在0℃以下低温启动和运行问题，实现短时间的燃料电池低温存放问题；充分利用燃料电池的预热引入车内暖风使用，提高整车的氢气利用率。

Description

一种低压燃料电池汽车的控温系统
技术领域
本发明涉及电池汽车技术领域，具体为一种低压燃料电池汽车的控温系统。
背景技术
燃料电池是一种电化学的发电装置，低气压燃料电池发电系统(以下简称“低压燃料电池”)效率高结构简单。
现有低压燃料电池要求运行温度在65℃左右，夏天环境温度高，温差太小，需要很大的散热面积才能满足散热需求。商用车上布置空间大，勉强可以达到散热需求。乘用车受整车布置空间限制，散热器散热面积小，夏天就无法满足燃料电池散热要求。本发明利用整车空调系统全盘整合的形式，控制燃料电池温度，能有效解决上述燃料电池高温散热问题。
现有燃料电池系统内部有大量的水，因此低于0℃结冰是一个共性问题，低温启动、运行和保存到现在量产车也没有完善解决。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低压燃料电池汽车的控温系统，采用在增程式燃料电池汽车上将整车全局热管理系统，即将空调的控温系统与燃料电池散热系统紧密结合；即可解决低压燃料电池高温散热的问题，又可解决燃料电池在0℃以下低温启动和运行问题，也可实现短时间的燃料电池低温存放问题，利于中国大部分地区的燃料电池推广问题，为低压燃料电池批量化推进具有非常重要的意义；该系统还可充分利用燃料电池的预热引入车内暖风使用，进一步提高整车的氢气利用率；以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种低压燃料电池汽车的控温系统，包括电堆控温回路、动力电池控温回路和空调制冷回路；
所述电堆控温回路包含电堆、第一膨胀水壶、第一电子水泵、热交换器、节温器、三通阀、第一PTC、暖风芯体；高温启动电堆时，第一PTC不工作，节温器关闭，三通阀端口ab接通，第一电子水泵开启，氢燃料电池冷却液流经电堆、第一膨胀水壶、第一电子水泵、暖风芯体、第一PTC对电堆进行预热；
所述动力电池控温回路包含Chiller、第二PTC、动力电池、第二膨胀水壶及第二电子水泵；高温启动动力电池时，第二PTC不工作，第二电子水泵开启，当电池内部冷却液温度达到预设值Z时，空调压缩机开启，常闭式截止阀B开通,冷却液流经第二膨胀水壶、第二电子水泵、Chiller、第二PTC、动力电池对动力电池进行冷却；
所述空调制冷回路包含压缩机、冷凝器、四通、常闭式截止阀A、蒸发器、常闭式截止阀B、Chiller、常闭式截止阀C及热交换器；压缩机、冷凝器、四通、常闭式截止阀A及蒸发器串联形成第一空调制冷回路，压缩机、冷凝器、四通、常闭式截止阀C及热交换器串联形成第二空调制冷回路，压缩机、冷凝器、四通、常闭式截止阀B及Chiller串联形成第三空调制冷回路。
优选的，当所述电堆内部冷却液温度达到预设值X时，节温器开启，空调压缩机开启，常闭式截止阀C开通，冷却液流经电堆、第一膨胀水壶、第一电子水泵、热交换器及节温器，对电堆进行冷却；低温启动电堆时，节温器关闭，三通阀端口a、b接通，第一电子水泵开启，当电堆内部温度低于预设值U时，第一PTC开启，氢燃料电池冷却液流经电堆、第一膨胀水壶、第一电子水泵、暖风芯体、第一PTC对电堆进行预热，同时给乘员舱供暖，当电堆内部冷却液温度达到预设值Y时，第一PTC停止工作,利用电堆产生的热量给乘员舱供暖；当电堆内部冷却液温度达到预设值X时，第一PTC停止工作，节温器开启，空调压缩机开启，常闭式截止阀C开通，部分冷却液流经热交换器及节温器，对电堆进行冷却，同时部分冷却液流经暖风芯体给乘员舱供暖。
优选的，当所述电堆停止工作且乘员舱有供暖需求时，第一PTC开启，第一电子水泵开启，三通阀端口ac开通，冷却液流经第一膨胀水壶、第一电子水泵、暖风芯体及第一PTC给乘员舱供暖。
优选的，冬季低温启动所述电池时，第二电子水泵开启，当电池内部冷却液温度低于预设值V时，第二PTC开启，冷却液流经第二膨胀水壶、第二电子水泵、Chiller、第二PTC、动力电池对动力电池进行加热；当电池内部冷却液温度达到预设值Z时，第二PTC停止工作，空调压缩机开启，常闭式截止阀B开通,冷却液流经第二膨胀水壶、第二电子水泵、Chiller、第二PTC、动力电池对动力电池进行冷却。
优选的，当乘员舱有制冷需求时，空调压缩机开启,常闭式截止阀A开通，冷媒流经压缩机、冷凝器及蒸发器给乘员舱制冷；当电堆内部温度达到预设值X时，空调压缩机开启,常闭式截止阀C开通，冷媒流经压缩机、冷凝器及热交换器对电堆进行冷却；当电池内部温度达到预设值Z时，空调压缩机开启,常闭式截止阀B开通，冷媒流经压缩机、冷凝器及Chiller对电池进行冷却。
优选的，所述电堆控温回路冷却液为增加去离子的专用氢燃料电池冷却液，动力电池控温回路冷却液为汽车常用冷却液。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本方案，将空调的控温系统与燃料电池散热系统紧密结合，即可解决低压燃料电池高温散热的问题，又可解决燃料电池在0℃以下低温启动和运行问题，也可实现短时间的燃料电池低温存放问题；该系统还可充分利用燃料电池的预热引入车内暖风使用，进一步提高整车的氢气利用率。
附图说明
图1为本发明的电路连接图。
图中：1、电堆；2、第一膨胀水壶；3、第一电子水泵；4、热交换器；5、节温器；6、三通阀；7、第一PTC；8、暖风芯体；9、压缩机；10、冷凝器；11、四通；12、常闭式截止阀A；13、蒸发器；14、常闭式截止阀B；15、Chiller；16、常闭式截止阀C；17、第二PTC；18、动力电池；19、第二膨胀水壶；20、第二电子水泵。
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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
在不同附图中以相同标号来标示相同或类似组件；另外请了解文中诸如“第一”、“第二”、“第三”、“上”、“下”、“前”、“后”、“内”、“外”、“端”、“部”、“段”、“宽度”、“厚度”、“区”等等及类似用语仅便于看图者参考图中构造以及仅用于帮助描述本发明而已，并非是对本发明的限定。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种低压燃料电池汽车的控温系统，包括电堆控温回路、动力电池控温回路和空调制冷回路。
电堆控温回路包含电堆1、第一膨胀水壶2、第一电子水泵3、热交换器4、节温器5、三通阀6、第一PTC7、暖风芯体8。高温启动电堆时，第一PTC7不工作，节温器5关闭，三通阀6端口ab接通，第一电子水泵3开启，氢燃料电池冷却液流经电堆1、第一膨胀水壶2、第一电子水泵3、暖风芯体8、第一PTC7对电堆进行预热。当电堆内部冷却液温度达到预设值X时，节温器5开启，空调压缩机9开启，常闭式截止阀C16开通，冷却液流经电堆1、第一膨胀水壶2、第一电子水泵3、热交换器4及节温器5，对电堆进行冷却。低温启动电堆时，节温器5关闭，三通阀6端口a、b接通，第一电子水泵3开启，当电堆内部温度低于预设值U时，第一PTC7开启，氢燃料电池冷却液流经电堆1、第一膨胀水壶2、第一电子水泵3、暖风芯体8、第一PTC7对电堆进行预热，同时给乘员舱供暖，当电堆内部冷却液温度达到预设值Y时，第一PTC7停止工作,利用电堆产生的热量给乘员舱供暖。当电堆内部冷却液温度达到预设值X时，第一PTC7停止工作，节温器5开启，空调压缩机9开启，常闭式截止阀C16开通，部分冷却液流经热交换器4及节温器5，对电堆进行冷却，同时部分冷却液流经暖风芯体8给乘员舱供暖。当电堆停止工作且乘员舱有供暖需求时，第一PTC7开启，第一电子水泵3开启，三通阀6端口ac开通，冷却液流经第一膨胀水壶2、第一电子水泵3、暖风芯体8及第一PTC7给乘员舱供暖。
动力电池控温回路包含Chiller15、第二PTC17、动力电池18、第二膨胀水壶19及第二电子水泵20。高温启动动力电池时，第二PTC17不工作，第二电子水泵20开启，当电池内部冷却液温度达到预设值Z时，空调压缩机9开启，常闭式截止阀B14开通,冷却液流经第二膨胀水壶19、第二电子水泵20、Chiller15、第二PTC17、动力电池18对动力电池进行冷却。冬季低温启动电池时，第二电子水泵20开启，当电池内部冷却液温度低于预设值V时，第二PTC17开启，冷却液流经第二膨胀水壶19、第二电子水泵20、Chiller15、第二PTC17、动力电池18对动力电池进行加热。当电池内部冷却液温度达到预设值Z时，第二PTC17停止工作，空调压缩机9开启，常闭式截止阀B14开通,冷却液流经第二膨胀水壶19、第二电子水泵20、Chiller15、第二PTC17、动力电池18对动力电池进行冷却。
空调制冷回路包含压缩机9、冷凝器10、四通11、常闭式截止阀A12、蒸发器13、常闭式截止阀B14、Chiller15、常闭式截止阀C16及热交换器4。压缩机9、冷凝器10、四通11、常闭式截止阀A12及蒸发器13串联形成第一空调制冷回路，压缩机9、冷凝器10、四通11、常闭式截止阀C16及热交换器4串联形成第二空调制冷回路，压缩机9、冷凝器10、四通11、常闭式截止阀B14及Chiller15串联形成第三空调制冷回路。当乘员舱有制冷需求时，空调压缩机9开启,常闭式截止阀A12开通，冷媒流经压缩机9、冷凝器10及蒸发器13给乘员舱制冷；当电堆内部温度达到预设值X时，空调压缩机9开启,常闭式截止阀C16开通，冷媒流经压缩机9、冷凝器10及热交换器4对电堆进行冷却；当电池内部温度达到预设值Z时，空调压缩机9开启,常闭式截止阀B14开通，冷媒流经压缩机9、冷凝器10及Chiller15对电池进行冷却。
进一步地，电堆控温回路冷却液为增加去离子的专用氢燃料电池冷却液，动力电池控温回路冷却液为汽车常用冷却液。
本方案，将空调的控温系统与燃料电池散热系统紧密结合，即可解决低压燃料电池高温散热的问题，又可解决燃料电池在0℃以下低温启动和运行问题，也可实现短时间的燃料电池低温存放问题；该系统还可充分利用燃料电池的预热引入车内暖风使用，进一步提高整车的氢气利用率。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种低压燃料电池汽车的控温系统，其特征在于：包括电堆(1)控温回路、动力电池(18)控温回路和空调制冷回路；
所述电堆(1)控温回路包含电堆(1)、第一膨胀水壶(2)、第一电子水泵(3)、热交换器(4)、节温器(5)、三通阀(6)、第一PTC(7)、暖风芯体(8)；高温启动电堆(1)时，第一PTC(7)不工作，节温器(5)关闭，三通阀(6)端口ab接通，第一电子水泵(3)开启，氢燃料电池冷却液流经电堆(1)、第一膨胀水壶(2)、第一电子水泵(3)、暖风芯体(8)、第一PTC(7)对电堆(1)进行预热；
所述动力电池(18)控温回路包含Chiller(15)、第二PTC(17)、动力电池(18)、第二膨胀水壶(19)及第二电子水泵(20)；高温启动动力电池(18)时，第二PTC(17)不工作，第二电子水泵(20)开启，当电池内部冷却液温度达到预设值Z时，空调压缩机(9)开启，常闭式截止阀B(14)开通,冷却液流经第二膨胀水壶(19)、第二电子水泵(20)、Chiller(15)、第二PTC(17)、动力电池(18)对动力电池(18)进行冷却；
所述空调制冷回路包含压缩机(9)、冷凝器(10)、四通(11)、常闭式截止阀A(12)、蒸发器(13)、常闭式截止阀B(14)、Chiller(15)、常闭式截止阀C(16)及热交换器(4)；压缩机(9)、冷凝器(10)、四通(11)、常闭式截止阀A(12)及蒸发器(13)串联形成第一空调制冷回路，压缩机(9)、冷凝器(10)、四通(11)、常闭式截止阀C(16)及热交换器(4)串联形成第二空调制冷回路，压缩机(9)、冷凝器(10)、四通(11)、常闭式截止阀B(14)及Chiller(15)串联形成第三空调制冷回路。
2.根据权利要求1所述的一种低压燃料电池汽车的控温系统，其特征在于：当所述电堆(1)内部冷却液温度达到预设值X时，节温器(5)开启，空调压缩机(9)开启，常闭式截止阀C(16)开通，冷却液流经电堆(1)、第一膨胀水壶(2)、第一电子水泵(3)、热交换器(4)及节温器(5)，对电堆(1)进行冷却；低温启动电堆(1)时，节温器(5)关闭，三通阀(6)端口a、b接通，第一电子水泵(3)开启，当电堆(1)内部温度低于预设值U时，第一PTC(7)开启，氢燃料电池冷却液流经电堆(1)、第一膨胀水壶(2)、第一电子水泵(3)、暖风芯体(8)、第一PTC(7)对电堆(1)进行预热，同时给乘员舱供暖，当电堆(1)内部冷却液温度达到预设值Y时，第一PTC(7)停止工作,利用电堆(1)产生的热量给乘员舱供暖；当电堆(1)内部冷却液温度达到预设值X时，第一PTC(7)停止工作，节温器(5)开启，空调压缩机(9)开启，常闭式截止阀C(16)开通，部分冷却液流经热交换器(4)及节温器(5)，对电堆(1)进行冷却，同时部分冷却液流经暖风芯体(8)给乘员舱供暖。
3.根据权利要求2所述的一种低压燃料电池汽车的控温系统，其特征在于：当所述电堆(1)停止工作且乘员舱有供暖需求时，第一PTC(7)开启，第一电子水泵(3)开启，三通阀(6)端口ac开通，冷却液流经第一膨胀水壶(2)、第一电子水泵(3)、暖风芯体(8)及第一PTC(7)给乘员舱供暖。
4.根据权利要求1所述的一种低压燃料电池汽车的控温系统，其特征在于：冬季低温启动所述电池时，第二电子水泵(20)开启，当电池内部冷却液温度低于预设值V时，第二PTC(17)开启，冷却液流经第二膨胀水壶(19)、第二电子水泵(20)、Chiller(15)、第二PTC(17)、动力电池(18)对动力电池(18)进行加热；当电池内部冷却液温度达到预设值Z时，第二PTC(17)停止工作，空调压缩机(9)开启，常闭式截止阀B(14)开通,冷却液流经第二膨胀水壶(19)、第二电子水泵(20)、Chiller(15)、第二PTC(17)、动力电池(18)对动力电池(18)进行冷却。
5.根据权利要求1所述的一种低压燃料电池汽车的控温系统，其特征在于：当乘员舱有制冷需求时，空调压缩机(9)开启,常闭式截止阀A(12)开通，冷媒流经压缩机(9)、冷凝器(10)及蒸发器(13)给乘员舱制冷；当电堆(1)内部温度达到预设值X时，空调压缩机(9)开启,常闭式截止阀C(16)开通，冷媒流经压缩机(9)、冷凝器(10)及热交换器(4)对电堆(1)进行冷却；当电池内部温度达到预设值Z时，空调压缩机(9)开启,常闭式截止阀B(14)开通，冷媒流经压缩机(9)、冷凝器(10)及Chiller(15)对电池进行冷却。
6.根据权利要求1所述的一种低压燃料电池汽车的控温系统，其特征在于：所述电堆(1)控温回路冷却液为增加去离子的专用氢燃料电池冷却液，动力电池(18)控温回路冷却液为汽车常用冷却液。
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