一种氢能燃料电池汽车的热管理系统及控制方法
技术领域
本发明涉及氢能燃料电池汽车技术领域,尤其涉及一种氢能燃料电池汽车的热管理系统及控制方法。
背景技术
目前国内氢能燃料电池汽车热管理系统中的暖风系统均以PTC(PositiveTemperature Coefficient,正温度系数热敏电阻)进行加热,消耗很大的电能;同时,氢能燃料电池产生的废热通过散热器将热量全部散发到空气中,造成能量浪费比较严重,从而加大了整车能耗,因此,需要有针对性地对热管理系统进行改进,以提高能源利用率。
发明内容
本发明的目的在于,针对现有技术的上述不足,提出一种能量得到充分利用、降低整车能耗的氢能燃料电池汽车的热管理系统及控制方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
一种氢能燃料电池汽车的热管理系统,包括氢燃料电池电堆、散热件和第一水泵依次通过管路连通形成第一闭合回路;和第一三通比例阀的第一端口、第二水泵、PTC加热器、第二三通比例阀的第一端口、第二三通比例阀的第二端口、暖风芯体、四通阀的第一端口、四通阀的第二端口、第一三通比例阀的第二端口依次通过管路连通形成第二闭合回路;换热器的热管道的两端分别与所述第二三通比例阀的第一端口和所述四通阀的第三端口连通;所述换热器的冷管道与电池包通过管路连通形成第三闭合回路;所述第一三通比例阀的第三端口通过第一管路与所述第一闭合回路连通,所述第一管路位于所述氢燃料电池电堆与所述散热件之间;所述四通阀的第三端口通过第二管路与所述第一闭合回路连通;所述第二管路位于所述散热件与所述第一管路之间。
优选的,所述散热件包括散热器和设置在所述散热器旁的电子风扇。
优选的,所述第一闭合回路上设有第一温度传感器,所述第一温度传感器位于所述氢燃料电池电堆与所述散热件之间的管路段上;所述第二闭合回路上设有第二温度传感器,所述第二温度传感器位于所述暖风芯体与所述第二三通比例阀之间的管路段上;所述第三闭合回路上设有第三温度传感器;所述第一三通比例阀、第二三通比例阀和四通阀均为电磁阀;所述热管理系统还包括控制器,所述四通阀、第一三通比例阀、第二三通比例阀和四通阀、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第一水泵、第二水泵、电子风扇和PTC加热器均与所述控制器电连接。
优选的,所述控制器包括温度检测模块、数据分析模块、阀门控制模块、水泵控制模块、风扇控制模块和加热控制模块;所述温度检测模块与所述数据分析模块电连接,所述数据分析模块分别与所述阀门控制模块、水泵控制模块、风扇控制模块和加热控制模块电连接;所述温度检测模块分别与所述第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器电连接;所述阀门控制模块分别与所述第一三通比例阀、第二三通比例阀和四通阀电连接;所述水泵控制模块分别与所述第一水泵和第二水泵电连接;所述风扇控制模块与所述电子风扇电连接;所述加热控制模块与所述PTC加热器电连接。
一种氢能燃料电池汽车的热管理系统的控制方法,应用如上所述的系统;将氢燃料电池电堆的需求温度记为T1需求,暖风芯体的需求温度记为T2需求,电池包的需求温度记为T3需求,第一温度传感器检测到的温度记为T1,第二温度传感器检测到的温度记为T2,第三温度传感器检测到的温度记为T3;在热管理系统中,T1需求始终大于T2需求,T2需求始终大于T3需求,T1始终大于T2,T2始终大于T3;控制器通过分析比较T1、T2、T3、T1需求、T2需求和T3需求之间的关系,发出相应的指令给第一三通比例阀、第二三通比例阀、四通阀、第一水泵、第二水泵、电子风扇和PTC加热器,具体控制过程如下:
如果T1小于T1需求,则水泵控制模块开启第一水泵和第二水泵,风扇控制模块关闭电子风扇,阀门控制模块控制第一三通比例阀的第一端口与第三端口连通,第二三通比例阀的第一端口与第三端口连通,四通阀的第三端口与第四端口连通,加热控制模块开启PTC加热器,使得PTC加热器串接在第一闭合回路中;PTC加热器对第一闭合回路进行加热;
如果T1等于T1需求,阀门控制模块控制第一三通比例阀的第三端口关闭;四通阀的第三端口关闭,第一闭合回路独立工作;风扇控制模块关闭电子风扇;水泵控制模块开启第一水泵;
若此时T2小于T2需求,则阀门控制模块控制第一三通比例阀的第一端口与第二端口连通,第二三通比例阀的第一端口与第二端口连通,四通阀的第一端口与第二端口连通;加热控制模块开启PTC加热器,对第二闭合回路进行加热;水泵控制模块开启第二水泵;当T3大于T3需求时,阀门控制模块控制四通阀的第四端口关闭,第二三通比例阀的第三端口关闭;当T3小于T3需求时,阀门控制模块控制四通阀的第二端口与第四端口连通,第二三通比例阀的第一端口与第三端口连通;
若此时T2大于T2需求,当T3大于T3需求时,则加热控制模块关闭PTC加热器,水泵控制模块关闭第二水泵,阀门控制模块控制四通阀的第四端口关闭,四通阀的第一端口与第二端口连通,第二三通比例阀的第三端口关闭,第二三通比例阀的第一端口与第二端口连通;当T3小于T3需求时,阀门控制模块控制四通阀的第一端口关闭,四通阀的第二端口与第四端口连通,第二三通比例阀的第二端口关闭,第二三通比例阀的第一端口与第三端口连通;
如果T1大于T1需求;则水泵控制模块开启第一水泵,风扇控制模块开启电子风扇,对第一闭合回路降温;
若此时T2小于T2需求,则阀门控制模块控制第一三通比例阀的第一端口与第三端口连通,第二三通比例阀的第一端口与第二端口连通,四通阀的第一端口与第三端口连通;加热控制模块开启PTC加热器,对第二闭合回路进行加热;水泵控制模块开启第二水泵;当T3大于T3需求时,阀门控制模块控制四通阀的第四端口关闭,第二三通比例阀的第三端口关闭;当T3小于T3需求时,阀门控制模块控制四通阀的第三端口与第四端口连通,第二三通比例阀的第一端口与第三端口连通;
若此时T2大于T2需求,当T3大于T3需求时,则加热控制模块关闭PTC加热器,水泵控制模块关闭第二水泵,阀门控制模块控制四通阀的第三端口关闭,第一三通比例阀的第三端口关闭;当T3小于T3需求时,则阀门控制模块控制第一三通比例阀的第一端口与第三端口连通,第二三通比例阀的第一端口与第三端口连通,四通阀的第三端口与第四端口连通;加热控制模块开启PTC加热器,水泵控制模块开启第二水泵。
本发明的一种氢能燃料电池汽车的热管理系统及控制方法。该系统包括氢燃料电池电堆、PTC加热器、第一水泵、第二水泵、散热件、换热器、暖风芯体、第一三通比例阀、第二三通比例阀和四通阀;氢燃料电池电堆、散热件和第一水泵依次通过管路连通形成第一闭合回路;第一三通比例阀的第一端口、第二水泵、PTC加热器、第二三通比例阀的第一端口、第二三通比例阀的第二端口、暖风芯体、四通阀的第一端口、四通阀的第二端口、第一三通比例阀的第二端口依次通过管路连通形成第二闭合回路;换热器的热管道的两端分别与第二三通比例阀的第一端口和四通阀的第三端口连通;换热器的冷管道与电池包通过管路连通形成第二闭合回路;第一三通比例阀的第三端口与第一闭合回路连通;四通阀的第三端口与第一闭合回路连通。通过控制第一三通比例阀、第二三通比例阀和四通阀的各个端口的连通关系,可以控制第一闭合回路、第二闭合回路、第二闭合回路之间的工作模式;在满足整车工况需求的情况下,能够充分利用能量,从而降低整车能耗,提升整车续航里程。
附图说明
图1为本发明实施例的一种氢能燃料电池汽车的热管理系统的结构示意图;
图2为本发明实施例的一种氢能燃料电池汽车的热管理系统的控制原理框图。
图中标记说明:
1、氢燃料电池电堆;2、PTC加热器;3、第一水泵;4、第二水泵;5、散热件;51、散热器;52、电子风扇;6、换热器;61、热管道;62、冷管道;7、暖风芯体;8、第一三通比例阀;9、第二三通比例阀;10、四通阀;11、电池包;12、第一闭合回路;13、第二闭合回路;14、第三闭合回路;15、第一管路;16、第二管路;17、第一温度传感器;18、第二温度传感器;19、第三温度传感器;20、控制器;21、温度检测模块;22、数据分析模块;23、阀门控制模块;24、水泵控制模块;25、风扇控制模块;26、加热控制模块。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图,对本发明的技术方案作进一步的描述,但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
如图1所示,一种氢能燃料电池汽车的热管理系统,包括氢燃料电池电堆1、散热件5和第一水泵3依次通过管路连通形成第一闭合回路12;和第一三通比例阀8的第一端口、第二水泵4、PTC加热器2、第二三通比例阀9的第一端口、第二三通比例阀9的第二端口、暖风芯体7、四通阀10的第一端口、四通阀10的第二端口、第一三通比例阀8的第二端口依次通过管路连通形成第二闭合回路13;换热器6的热管道61的两端分别与第二三通比例阀9的第一端口和四通阀10的第三端口连通;换热器6的冷管道62与电池包11通过管路连通形成第三闭合回路14;第一三通比例阀8的第三端口通过第一管路15与第一闭合回路12连通,第一管路15位于氢燃料电池电堆1与散热件5之间;四通阀10的第三端口通过第二管路16与第一闭合回路12连通;第二管路16位于散热件5与第一管路15之间。
本发明的一种氢能燃料电池汽车的热管理系统及控制方法。该系统包括氢燃料电池电堆1、散热件5和第一水泵3依次通过管路连通形成第一闭合回路12;和第一三通比例阀8的第一端口、第二水泵4、PTC加热器2、第二三通比例阀9的第一端口、第二三通比例阀9的第二端口、暖风芯体7、四通阀10的第一端口、四通阀10的第二端口、第一三通比例阀8的第二端口依次通过管路连通形成第二闭合回路13;换热器6的热管道61的两端分别与第二三通比例阀9的第一端口和四通阀10的第三端口连通;换热器6的冷管道62与电池包11通过管路连通形成第三闭合回路14;第一三通比例阀8的第三端口通过第一管路15与第一闭合回路12连通,第一管路15位于氢燃料电池电堆1与散热件5之间;四通阀10的第三端口通过第二管路16与第一闭合回路12连通;第二管路16位于散热件5与第一管路15之间。通过控制第一三通比例阀8、第二三通比例阀9和四通阀10的各个端口的连通关系,可以控制第一闭合回路12、第二闭合回路13、第二闭合回路13之间的工作模式;在满足整车工况需求的情况下,能够充分利用能量,从而降低整车能耗,提升整车续航里程。
散热件5的类型可以有多种,在这里不做限定,本实施例中的散热件5可以包括散热器51和设置在散热器51旁的电子风扇52;通过开启电子风扇52,能够加速散热器51的散热效果。
第一闭合回路12上可以设有第一温度传感器17,第一温度传感器17可以位于氢燃料电池电堆1与散热件5之间的管路段上,以以检测第一闭合回路12内液体的温度;第二闭合回路13上设有第二温度传感器18,第二温度传感器18位于暖风芯体7与第二三通比例阀9之间的管路段上,以检测第二闭合回路13内液体的温度;第三闭合回路14上设有第三温度传感器19,以检测第三闭合回路14内液体的温度。
为实现自动控制功能,第一三通比例阀8、第二三通比例阀9和四通阀10均为电磁阀;热管理系统还可以包括控制器20,四通阀10、第一三通比例阀8、第二三通比例阀9和四通阀10、第一温度传感器17、第二温度传感器18、第三温度传感器19、第一水泵3、第二水泵4、电子风扇52和PTC加热器2均可以与控制器20电连接。
如图2所示,控制器20可以包括温度检测模块21、数据分析模块22、阀门控制模块23、水泵控制模块24、风扇控制模块25和加热控制模块26;温度检测模块21可以与数据分析模块22电连接,数据分析模块22可以分别与阀门控制模块23、水泵控制模块24、风扇控制模块25和加热控制模块26电连接;温度检测模块21可以分别与第一温度传感器17、第二温度传感器18和第三温度传感器19电连接,第一温度传感器17、第二温度传感器18和第三温度传感器19可以将检测到的温度值发送给温度检测模块21;阀门控制模块23可以分别与第一三通比例阀8、第二三通比例阀9和四通阀10电连接;水泵控制模块24可以分别与第一水泵3和第二水泵4电连接;风扇控制模块25可以与电子风扇52电连接;加热控制模块26可以与PTC加热器2电连接。
一种氢能燃料电池汽车的热管理系统的控制方法,应用如上的系统;将氢燃料电池电堆1的需求温度记为T1需求,暖风芯体7的需求温度记为T2需求,电池包11的需求温度记为T3需求,第一温度传感器17检测到的温度记为T1,第二温度传感器18检测到的温度记为T2,第三温度传感器19检测到的温度记为T3;在热管理系统中,T1需求始终大于T2需求,T2需求始终大于T3需求,T1始终大于T2,T2始终大于T3;第一温度传感器17将其检测到的温度值T1、第二温度传感器18将其检测到的温度值T2、第三温度传感器19将其检测到的温度值T3发送温度检测模块21,温度检测模块21将温度信号发送给数据分析模块22,数据分析模块22通过分析比较T1、T2、T3、T1需求、T2需求和T3需求之间的关系,发出相应的指令给阀门控制模块23、水泵控制模块24、风扇控制模块25和加热控制模块26;阀门控制模块23发指令控制第一三通比例阀8、第二三通比例阀9和四通阀10的开度以及各端口的连通关系;水泵控制模块24发指令控制第一水泵3和第二水泵4的开启或关闭;风扇控制模块25发指令控制电子风扇52的开启或关闭;加热控制模块26发指令控制PTC加热器2的开启或闭合以及调整PTC加热器2的加热功率,具体控制过程如下:
如果T1小于T1需求,则水泵控制模块24开启第一水泵3和第二水泵4,风扇控制模块25关闭电子风扇52,阀门控制模块23控制第一三通比例阀8的第一端口与第三端口连通,第二三通比例阀9的第一端口与第三端口连通,四通阀10的第三端口与第四端口连通,使得PTC加热器2串接在第一闭合回路12中,加热控制模块26开启PTC加热器2,并根据需求调整PTC加热器2的加热功率,PTC加热器2对第一闭合回路12进行加热,使得T1温度升高,达到T1需求。
如果T1等于T1需求,则阀门控制模块23控制第一三通比例阀8的第三端口关闭;四通阀10的第三端口关闭,使得第一闭合回路12独立工作;风扇控制模块25关闭电子风扇52;水泵控制模块24开启第一水泵3;
若此时T2小于T2需求,则阀门控制模块23控制第一三通比例阀8的第一端口与第二端口连通,第二三通比例阀9的第一端口与第二端口连通,四通阀10的第一端口与第二端口连通,水泵控制模块24开启第二水泵4,加热控制模块26开启PTC加热器2,并根据需求调整PTC加热器2的加热功率,对第二闭合回路13进行加热,使得T2温度升高,达到T2需求;当T3大于T3需求时,阀门控制模块23控制四通阀10的第四端口关闭,第二三通比例阀9的第三端口关闭;当T3小于T3需求时,阀门控制模块23控制四通阀10的第二端口与第四端口连通,第二三通比例阀9的第一端口与第三端口连通;
若此时T2大于T2需求,当T3大于T3需求时,则加热控制模块26关闭PTC加热器2,水泵控制模块24关闭第二水泵4,阀门控制模块23控制四通阀10的第四端口关闭,四通阀10的第一端口与第二端口连通,第二三通比例阀9的第三端口关闭,第二三通比例阀9的第一端口与第二端口连通;当T3小于T3需求时,阀门控制模块23控制四通阀10的第一端口关闭,四通阀10的第二端口与第四端口连通,第二三通比例阀9的第二端口关闭,第二三通比例阀9的第一端口与第三端口连通;
如果T1大于T1需求;则水泵控制模块24开启第一水泵3,风扇控制模块25开启电子风扇52,并调节电子风扇52的功率,对第一闭合回路12进行降温;
若此时T2小于T2需求,则阀门控制模块23控制第一三通比例阀8的第一端口与第三端口连通,第二三通比例阀9的第一端口与第二端口连通,四通阀10的第一端口与第三端口连通;加热控制模块26开启PTC加热器2,并根据需求调整PTC加热器2的加热功率,对第二闭合回路13进行加热;水泵控制模块24开启第二水泵4;当T3大于T3需求时,阀门控制模块23控制四通阀10的第四端口关闭,第二三通比例阀9的第三端口关闭;当T3小于T3需求时,阀门控制模块23控制四通阀10的第三端口与第四端口连通,第二三通比例阀9的第一端口与第三端口连通;
若此时T2大于T2需求,当T3大于T3需求时,则加热控制模块26关闭PTC加热器2,水泵控制模块24关闭第二水泵4,阀门控制模块23控制四通阀10的第三端口关闭,第一三通比例阀8的第三端口关闭;当T3小于T3需求时,则阀门控制模块23控制第一三通比例阀8的第一端口与第三端口连通,第二三通比例阀9的第一端口与第三端口连通,四通阀10的第三端口与第四端口连通;水泵控制模块24开启第二水泵4;加热控制模块26开启PTC加热器2,并根据需求调整PTC加热器2的加热功率,使得换热器6与PTC加热器2串联形成的回路温度上升,第三闭合回路14在换热器6中换热,第三闭合回路14的温度T3上升,以满足T3需求。
以上未涉及之处,适用于现有技术。
虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明,但是本领域的技术人员应该理解,以上示例仅是为了进行说明,而不是为了限制本发明的范围,本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例来做出各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,但并不会偏离本发明的方向或者超越所附权利要求书所定义的范围。本领域的技术人员应该理解,凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围。