CN112644250B - 能量综合利用系统及燃料电池汽车 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种能量综合利用系统及燃料电池汽车。能量综合利用系统包括第一换热装置、第一阀门、第一吹风装置、第二换热装置和第一接头。第一换热装置的第一氢进口与氢源连接。第一换热装置与燃料电堆、待冷却系统的冷却出口和待冷却系统的冷却进口连接。第一阀门的第一开口与第一换热装置、第二换热装置和第一接头连接。第二换热装置用于为待调温空间提供冷量。能量综合利用系统通过第一换热装置使低温氢与待冷却系统的冷却出口流出的高温冷却介质换热，使氢的温度在第一阀门的正常工作温度范围内。能量综合利用系统通过第一换热装置和第二换热装置实现了冷却液、空气和氢气之间能量的调配，进而实现燃料电池汽车内部能量的综合利用。
Description
技术领域
本申请涉及汽车技术领域，特别是涉及一种能量综合利用系统及燃料电池汽车。
背景技术
化石能源消耗带来的能源枯竭和环境污染日益严重，可再生能源的大规模开发和利用势在必行。氢气是一种有效的储能方式：在可再生能源发电高峰期将电能转换为化学能储存在氢气当中，在用电高峰期将氢气携带的能量通过燃料电堆重新转换为电能以供使用。氢燃料电池汽车具有零排放、无污染、高效的特点，是一种十分具有潜力的新能源汽车。
当氢燃料电堆发动机匹配液氢或者高压氢气系统时，液氢或高压氢气在进入燃料电堆电堆之前首先需要进行减压、汽化或升温到50℃左右，此过程需要吸收大量的热。燃料电堆电堆在工作过程中会产生大量的余热，通常采用冷却液对电堆进行散热，以使电堆内部温度始终处于高效的工作温度范围内。除此之外，为保证驾驶员及乘客在驾驶室和舱室内的舒适性，需要采用空调系统使驾驶室和舱室内的温度保持在一定范围之内，在天气寒冷时对驾驶室和舱室内空气进行升温，在天气炎热时对驾驶室或舱室内空气进行降温。由此可见，怎样才能实现燃料电池汽车内部能量的综合利用是亟待解决的问题。
发明内容
基于此，有必要针对怎样才能实现燃料电池汽车内部能量的综合利用的问题，提供一种能量综合利用系统及燃料电池汽车。
一种能量综合利用系统，包括第一换热装置、第一阀门、第一吹风装置、第二换热装置和第一接头。
所述第一换热装置的第一氢进口用于与氢源连接。所述第一换热装置的冷却进口用于待冷却系统的冷却出口连接。所述第一换热装置的冷却出口用于与所述待冷却系统的冷却进口连接。所述第一换热装置的第二氢出口用于与燃料电堆的氢进口连接。所述第一阀门的第一开口与所述第一换热装置的第一氢出口连接。所述第一吹风装置的进口与大气环境连通。
所述第二换热装置的氢进口与所述第一阀门的第二开口连接。所述第二换热装置的空气进口与所述第一吹风装置连接。所述第二换热装置的空气出口用于与待调温空间连接。所述第一接头的第一开口与所述第一阀门的第三开口连接。所述第一接头的第二开口与所述第二换热装置的氢出口连接。所述第一接头的第三开口与所述第一换热装置的第二氢进口连接。
在一个实施例中，所述能量综合利用系统还包括第三换热装置。所述第三换热装置的空气进口用于与第二吹风装置连接。所述第三换热装置的空气出口用于与所述待调温空间连接。所述第三换热装置的冷却进口用于与所述待冷却系统的冷却出口连接。所述第三换热装置的冷却出口与所述第一换热装置的冷却进口连接。
在一个实施例中，所述能量综合利用系统还包括第二阀门、第四换热装置和第二接头。
所述第二阀门的第一开口用于与所述待冷却系统的冷却出口连接。所述第二阀门的第二开口与所述第三换热装置的冷却进口连接。
所述第四换热装置的冷却进口与所述第二阀门的第三开口连接。所述第四换热装置的空气进口用于第三吹风装置连接。所述第四换热装置的空气出口用于与大气环境连接。
所述第二接头的第一开口与所述第三换热装置的冷却出口连接。所述第二接头的第二开口与所述第四换热装置的冷却出口连接。所述第二接头的第三开口与所述第一换热装置的冷却进口连接。
在一个实施例中，所述能量综合利用系统还包括第三阀门、第一加热装置和第三接头。所述第三阀门的第一开口用于与所述待冷却系统的冷却出口连接。所述第三阀门的第二开口用于所述第二阀门的第一开口连接。所述第一加热装置的进口与所述第三阀门的第三开口连接。所述第三接头的第一开口与所述第二接头的第三开口连接。所述第三接头的第二开口与所述第一加热装置的出口连接。所述第三接头的第三开口与所述第一换热装置的冷却进口连接。
在一个实施例中，所述能量综合利用系统还包括降温装置。所述降温装置的进口与所述第二换热装置的空气出口连接。所述降温装置的出口用于与所述待调温空间连接。
在一个实施例中，所述能量综合利用系统还包括第四阀门。所述第四阀门的第一开口与所述第二换热装置的空气出口连接。所述第四阀门的第二开口与所述降温装置的进口连接。所述第四阀门的第三开口用于与大气环境连通。
在一个实施例中，所述能量综合利用系统还包括第五阀门。所述第五阀门的第一开口用于与大气环境连接。所述第五阀门的第二开口与所述第一吹风装置的进口连接。所述第五阀门的第三开口用于所述待调温空间连通。
在一个实施例中，所述能量综合利用系统还包括第二加热装置。所述第二加热装置的进口与所述第三换热装置的空气出口连接。所述第二换热装置的出口用于所述待调温空间连接。
在一个实施例中，所述能量综合利用系统还包括第三加热装置。所述第三加热装置的进口与所述第一换热装置的第二氢出口连接。所述第三加热装置的出口用于所述燃料电堆的氢进口连接。
一种能量综合利用系统，包括第一换热装置、第一阀门、第一吹风装置、第二换热装置、第一接头和第五换热装置。
所述第一换热装置的氢进口用于与氢源连接。所述第一换热装置的冷却进口用于与待冷却系统的冷却出口连接。
所述第一阀门的第一开口与所述第一换热装置的氢出口连接。
所述第一吹风装置的进口与大气环境连通。
所述第二换热装置的氢进口与所述第一阀门的第二开口连接。所述第二换热装置的空气进口与所述第一吹风装置连接。所述第二换热装置的空气出口用于与待调温空间连接。
所述第一接头的第一开口与所述第一阀门的第三开口连接。所述第一接头的第二开口与所述第二换热装置的氢出口连接。
所述第五换热装置的氢进口与所述第一接头的第三开口连接。所述第五换热装置的氢出口用于与燃料电堆的氢进口连接。所述第五换热装置的冷却进口与所述第一换热装置的冷却出口连接。所述第五换热装置的冷却出口用于与所述待冷却系统的冷却进口连接。
一种燃料电池汽车，包括如上述任一个实施例所述的能量综合利用系统。
本申请实施例提供的所述能量综合利用系统，包括第一换热装置、第一阀门、第一吹风装置、第二换热装置和第一接头。所述第一换热装置的第一氢进口用于与氢源连接。所述第一换热装置的冷却进口用于待冷却系统的冷却出口连接。所述第一换热装置的冷却出口用于与所述待冷却系统的冷却进口连接。所述第一换热装置的第二氢出口用于与燃料电堆的氢进口连接。所述第一阀门的第一开口与所述第一换热装置的第一氢出口连接。所述第一吹风装置的进口与大气环境连通。所述第二换热装置的氢进口与所述第一阀门的第二开口连接。所述第二换热装置的空气进口与所述第一吹风装置连接。所述第二换热装置的空气出口用于与待调温空间连接。所述第一接头的第一开口与所述第一阀门的第三开口连接。所述第一接头的第二开口与所述第二换热装置的氢出口连接。所述第一接头的第三开口与所述第一换热装置的第二氢进口连接。
本申请的所述能量综合利用系统通过所述第一换热装置使低温氢与所述待冷却系统的冷却出口流出的高温冷却介质换热，使进入所述第一阀门的氢的温度升高至-200℃以上，以满足所述第一阀门的正常工作的温度范围。经所述第一阀门的分配，一部分氢再进入所述第二换热装置，所述第二换热装置使低温的氢与空气进行换热，氢的温度升高，空气的温度降低，低温的空气进入所述待调温空间，为所述待调温空间降温。从所述第二换热装置出来的氢的温度在10摄氏度左右。所述第二换热装置出来的氢与经第一阀门分配的另一部分氢经第一接头集流再进入所述第一换热装置，并与所述待冷却系统的冷却出口流出的高温冷却介质进行换热。冷却介质的温度降低，氢的温度继续升高。
所述能量综合利用系统通过所述第一换热装置和所述第二换热装置实现了冷却液、空气和氢气之间能量的调配，从而实现了氢气的升温、冷却液的降温以及对所述待调温空间温度的调节，进而实现燃料电池汽车内部能量的综合利用。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请一个实施例中提供的所述能量综合利用系统的结构示意图。
图2为本申请第二个实施例中提供的所述能量综合利用系统的结构示意图。
图3为本申请第三个实施例中提供的所述能量综合利用系统的结构示意图。
图4为本申请第四个实施例中提供的所述能量综合利用系统的结构示意图。
图5为本申请第五个实施例中提供的所述能量综合利用系统的结构示意图。
图6为本申请第六个实施例中提供的所述能量综合利用系统的结构示意图。
图7为本申请第七个实施例中提供的所述能量综合利用系统的结构示意图。
图8为本申请第八个实施例中提供的所述能量综合利用系统的结构示意图。
附图标号：
10、能量综合利用系统；210、第一换热装置；220、第二换热装置；230、第三换热装置；240、第四换热装置；250、第五换热装置；101、氢源；102、待冷却系统；103、燃料电堆；104、待调温空间；105、降温装置；310、第一阀门；320、第二阀门；330、第三阀门；340、第四阀门；350、第五阀门；360、第六阀门；410、第一吹风装置；420、第二吹风装置；430、第二吹风装置；510、第一接头；520、第二接头；530、第三接头；610、第一加热装置；620、第二加热装置630、第三加热装置710、第一测温装置；720、第二测温装置；730、第三测温装置；740、第四测温装置；810、第一调节阀；820、第二调节阀。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
请参见图1，本申请实施例提供的一种能量综合利用系统10，包括第一换热装置210、第一阀门310、第一吹风装置410、第二换热装置220和第一接头510。
所述第一换热装置210的第一氢进口用于与氢源101连接。所述第一换热装置210的冷却进口用于待冷却系统102的冷却出口连接。所述第一换热装置210的冷却出口用于与所述待冷却系统102的冷却进口连接。所述第一换热装置210的第二氢出口用于与燃料电堆103的氢进口连接。所述第一阀门310的第一开口与所述第一换热装置210的第一氢出口连接。所述第一吹风装置410的进口与大气环境连通。
所述第二换热装置220的氢进口与所述第一阀门310的第二开口连接。所述第二换热装置220的空气进口与所述第一吹风装置410连接。所述第二换热装置220的空气出口用于与待调温空间104连接。所述第一接头510的第一开口与所述第一阀门310的第三开口连接。所述第一接头510的第二开口与所述第二换热装置220的氢出口连接。所述第一接头510的第三开口与所述第一换热装置210的第二氢进口连接。
一般氢源101为液氢，且液氢的温度在-240℃左右。所述第一阀门310为三通比例阀，三通比例阀可正常工作的最低温度在-200℃左右。所述待冷却系统102的冷却出口流出的高温冷却介质的温度在80℃左右。
本申请的所述能量综合利用系统10通过所述第一换热装置210使低温氢与所述待冷却系统102的冷却出口流出的高温冷却介质换热，使进入所述第一阀门310的氢的温度升高至-200℃以上，以满足所述第一阀门310的正常工作的温度范围。经所述第一阀门310进行氢流量分配，一部分氢再进入所述第二换热装置220，所述第二换热装置220使低温的氢与空气进行换热，氢的温度升高，空气的温度降低，低温的空气进入所述待调温空间104，为所述待调温空间104降温。从所述第二换热装置220出来的氢的温度在10摄氏度左右。所述第二换热装置220出来的氢与经所述第一阀门310分配的另一部分氢经所述第一接头510集流再进入所述第一换热装置210，并与所述待冷却系统102的冷却出口流出的高温冷却介质进行换热。冷却介质的温度降低，氢的温度继续升高。
所述能量综合利用系统10通过所述第一换热装置210和所述第二换热装置220实现了冷却液、空气和氢气之间能量的调配，从而实现了氢气的升温、冷却液的降温以及对所述待调温空间104温度的调节，进而实现燃料电池汽车内部能量的综合利用。
所述待冷却系统102包括产生热量的所述燃料电堆103、DC/DC转换器、电机或控制器等。
所述燃料电堆103为氢气和空气中的氧气发生反应并产生电力的装置，电堆内部具有冷却管路，冷却管路用于电堆散热。
冷却介质还可以参与DC/DC转换器、电机或控制器等辅助系统的冷却换热。所述冷却介质在DC/DC转换器、电机或控104制器吸热，温度升高的冷却液通过冷却回路进行降温。
所述第一阀门310根据需求调节阀门的开度，以调节氢进入所述第二换热装置220和所述第一换热装置210的比例。所述第二换热装置220用于待调温空间104的制冷。所述第一换热装置210用于为冷却介质降温。
所述第一接头510与所述第一阀门310配合使用，用于集流所述第一阀门310分流的氢。
所述第一换热装置210为浸没式换热装置，也可为其他类型换热装置。所述第一换热装置210内部换热管路分为两部分，分别为液氢换热管路和氢气换热管路。从所述第一换热装置210的第一氢进口流入的液氢首先在液氢换热管路中与冷却介质换热，液氢汽化升温到-200℃左右，以保证后续所述第一阀门310的正常工作。所述第一接头510汇流后的氢气再次经过所述第一换热装置210内的氢气换热管路与冷却介质换热，使冷能用于冷却介质的冷却，氢温度继续升高。
所述第一吹风装置410包括吹风机、风机或鼓风机等。所述第二换热装置220包括空冷式换热装置。
请一并参见图2，在一个实施例中，所述能量综合利用系统10还包括第三换热装置230。所述第三换热装置230的空气进口用于与第二吹风装置420连接。所述第三换热装置230的空气出口用于与所述待调温空间104连接。所述第三换热装置230的冷却进口用于与所述待冷却系统102的冷却出口连接。所述第三换热装置230的冷却出口与所述第一换热装置210的冷却进口连接。
所述待冷却系统102出来的高温冷却介质在所述第三换热装置230内与空气进行换热。冷却介质的温度降低，空气的温度升高。升高的空气进入所述待调温空间104，所述待调温空间104的温度升高。所述能量综合利用系统10通过所述第三换热装置230实现冷却介质的降温和待调温空间104的升温。
所述第三换热装置230为浸没式换热装置，也可为其他类型换热装置。
请一并参见图3，在一个实施例中，所述能量综合利用系统10还包括第二阀门320、第四换热装置240和第二接头520。
所述第二阀门320的第一开口用于与所述待冷却系统102的冷却出口连接。所述第二阀门320的第二开口与所述第三换热装置230的冷却进口连接。所述第四换热装置240的冷却进口与所述第二阀门320的第三开口连接。所述第四换热装置240的空气进口用于第三吹风装置430连接。所述第四换热装置240的空气出口用于与大气环境连接。所述第二接头520的第一开口与所述第三换热装置230的冷却出口连接。所述第二接头520的第二开口与所述第四换热装置240的冷却出口连接。所述第二接头520的第三开口与所述第一换热装置210的冷却进口连接。
所述第二阀门320为三通比例阀，用于调节冷却介质进入所述第三换热装置230和所述第四换热装置240的比例。所述第二接头520用于汇流第三换热装置230和所述第四换热装置240流出的冷却介质。所述待冷却系统102出来的高温冷却介质在所述第三换热装置230内与空气进行换热。冷却介质的温度降低，空气的温度升高。高温的空气排入大气环境中。
所述第四换热装置240为空冷式换热装置，也可为其他类型换热装置。
所述第三吹风装置430为吹风机、风机或鼓风机等。所述第四换热装置240包括空冷式换热装置。
请一并参见图4，在一个实施例中，所述能量综合利用系统10还包括第三阀门330、第一加热装置610和第三接头530。所述第三阀门330的第一开口用于与所述待冷却系统102的冷却出口连接。所述第三阀门330的第二开口用于所述第二阀门320的第一开口连接。所述第一加热装置610的进口与所述第三阀门330的第三开口连接。所述第三接头530的第一开口与所述第二接头520的第三开口连接。所述第三接头530的第二开口与所述第一加热装置610的出口连接。所述第三接头530的第三开口与所述第一换热装置210的冷却进口连接。
所述第三阀门330为三通比例阀，用于调节冷却介质进入所述第一加热装置610所在的管路和进入所述第二阀门320的比例。所述第三接头530用于汇流所述第一加热装置610所在的管路和所述第二接头520流出的冷却介质。
当所述第一加热装置610工作时，用于为流通所述第一加热装置610所在的管路的冷却介质加热。当所述第一加热装置610不工作时，所述第一加热装置610所在的管路起到分流的作用。通过调节所述第三阀门330的开度，可以调节冷却液的冷流比例，进而调节进入所述待冷却系统102的冷却进口的冷却介质的温度。
在一个实施例中，基于热力学和传热学通过计算得出不同环境和工况下冷却液需要在所述第一换热装置210、所述第三换热装置230和所述第四换热装置240中的交换热量，进而得到热量的传递方向及数值大小。
通过调节所述第三阀门330的开度、所述第二吹气装置的档位(或投入运行的风扇个数)和所述第一加热装置610的功率实现冷却液温度控制，从而使冷却液温度稳定在一定的温度范围。
在一个实施例中，所述待冷却系统102为燃料电堆103。当所述燃料电堆103冷启动时，需要对冷却介质进行加热，此时，调节所述第三阀门330的开度，使得从燃料电堆103流出的所述冷却介质全部进入所述第一加热装置610所在的管路，且同时控制所述第一加热装置610工作，以使进入所述燃料电堆103的所述冷却介质温度快速升高至70℃左右，以达到燃料电堆电堆的正常工作温度。
请一并参见图5，在一个实施例中，所述能量综合利用系统10还包括降温装置104。所述降温装置104的进口与所述第二换热装置220的空气出口连接。所述降温装置104的出口用于与所述待调温空间104连接。当所述第二换热装置220的空气出口的空气温度达不到预设温度时，所述降温装置104用于为所述第二换热装置220的空气出口的空气降温。所述降温装置104包括空调蒸发器。
在一个实施例中，所述能量综合利用系统10还包括第四阀门340。所述第四阀门340的第一开口与所述第二换热装置220的空气出口连接。所述第四阀门340的第二开口与所述降温装置104的进口连接。所述第四阀门340的第三开口用于与大气环境连通。
所述第四阀门340为三通比例阀。通过调节所述第四阀门340的比例开度，可以调节从所述第二换热装置220的空气出口流出的低温空气进入所述待调温空间104的比例。
如果所述第二换热装置220的空气出口流出的低温空气的冷量大于所述待调温空间104的需求量，通过调节所述第四阀门340，将多余的冷量排入大气环境中。
在一个实施例中，所述能量综合利用系统10还包括第五阀门350。所述第五阀门350的第一开口用于与大气环境连接。所述第五阀门350的第二开口与所述第一吹风装置410的进口连接。所述第五阀门350的第三开口用于所述待调温空间104连通。
当所述第五阀门350的第三阀口与所述第五阀门350的第二阀口连通时，所述待调温空间104的空气通过所述第一吹风装置410进入所述第二换热装置220中，实现空气的内循环。
当所述第五阀门350的第三阀口与所述第五阀门350的第一阀口连通时，大气环境中的空气通过所述第一吹风装置410进入所述第二换热装置220中，实现空气的外循环。
所述第五阀门350为三通比例阀。通过调节所述第五阀门350可以调节所述第一吹风装置410进口的空气比例。
在一个实施例中，所述能量综合利用系统10还包括第六阀门360。所述第六阀门360的第一开口与所述第五阀门350的第二开口连接，所述第六阀门360的第二开口与所述第二吹风装置420的空气进口连接，所述第六阀门360的第三开口与所述第一吹风装置410的空气进口连接。
当所述待调温空间104需要制冷时，所述第六阀门360的第一开口与所述第三开口连通。当当所述待调温空间104需要制热时，所述第六阀门360的第一开口与所述第二开口连通。
在一个实施例中，所述能量综合利用系统10还包括第二加热装置620。所述第二加热装置620的进口与所述第三换热装置230的空气出口连接。所述第二换热装置220的出口用于所述待调温空间104连接。所述第二加热装置620连接于所述第三换热装置230的空气出口和所述待调温空间104的管路中。当所述第三换热装置230出来的空气温度低于预设温度时，所述第二加热装置620用于为所述第三换热装置230的空气出口的空气加热。
在一个实施例中，所述能量综合利用系统10还包括第三加热装置630。所述第三加热装置630的进口与所述第一换热装置210的第二氢出口连接。所述第三加热装置630的出口用于所述燃料电堆103的氢进口连接。所述第三加热装置630用于对所述第一换热装置210流出的氢进行温度调节，以使所述燃料电堆103的氢气进口的温度为50℃左右。
在一个实施例中，所述能量综合利用系统10还包括第一测温装置710。所述第一测温装置710用于检测所述第一阀门310的第一进口处的氢的温度。
在一个实施例中，所述能量综合利用系统10还包括第二测温装置720。所述第二测温装置720连接于所述第三加热装置630与所述燃料电堆103的氢进口之间，以测量所述燃料电堆103的氢进口的氢气温度。所述第三加热装置630通过所述第二测温装置720测得所述氢气温度，以调节加热功率。
在一个实施例中，所述能量综合利用系统10还包括第三测温装置730。所述第三测温装置730连接于所述第一换热装置210的冷却出口与所述燃料电堆103的冷却进口之间，以测量所述燃料电堆103的冷却进口的冷却液温度。
在一个实施例中，所述能量综合利用系统10还包括第一调节阀810。所述第一调节阀810设置于所述氢源101的出口，用于调节进入循环管路中的氢的流量。
在一个实施例中，所述能量综合利用系统10还包括第二调节阀820。所述第二调节阀820设置于所述燃料电堆103的氢进口，用于调节进入所述燃料电堆103的氢的流量。
在一个实施例中，所述能量综合利用系统10还包括所述第四测温装置740。所述第四测温装置740设置于所述待调温空间104，以测量所述待调温空间104的空气温度。
所述待调温空间有制冷需求时：液氢冷能优先考虑分流至所述第二换热装置220用于所述待调温空间制冷，然后通过所述第一换热装置210用于为冷却液冷却。当液氢冷能不满足制冷需求时，通过调节所述降温装置104的制冷功率以满足需求。
所述待调温空间有制热需求时：燃料电堆103出来的冷却液优先考虑分流至所述第三换热装置230给所述待调温空间104制热，然后由所述第一换热装置210和液氢进行热交换，满足其汽化升温的需求。剩余热量由第四换热装置240散失到环境中。当燃料电堆103出来的冷却液热量不满足制热需求或用于自身升温(如低温冷启动过程)时，调节所述第一加热装置610对所述待调温空间进行制热。
所述待调温空间没有制冷制热需求时：
液氢冷能仅通过所述第一换热装置210用于冷却燃料电堆冷却液，同时使液氢汽化升温；燃料电堆剩余余热由所述第四换热装置240散热到大气环境；当燃料电堆冷却液热量用于自身升温(如冷启动过程)时，调节第四阀门340，使液氢冷能主要通过第二换热装置220散失到环境中。
请参见图6，本申请实施例提供一种能量综合利用系统10，包括第一换热装置210、第一阀门310、第一吹风装置410、第二换热装置220、第一接头510和第五换热装置250。
所述第一换热装置210的氢进口用于与氢源101连接。所述第一换热装置210的冷却进口用于与待冷却系统102的冷却出口连接。所述第一阀门310的第一开口与所述第一换热装置210的氢出口连接。所述第一吹风装置410的进口与大气环境连通。
所述第二换热装置220的氢进口与所述第一阀门310的第二开口连接。所述第二换热装置220的空气进口与所述第一吹风装置410连接。所述第二换热装置220的空气出口用于与待调温空间104连接。所述第一接头510的第一开口与所述第一阀门310的第三开口连接。所述第一接头510的第二开口与所述第二换热装置220的氢出口连接。
所述第五换热装置250的氢进口与所述第一接头510的第三开口连接。所述第五换热装置250的氢出口用于与燃料电堆103的氢进口连接。所述第五换热装置250的冷却进口与所述第一换热装置210的冷却出口连接。所述第五换热装置250的冷却出口用于与所述待冷却系统102的冷却进口连接。
本申请实施例提供的所述能量综合利用系统10，通过所述第一换热装置210使低温氢与所述待冷却系统102的冷却出口流出的高温冷却介质换热，使进入所述第一阀门310的氢的温度升高至-200℃以上，以满足所述第一阀门310正常工作的温度范围。经所述第一阀门310分配，一部分氢再进入所述第二换热装置220，所述第二换热装置220使低温的氢与空气进行换热，氢的温度升高，空气的温度降低，低温的空气进入所述待调温空间104，为所述待调温空间104降温。从所述第二换热装置220出来的氢的温度在10摄氏度左右。所述第二换热装置220出来的氢与经所述第一阀门310分配的另一部分氢经所述第一接头510集流再进入所述第五换热装置250，并与所述第一换热装置210的冷却出口流出的冷却介质进行换热。冷却介质的温度降低，氢的温度继续升高。
所述能量综合利用系统10通过所述第一换热装置210、所述第二换热装置220和所述第五换热装置250实现了冷却液、空气和氢气之间能量的调配，从而实现了氢气的升温、冷却液的降温以及对所述待调温空间104温度的调节，进而实现燃料电池汽车内部能量的综合利用。
请一并参见图7，在一个实施例中，所述能量综合利用系统10还包括第三换热装置230。所述第三换热装置230的空气进口用于与第二吹风装置420连接。所述第三换热装置230的空气出口用于与所述待调温空间104连接。所述第三换热装置230的冷却进口用于与所述第一换热装置210的冷却出口连接。所述第三换热装置230的冷却出口与所述第一换热装置210的冷却进口连接。
所述第一换热装置210的冷却介质在所述第三换热装置230内与空气进行换热。冷却介质的温度降低，空气的温度升高。升高的空气进入所述待调温空间104，所述待调温空间104的温度升高。所述能量综合利用系统10通过所述第三换热装置230实现冷却介质的降温和待调温空间104的升温。
在一个实施例中，所述能量综合利用系统10还包括第二阀门320、第四换热装置240和第二接头520。
所述第二阀门320的第一开口用于与所述第一换热装置210的冷却出口连接。所述第二阀门320的第二开口与所述第三换热装置230的冷却进口连接。所述第四换热装置240的冷却进口与所述第二阀门320的第三开口连接。所述第四换热装置240的空气进口用于第三吹风装置连接。所述第四换热装置240的空气出口用于与大气环境连接。所述第二接头520的第一开口与所述第三换热装置230的冷却出口连接。所述第二接头520的第二开口与所述第四换热装置240的冷却出口连接。所述第二接头520的第三开口与所述第一换热装置210的冷却进口连接。
请一并参见图8，在一个实施例中，所述能量综合利用系统10还包括第三阀门330、第一加热装置610和第三接头530。所述第三阀门330的第一开口用于与所述第一换热装置210的冷却出口连接。所述第三阀门330的第二开口用于所述第二阀门320的第一开口连接。所述第一加热装置610的进口与所述第三阀门330的第三开口连接。所述第三接头530的第一开口与所述第二接头520的第三开口连接。所述第三接头530的第二开口与所述第一加热装置610的出口连接。所述第三接头530的第三开口与所述第一换热装置210的冷却进口连接。
所述第三阀门330为三通比例阀，用于调节冷却介质进入所述第一加热装置610所在的管路和进入所述第二阀门320的比例。所述第三接头530用于汇流所述第一加热装置610所在的管路和所述第二接头520流出的冷却介质。
当所述第一加热装置610工作时，用于为流通所述第一加热装置610所在的管路的冷却介质加热。当所述第一加热装置610不工作时，所述第一加热装置610所在的管路起到分流的作用。通过调节所述第三阀门330的开度，可以调节冷却液的冷流比例，进而调节进入所述待冷却系统102的冷却进口的冷却介质的温度。
本申请实施例提供一种燃料电池汽车，包括如上述任一个实施例所述的能量综合利用系统10。所述能量综合利用系统10通过所述第一换热装置210和所述第二换热装置220实现了冷却液、空气和氢气之间能量的调配，从而实现了氢气的升温、冷却液的降温以及对所述待调温空间104温度的调节，进而实现燃料电池汽车内部能量的综合利用。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (11)
1.一种能量综合利用系统，其特征在于，包括：
第一换热装置，所述第一换热装置的第一氢进口用于与氢源连接，所述第一换热装置的冷却进口用于与待冷却系统的冷却出口连接，所述第一换热装置的冷却出口用于与所述待冷却系统的冷却进口连接，所述第一换热装置的第二氢出口用于与燃料电堆的氢进口连接；
第一阀门，所述第一阀门的第一开口与所述第一换热装置的第一氢出口连接；
第一吹风装置，所述第一吹风装置的进口与大气环境连通；
第二换热装置，所述第二换热装置的氢进口与所述第一阀门的第二开口连接，所述第二换热装置的空气进口与所述第一吹风装置连接，所述第二换热装置的空气出口用于与待调温空间连接；
第一接头，所述第一接头的第一开口与所述第一阀门的第三开口连接，所述第一接头的第二开口与所述第二换热装置的氢出口连接，所述第一接头的第三开口与所述第一换热装置的第二氢进口连接。
2.如权利要求1所述的能量综合利用系统，其特征在于，还包括：
第三换热装置，所述第三换热装置的空气进口用于与第二吹风装置连接，所述第三换热装置的空气出口用于与所述待调温空间连接，所述第三换热装置的冷却进口用于与所述待冷却系统的冷却出口连接，所述第三换热装置的冷却出口与所述第一换热装置的冷却进口连接。
3.如权利要求2所述的能量综合利用系统，其特征在于，还包括：
第二阀门，所述第二阀门的第一开口用于与所述待冷却系统的冷却出口连接，所述第二阀门的第二开口与所述第三换热装置的冷却进口连接；
第四换热装置，所述第四换热装置的冷却进口与所述第二阀门的第三开口连接，所述第四换热装置的空气进口用于与第三吹风装置连接，所述第四换热装置的空气出口用于与大气环境连接；
第二接头，所述第二接头的第一开口与所述第三换热装置的冷却出口连接，所述第二接头的第二开口与所述第四换热装置的冷却出口连接，所述第二接头的第三开口与所述第一换热装置的冷却进口连接。
4.如权利要求3所述的能量综合利用系统，其特征在于，还包括：
第三阀门，所述第三阀门的第一开口用于与所述待冷却系统的冷却出口连接，所述第三阀门的第二开口用于与所述第二阀门的第一开口连接；
第一加热装置，所述第一加热装置的进口与所述第三阀门的第三开口连接；
第三接头，所述第三接头的第一开口与所述第二接头的第三开口连接，所述第三接头的第二开口与所述第一加热装置的出口连接，所述第三接头的第三开口与所述第一换热装置的冷却进口连接。
5.如权利要求1所述的能量综合利用系统，其特征在于，还包括：
降温装置，所述降温装置的进口与所述第二换热装置的空气出口连接，所述降温装置的出口用于与所述待调温空间连接。
6.如权利要求5所述的能量综合利用系统，其特征在于，还包括：
第四阀门，所述第四阀门的第一开口与所述第二换热装置的空气出口连接，所述第四阀门的第二开口与所述降温装置的进口连接，所述第四阀门的第三开口用于与大气环境连通。
7.如权利要求1所述的能量综合利用系统，其特征在于，还包括：
第五阀门，所述第五阀门的第一开口用于与大气环境连接，所述第五阀门的第二开口与所述第一吹风装置的进口连接，所述第五阀门的第三开口用于与所述待调温空间连通。
8.如权利要求2所述的能量综合利用系统，其特征在于，还包括：
第二加热装置，所述第二加热装置的进口与所述第三换热装置的空气出口连接，所述第二换热装置的出口用于与所述待调温空间连接。
9.如权利要求1所述的能量综合利用系统，其特征在于，还包括：
第三加热装置，所述第三加热装置的进口与所述第一换热装置的第二氢出口连接，所述第三加热装置的出口用于与所述燃料电堆的氢进口连接。
10.一种能量综合利用系统，其特征在于，包括：
第一换热装置，所述第一换热装置的氢进口用于与氢源连接，所述第一换热装置的冷却进口用于与待冷却系统的冷却出口连接；
第一阀门，所述第一阀门的第一开口与所述第一换热装置的氢出口连接；
第一吹风装置，所述第一吹风装置的进口与大气环境连通；
第二换热装置，所述第二换热装置的氢进口与所述第一阀门的第二开口连接，所述第二换热装置的空气进口与所述第一吹风装置连接，所述第二换热装置的空气出口用于与待调温空间连接；
第一接头，所述第一接头的第一开口与所述第一阀门的第三开口连接，所述第一接头的第二开口与所述第二换热装置的氢出口连接；
第五换热装置，所述第五换热装置的氢进口与所述第一接头的第三开口连接，所述第五换热装置的氢出口用于与燃料电堆的氢进口连接，所述第五换热装置的冷却进口与所述第一换热装置的冷却出口连接，所述第五换热装置的冷却出口用于与所述待冷却系统的冷却进口连接。
11.一种燃料电池汽车，其特征在于，包括如权利要求1-10任一项所述的能量综合利用系统。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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