CN112373355B - 一种氢能燃料电池汽车的热管理系统及控制方法 - Google Patents

一种氢能燃料电池汽车的热管理系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种氢能燃料电池汽车的热管理系统及控制方法。氢能燃料电池汽车的热管理系统包括第一元件、第二元件、第一水泵、第二水泵、第一散热件、第二散热件、四通阀；四通阀的第一端口、第一水泵、第一元件、第一散热件、四通阀第二端口依次通过管路连通形成第一闭合回路；四通阀的第三端口、第二水泵、第二元件、第二散热件、四通阀的第四端口依次通过管路形成第二闭合回路；氢能燃料电池汽车的热管理系统的控制方法通过控制四通阀的第一端口、第二端口、第三端口和第四端口之间的连通关系，可以控制第一闭合回路与第二闭合回路的工作模式；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。

Description

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的冷却回路通常以相互独立回路为主，各个回路产生的废热使用散热器将热量散发到空气中，造成能源浪费比较严重，不能够充分利用能量，从而加大了整车能耗，使得整车续航里程降低，因此，需要有针对性地对的冷却回路进行改进，以充分提高能源利用率，降低整车能耗。
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、降低整车能耗的简单高效、准确度高、可靠性高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，包括第一元件、第二元件、第一水泵、第二水泵、第一散热件、第二散热件、四通阀；所述四通阀的第一端口、第一水泵、第一元件、第一散热件、四通阀的第二端口依次通过管路连通形成第一闭合回路；所述四通阀的第三端口、第二水泵、第二元件、第二散热件、四通阀的第四端口依次通过管路形成第二闭合回路。
优选的，所述第一元件包括氢燃料电池电堆。
优选的，所述第二元件包括驱动电机、电机控制器、DC/DC变换器或PDU电源分配单元。
优选的，第一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，所述第二散热件包括换热器和空调，所述换热器的冷管道与所述空调的冷媒回路串联，所述四通阀的第三端口、第二水泵、第二元件、换热器的热管道、四通阀的第四端口依次通过管路形成所述第二闭合回路。
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第一元件与所述第一水泵之间的管路段上；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第二元件与所述第二水泵之间的管路段上；所述四通阀为电磁阀；所述热管理系统还包括控制器，所述四通阀、第一温度传感器、第二温度传感器、第一水泵、第二水泵、电子风扇和空调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、风扇控制模块和空调控制模块；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、风扇控制模块和空调控制模块电连接；所述温度检测模块分别与所述第一温度传感器和第二温度传感器电连接；所述阀门控制模块与所述四通阀电连接；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；所述空调控制模块与所述空调电连接。
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，将第一元件的需求温度记为T1需求，第二元件的需求温度记为T2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；在热管理系统中，T1需求始终大于T2需求，T1始终大于T2；控制器通过分析比较T1、T2、T1需求、和T2需求之间的关系，发出相应的指令给四通阀、第一水泵、第二水泵、电子风扇和空调，具体控制过程如下：
如果T1大于T1需求，则水泵控制模块开启第一水泵和第二水泵，风扇控制模块开启电子风扇，对第一闭合回路进行降温；
若此时T2大于T2需求，则阀门控制模块控制四通阀的第一端口与第二端口连通，第三端口与第四端口连通，使得第一闭合回路和第二闭合回路独立工作；空调控制模块启动空调，空调的冷媒在换热器中进行换热；
若此时T2小于T2需求，则阀门控制模块控制四通阀的第一端口与第四端口连通，第二端口与第三端口连通，使得第一闭合回路和第二闭合回路串联工作，空调控制模块关闭空调；
如果T1大于T2需求且T1小于T1需求，则风扇控制模块关闭电子风扇；
若此时T2大于T2需求，则阀门控制模块控制四通阀的第一端口与第二端口连通，第三端口与第四端口连通，使得第一闭合回路和第二闭合回路独立工作；空调控制模块启动空调，空调的冷媒在换热器中进行换热，水泵控制模块开启第二水泵，关闭第一水泵；
若此时T2小于T2需求，则阀门控制模块控制四通阀的第一端口与第四端口连通，第二端口与第三端口连通，使得第一闭合回路和第二闭合回路串联工作，水泵控制模块开启第一水泵和第二水泵，空调控制模块关闭空调；
如果T1小于T2需求，则风扇控制模块关闭电子风扇，空调控制模块关闭空调，阀门控制模块控制四通阀的第一端口与第四端口连通，第二端口与第三端口连通，使得第一闭合回路和第二闭合回路串联工作；水泵控制模块开启第一水泵和第二水泵。
一种氢能燃料电池汽车的热管理系统，包括第一元件、第二元件、第一水泵、第二水泵、第一散热件、第二散热件、四通阀；所述四通阀设有第一端口、第二端口、第三端口和第四端口；所述第一端口、第一水泵、第一元件、第一散热件、第二端口依次通过管路连通形成第一闭合回路；所述第三端口、第二水泵、第二元件、第二散热件、第四端口依次通过管路形成第二闭合回路。
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。该系统包括第一元件、第二元件、第一水泵、第二水泵、第一散热件、第二散热件、四通阀；四通阀设有第一端口、第二端口、第三端口和第四端口；第一端口、第一水泵、第一元件、第一散热件、第二端口依次通过管路连通形成第一闭合回路；第三端口、第二水泵、第二元件、第二散热件、第四端口依次通过管路形成第二闭合回路；通过控制四通阀的第一端口、第二端口、第三端口和第四端口之间的连通关系，可以控制第一闭合回路与第二闭合回路的工作模式；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、第一元件；2、第二元件；3、第一水泵；4、第二水泵；5、第一散热件；51、散热器；52、电子风扇；6、第二散热件；61、换热器；611、冷管道；612、热管道；62、空调；7、四通阀；71、第一端口；72、第二端口；73、第三端口；74、第四端口；8、第一温度传感器；9、第二温度传感器；10、控制器；101、温度检测模块；102、数据分析模块；103、阀门控制模块；104、水泵控制模块；105、风扇控制模块；106、空调控制模块。
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，本发明的一种氢能燃料电池汽车的热管理系统，包括第一元件1、第二元件2、第一水泵3、第二水泵4、第一散热件5、第二散热件6、四通阀7；四通阀7的第一端口71、第一水泵3、第一元件1、第一散热件5、四通阀7的第二端口72依次通过管路连通形成第一闭合回路；四通阀7的第三端口73、第二水泵4、第二元件2、第二散热件6、四通阀7的第四端口74依次通过管路连通形成第二闭合回路。
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。该系统包括第一元件1、第二元件2、第一水泵3、第二水泵4、第一散热件5、第二散热件6、四通阀7；四通阀7的第一端口71、第一水泵3、第一元件1、第一散热件5、四通阀7的第二端口72依次通过管路连通形成第一闭合回路；四通阀7的第三端口73、第二水泵4、第二元件2、第二散热件6、四通阀7的第四端口74依次通过管路形成第二闭合回路；通过调控四通阀7的第一端口71、第二端口72、第三端口73和第四端口74之间的连通关系，可以控制第一闭合回路与第二闭合回路的工作模式；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。
第一元件1可以包括氢燃料电池电堆；第二元件2可以包括驱动电机或电机控制器或DC/DC变换器或PDU电源分配单元。
第一散热件5的类型可以有多种，在这里不做限定，本实施例中的第一散热件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散热，大幅度提高第一散热件5的散热效果。
第二散热件6的类型可以有多种，在这里不做限定，本实施例中的第二散热件6可以包括换热器61和空调62，换热器61的冷管道611与空调62的冷媒回路串联，四通阀7的第三端口73、第二水泵4、第二元件2、换热器61的热管道612、四通阀7的第四端口74依次通过管路形成第二闭合回路；空调62的冷媒在换热器61中进行换热，对第二闭合回路进行降温。
第一闭合回路上可以设有第一温度传感器8，第一温度传感器8可以设置在第一元件1与第一水泵3之间的管路段上，以检测第一闭合回路内液体的温度；第二闭合回路上可以设有第二温度传感器9，第二温度传感器9可以设置在第二元件2与第二水泵4之间的管路段上；以检测第二闭合回路内液体的温度。
为实现自动控制功能，四通阀7可以为电磁阀；热管理系统还可以包括控制器10，四通阀7、第一温度传感器8、第二温度传感器9、第一水泵3、第二水泵4、电子风扇52和空调62均可以与控制器10电连接。
如图2所示，控制器10可以包括温度检测模块101、数据分析模块102、阀门控制模块103、水泵控制模块104、风扇控制模块105和空调控制模块106；温度检测模块101可以与数据分析模块102电连接，数据分析模块102可以分别与阀门控制模块103、水泵控制模块104、风扇控制模块105和空调控制模块106电连接；温度检测模块101可以分别与第一温度传感器8和第二温度传感器9电连接，第一温度传感器8和第二温度传感器9将检测到的温度值发送给温度检测模块101；阀门控制模块103可以与四通阀7电连接；水泵控制模块104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105可以与电子风扇52电连接；空调控制模块106可以与空调62电连接。
本发明的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，将第一元件1的需求温度记为T1需求，第二元件2的需求温度记为T2需求，第一温度传感器8检测到的温度记为T1，第二温度传感器9检测到的温度记为T2；这里第一元件1的需求温度是指第一元件1正常工作的需求温度值；第二元件2的需求温度是指第二元件2正常工作的需求温度值；在热管理系统中，T1需求始终大于T2需求，T1始终大于T2；第一温度传感器8将其检测到的温度值T1、第二温度传感器9将其检测到的温度值T2发送温度检测模块101，温度检测模块101将温度信号发送给数据分析模块102，数据分析模块102通过分析比较T1、T2、T1需求、和T2需求之间的关系，发出相应的指令给阀门控制模块103、水泵控制模块104、风扇控制模块105和空调控制模块106，阀门控制模块103控制四通阀7的第一端口71、第二端口72、第三端口73和第四端口74之间的连通关系；水泵控制模块104控制第一水泵3、第二水泵4的开启或关闭；风扇控制模块105控制电子风扇52的开启或关闭；空调控制模块106控制空调62的开启或关闭；具体控制过程如下：
如果T1大于T1需求，则水泵控制模块104开启第一水泵3和第二水泵4，通过控制第一水泵3和第二水泵4的功率，可以控制第一闭合回路和第二闭合回路中液体的流速，从而调节第一闭合回路、第二闭合回路中的换热速率，风扇控制模块105开启电子风扇52，提升了散热器51的散热效果，从而加速对第一闭合回路的冷却；
若此时T2大于T2需求，则阀门控制模块103控制四通阀7的第一端口71与第二端口72连通，第三端口73与第四端口74连通，使得第一闭合回路和第二闭合回路独立工作；空调控制模块106启动空调62，空调62的冷媒在换热器61中进行换热，对第二闭合回路降温，以满足第二元件的T2需求；
若此时T2小于T2需求，则阀门控制模块103控制四通阀7的第一端口71与第四端口74连通，第二端口72与第三端口73连通，使得第一闭合回路和第二闭合回路串联工作，第一闭合回路与第二闭合回路进行热量交换，使得第二闭合回路温度升高，以满足第二元件的T2需求；空调控制模块106关闭空调62；
如果T1大于T2需求且小于T1需求，则风扇控制模块105关闭电子风扇52；
若此时T2大于T2需求，则阀门控制模块103控制四通阀7的第一端口71与第二端口72连通，第三端口73与第四端口74连通，使得第一闭合回路和第二闭合回路独立工作；空调控制模块106启动空调62，空调62的冷媒在换热器61中进行换热，使得第二闭合回路温度降低，以满足第二元件的T2需求；水泵控制模块104开启第二水泵4，关闭第一水泵3；通过调节第二水泵4的功率，可以控制第二闭合回路中液体的流速，从而调节第第二闭合回路中的换热速率；
若此时T2小于T2需求，则阀门控制模块103控制四通阀7的第一端口71与第四端口74连通，第二端口72与第三端口73连通，使得第一闭合回路和第二闭合回路串联工作，第一闭合回路与第二闭合回路进行热量交换，使得第二闭合回路温度升高，以满足第二元件的T2需求；水泵控制模块104开启第一水泵3和第二水泵4，通过控制第一水泵3和第二水泵4的功率，可以控制第一闭合回路和第二闭合回路中液体的流速，从而调节第一闭合回路与第二闭合回路中的换热速率；空调控制模块106关闭空调62；
如果T1小于T2需求，则风扇控制模块105关闭电子风扇52，空调控制模块106关闭空调62，阀门控制模块103控制四通阀7的第一端口71与第四端口74连通，第二端口72与第三端口73连通，使得第一闭合回路和第二闭合回路串联工作；第一闭合回路与第二闭合回路进行热量交换，使得第二闭合回路温度升高，以满足第二元件的T2需求；水泵控制模块104开启第一水泵3和第二水泵4，通过控制第一水泵3和第二水泵4的功率，可以控制第一闭合回路和第二闭合回路中液体的流速，从而调节第一闭合回路与第二闭合回路中的换热速率。
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。

Claims (1)

1.一种氢能燃料电池汽车的热管理系统，其特征在于，包括第一元件（1）、第二元件（2）、第一水泵（3）、第二水泵（4）、第一散热件（5）、第二散热件（6）、四通阀（7）；所述四通阀（7）的第一端口（71）、第一水泵（3）、第一元件（1）、第一散热件（5）、四通阀（7）的第二端口（72）依次通过管路连通形成第一闭合回路；所述四通阀（7）的第三端口（73）、第二水泵（4）、第二元件（2）、第二散热件（6）、四通阀（7）的第四端口（74）依次通过管路形成第二闭合回路；
其中，所述第一元件（1）包括氢燃料电池电堆，所述第二元件（2）包括驱动电机、电机控制器、DC/DC变换器或PDU电源分配单元；
所述第一散热件（5）包括散热器（51）和设置在所述散热器（51）旁的电子风扇（52）；
所述第二散热件（6）包括换热器（61）和空调（62），所述换热器（61）的冷管道（611）与所述空调（62）的冷媒回路串联，所述四通阀（7）的第三端口（73）、第二水泵（4）、第二元件（2）、换热器（61）的热管道（612）、四通阀（7）的第四端口（74）依次通过管路形成所述第二闭合回路；
所述第一闭合回路上设有第一温度传感器（8），所述第一温度传感器（8）位于所述第一元件（1）与所述第一水泵（3）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（9），所述第二温度传感器（9）位于所述第二元件（2）与所述第二水泵（4）之间的管路段上；
所述四通阀（7）为电磁阀；
所述热管理系统还包括控制器（10），所述控制器（10）包括温度检测模块（101）、数据分析模块（102）、阀门控制模块（103）、水泵控制模块（104）、风扇控制模块（105）和空调控制模块（106）；所述温度检测模块（101）与所述数据分析模块（102）电连接，所述数据分析模块（102）分别与所述阀门控制模块（103）、水泵控制模块（104）、风扇控制模块（105）和空调控制模块（106）电连接；所述温度检测模块（101）分别与所述第一温度传感器（8）和第二温度传感器（9）电连接；所述阀门控制模块（103）与所述四通阀（7）电连接；所述水泵控制模块（104）分别与所述第一水泵（3）和第二水泵（4）电连接；所述风扇控制模块（105）与所述电子风扇（52）电连接；所述空调控制模块（106）与所述空调（62）电连接；
将所述第一元件（1）的需求温度记为T1需求，所述第二元件（2）的需求温度记为T2需求，所述第一温度传感器（8）检测到的温度记为T1，所述第二温度传感器（9）检测到的温度记为T2；
在热管理系统中，T1需求始终大于T2需求，T1始终大于T2；控制器（10）通过分析比较T1、T2、T1需求、和T2需求之间的关系，发出相应的指令给四通阀（7）、第一水泵（3）、第二水泵（4）、电子风扇（52）和空调（62），具体控制过程如下：
如果T1大于T1需求，则水泵控制模块（104）开启第一水泵（3）和第二水泵（4），风扇控制模块（105）开启电子风扇（52），对第一闭合回路进行降温；
若此时T2大于T2需求，则阀门控制模块（103）控制四通阀（7）的第一端口（71）与第二端口（72）连通，第三端口（73）与第四端口（74）连通，使得第一闭合回路和第二闭合回路独立工作；空调控制模块（106）启动空调（62），空调（62）的冷媒在换热器（61）中进行换热；
若此时T2小于T2需求，则阀门控制模块（103）控制四通阀（7）的第一端口（71）与第四端口（74）连通，第二端口（72）与第三端口（73）连通，使得第一闭合回路和第二闭合回路串联工作，空调控制模块（106）关闭空调（62）；
如果T1大于T2需求且T1小于T1需求，则风扇控制模块（105）关闭电子风扇（52）；
若此时T2大于T2需求，则阀门控制模块（103）控制四通阀（7）的第一端口（71）与第二端口（72）连通，第三端口（73）与第四端口（74）连通，使得第一闭合回路和第二闭合回路独立工作；空调控制模块（106）启动空调（62），空调（62）的冷媒在换热器（61）中进行换热，水泵控制模块（104）开启第二水泵（4），关闭第一水泵（3）；
若此时T2小于T2需求，则阀门控制模块（103）控制四通阀（7）的第一端口（71）与第四端口（74）连通，第二端口（72）与第三端口（73）连通，使得第一闭合回路和第二闭合回路串联工作，水泵控制模块（104）开启第一水泵（3）和第二水泵（4），空调控制模块（106）关闭空调（62）；
如果T1小于T2需求，则风扇控制模块（105）关闭电子风扇（52），空调控制模块（106）关闭空调（62），阀门控制模块（103）控制四通阀（7）的第一端口（71）与第四端口（74）连通，第二端口（72）与第三端口（73）连通，使得第一闭合回路和第二闭合回路串联工作；水泵控制模块（104）开启第一水泵（3）和第二水泵（4）。
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