CN113696793B - 一种燃料电池热管理系统 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种燃料电池热管理系统，其包括燃料电池回路、动力电池回路、水加热器回路和热泵空调回路，水加热器回路包括串联的水加热器、暖风芯体和暖风水泵；所述水加热器回路通过第一板式换热器与所述燃料电池回路换热，所述水加热器回路和所述动力电池回路通过组合阀门连通以形成一个大回路或者断开；热泵空调回路通过第二板式换热器与所述燃料电池回路换热以制冷，通过电池冷却换热器与所述动力电池回路换热以制冷，以及通过其包含的水冷式冷凝器与所述水加热器回路换热以加热。本申请可以解决相关技术中因采用三个高压PTC水加热器而造成的整车总布置困难、整车成本较高且整车功耗大的问题。

Description

一种燃料电池热管理系统
技术领域
本申请涉及燃料电池热管理技术领域，特别涉及一种燃料电池热管理系统。
背景技术
一些相关技术提供的氢燃料电池车辆，在低温下具备氢燃料电池加热功能、动力电池加热功能和乘员舱制热功能，这些功能通过采用三个高压PTC水加热器分别实现。由于高压PTC水加热器体积较大、成本高且低温下功耗高，导致整车总布置困难、整车成本较高且整车功耗大；而且氢燃料电池余热未参与动力电池加热、乘员舱制热，造成能量浪费。在高温下具备动力电池制冷和乘员舱制冷功能，空调系统制冷采用常规方案，未充分利用相关资源，效率低。
发明内容
本申请实施例提供一种燃料电池热管理系统，以解决相关技术中因采用三个高压PTC水加热器而造成的整车总布置困难、整车成本较高且整车功耗大的问题。
本申请实施例提供了一种燃料电池热管理系统，其包括：
燃料电池回路；
动力电池回路；
水加热器回路，其包括串联的水加热器、暖风芯体和暖风水泵；所述水加热器回路通过第一板式换热器与所述燃料电池回路换热，所述水加热器回路和所述动力电池回路通过组合阀门连通以形成一个大回路或者断开；
热泵空调回路，其通过第二板式换热器与所述燃料电池回路换热以制冷，通过电池冷却换热器与所述动力电池回路换热以制冷，以及通过其包含的水冷式冷凝器与所述水加热器回路换热以加热。
一些实施例中，所述动力电池回路包括通过第一管道串联的动力电池、动力电池水泵和所述电池冷却换热器；
所述水加热器回路还包括第二管道，所述第二管道连接在第一板式换热器、水加热器、暖风芯体、暖风水泵和水冷式冷凝器作为整体的两端上；
所述组合阀门包括第二水阀、第三水阀和第四水阀；所述第二水阀和第四水阀分别设置在第二管道和第一管道上，所述第二水阀和第四水阀通过两根第三管道并联，且所述第三水阀位于第三管道上。
一些实施例中，当环境温度小于等于环境温度阈值时：
若燃料电池内部温度小于第一燃料电池温度值，则第一板式换热器、水加热器、暖风水泵工作，加热燃料电池，当燃料电池内部温度大于等于第一燃料电池温度值时，停止加热燃料电池；
若动力电池内部温度小于第一动力电池温度值，则所述第二水阀和第四水阀断开，所述第三水阀连通，以使所述水加热器回路和所述动力电池回路形成一个大回路，水加热器、暖风水泵和动力电池水泵工作，加热动力电池，当动力电池内部温度大于等于第一动力电池温度值时，停止加热动力电池；
若乘员舱请求加热，则所述水加热器、暖风芯体和暖风水泵工作；
当环境温度大于环境温度阈值时：
若燃料电池内部温度小于第一燃料电池温度值，则第一板式换热器、水加热器、暖风水泵工作，热泵空调回路工作并将热量交换至水加热器回路，加热燃料电池，当燃料电池内部温度大于等于第一燃料电池温度值时，停止加热燃料电池；
若动力电池内部温度小于第一动力电池温度值，则所述第二水阀和第四水阀断开，所述第三水阀连通，以使所述水加热器回路和所述动力电池回路形成一个大回路，水加热器、暖风水泵、动力电池水泵工作，热泵空调回路工作并将热量交换至水加热器回路，加热动力电池，当动力电池内部温度大于等于第一动力电池温度值时，停止加热动力电池；
若乘员舱请求加热，则所述水加热器、暖风芯体和暖风水泵工作，热泵空调回路工作并将热量交换至水加热器回路。
一些实施例中，当环境温度小于等于环境温度阈值，且所述水加热器加热乘员舱和/或动力电池时，若燃料电池内部温度大于等于第二燃料电池温度值，则燃料电池回路工作，并通过第一板式换热器，将热量交换至水加热器回路；
当环境温度大于环境温度阈值，且热泵空调回路工作并将热量交换至水加热器回路，所述水加热器加热乘员舱和/或动力电池时，若燃料电池内部温度大于等于第二燃料电池温度值，则燃料电池回路工作，并通过第一板式换热器，将热量交换至水加热器回路；
其中，第二燃料电池温度值大于第一燃料电池温度值。
一些实施例中，所述热泵空调回路包括：
第四管道，其连接在所述水冷式冷凝器两端，沿冷却介质流向，所述第四管道上还依次设有第一电子膨胀阀、蒸发器-冷凝器、截止阀和压缩机，其中，蒸发器-冷凝器具有制热模式和制冷模式；
第五管道，其并联在所述截止阀两端，且沿冷却介质流向，所述第五管道上依次设有第二电子膨胀阀和室外换热器；
第六管道，其并联在所述第一电子膨胀阀和蒸发器-冷凝器作为整体的两端上，且沿冷却介质流向，所述第六管道上依次设有第三电子膨胀阀和所述电池冷却换热器；
第七管道，其并联在所述第一电子膨胀阀和蒸发器-冷凝器作为整体的两端上，且沿冷却介质流向，所述第七管道上依次设有第四电子膨胀阀和所述第二板式换热器。
一些实施例中，当环境温度大于环境温度阈值时，所述截止阀、第三电子膨胀阀和第四电子膨胀阀均断开，所述第一电子膨胀阀和第二电子膨胀阀连通，所述压缩机、水冷式冷凝器和室外换热器工作，以将热泵空调回路的热量交换至水加热器回路。
一些实施例中，当环境温度大于环境温度阈值时，所述蒸发器-冷凝器开启制热模式，以对乘员舱加热。
一些实施例中，若乘员舱请求制冷，则所述第二电子膨胀阀断开，所述第一电子膨胀阀和截止阀连通，所述压缩机、水冷式冷凝器工作，蒸发器-冷凝器开启制冷模式，以对乘员舱制冷；
若动力电池内部温度大于第二动力电池温度值，则所述第二电子膨胀阀断开，所述第三电子膨胀阀和截止阀连通，所述压缩机、水冷式冷凝器和电池冷却换热器工作，以对动力电池制冷，第二动力电池温度值大于第一动力电池温度值；
若燃料电池内部温度大于第三燃料电池温度值，则所述第二电子膨胀阀断开，所述第四电子膨胀阀和截止阀连通，所述压缩机、水冷式冷凝器和第二板式换热器工作，以对燃料电池制冷，第三燃料电池温度值大于第二燃料电池温度值。
一些实施例中，所述水加热器回路还包括第八管道，所述第八管道并联在所述第二水阀上；
所述组合阀门还包括第一水阀；
所述第八管道上设置有散热器水泵、第一散热器以及所述第一水阀；
当制冷时，所述第一水阀连通，所述第二水阀断开，所述散热器水泵、第一散热器和暖风水泵工作。
一些实施例中，所述燃料电池回路包括第九管道和第十管道，以及依次串联的第二板式换热器、燃料电池、燃料电池水泵和第一板式换热器；
所述第九管道并联在第二板式换热器、燃料电池、燃料电池水泵和第一板式换热器作为整体的两端上，所述第九管道上设有第二散热器；
所述第十管道并联在第二板式换热器、燃料电池、燃料电池水泵和第一板式换热器作为整体的两端上；
所述第十管道通过电子节温器与所述第九管道连通，且第二板式换热器、燃料电池、燃料电池水泵和第一板式换热器作为整体，通过电子节温器与所述第十管道或所述第九管道形成所述燃料电池回路；
当燃料电池内部温度小于等于第四燃料电池温度值时，所述电子节温器连通第十管道，第四燃料电池温度值大于第三燃料电池温度值；
当燃料电池内部温度大于第五燃料电池温度值时，所述电子节温器连通第九管道，且第二散热器的风扇以100％占空比运行；
当燃料电池内部温度大于第四燃料电池温度值且小于等于第五燃料电池温度值时，所述电子节温器连通第九管道，且第二散热器的风扇以第一占空比运行，0＜第一占空比＜100％。
本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：
本申请实施例提供的燃料电池热管理系统，具有一个水加热器和一套热泵，在低温环境下，可以通过水加热器和热泵提供热源，利用第一板式换热器进行热交换，实现对燃料电池间接制热的目的，通过组合阀门的调节，使水加热器回路和动力电池回路连通以形成一个大回路，实现对动力电池制热的目的，同时利用暖风芯体换热，加热周围空气，再通过鼓风机将热空气吹到乘员舱，实现对乘员舱制热的目的；在高温环境下，热泵空调回路提供的冷源，直接对乘员舱进行制冷，通过第二板式换热器进行热交换，间接地对燃料电池进行制冷，通过电池冷却换热器进行热交换，间接地对动力电池进行制冷。相对于采用三个PTC水加热器，本申请采用一个，从而可以解决整车总布置困难、整车成本较高且整车功耗大的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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为本申请实施例提供的燃料电池热管理系统示意图；
图2为本申请实施例提供的燃料电池和动力电池加热时的示意图(环境温度小于等于环境温度阈值)；
图3为本申请实施例提供的燃料电池和动力电池加热时的示意图(环境温度大于环境温度阈值)；
图4为本申请实施例提供的乘员舱单独加热时的示意图(环境温度小于等于环境温度阈值)；
图5为本申请实施例提供的乘员舱单独加热时的示意图(环境温度大于环境温度阈值)；
图6为本申请实施例提供的乘员舱制冷时的示意图；
图7为本申请实施例提供的乘员舱和动力电池制冷时的示意图；
图8为本申请实施例提供的乘员舱、动力电池和燃料电池制冷时的示意图。
图中：1、第一板式换热器；2、水加热器；3、暖风芯体；4、暖风水泵；5、组合阀门；6、第二板式换热器；7、电池冷却换热器；8、水冷式冷凝器；9、第一管道；10、动力电池；11、动力电池水泵；12、第二管道；13、第二水阀；14、第三水阀；15、第四水阀；16、第三管道；17、燃料电池；18、第四管道；19、第一电子膨胀阀；20、蒸发器-冷凝器；21、截止阀；22、压缩机；23、第五管道；24、第二电子膨胀阀；25、室外换热器；26、第六管道；27、第三电子膨胀阀；28、第七管道；29、第四电子膨胀阀；30、第八管道；31、第一水阀；32、散热器水泵；33、第一散热器；34、燃料电池水泵；35、第九管道；36、第十管道；37、第二散热器；38、电子节温器。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
参见图1所示，本申请实施例提供的一种燃料电池热管理系统，其包括燃料电池回路、动力电池回路、水加热器回路和热泵空调回路；水加热器回路包括串联的水加热器2、暖风芯体3和暖风水泵4，水加热器2为常用部件，比如PTC水加热器，暖风芯体3为乘员舱加热，暖风水泵4用于驱动水加热器回路中的冷却介质循环流动；水加热器回路通过第一板式换热器1与燃料电池回路换热，水加热器回路和动力电池回路通过组合阀门5连通以形成一个大回路或者断开；热泵空调回路通过第二板式换热器6与燃料电池回路换热以制冷，通过电池冷却换热器7与动力电池回路换热以制冷，以及通过其包含的水冷式冷凝器8与水加热器回路换热以加热。
本申请实施例提供的燃料电池热管理系统，具有一个水加热器和一套热泵，在低温环境下，可以通过水加热器和热泵提供热源，利用第一板式换热器进行热交换，实现对燃料电池间接制热的目的，通过组合阀门的调节，使水加热器回路和动力电池回路连通以形成一个大回路，实现对动力电池制热的目的，同时利用暖风芯体换热，加热周围空气，再通过鼓风机将热空气吹到乘员舱，实现对乘员舱制热的目的；在高温环境下，热泵空调回路提供的冷源，直接对乘员舱进行制冷，通过第二板式换热器进行热交换，间接地对燃料电池进行制冷，通过电池冷却换热器进行热交换，间接地对动力电池进行制冷。相对于采用三个PTC水加热器，本申请采用一个，从而可以解决整车总布置困难、整车成本较高且整车功耗大的问题。
夏季燃料电池散热量大，利用热泵空调回路对燃料电池进行制冷，可以有效提升燃料电池的散热效率。
参见图1所示，在一些优选的实施方式中，动力电池回路包括通过第一管道9串联的动力电池10、动力电池水泵11和电池冷却换热器7；水加热器回路还包括第二管道12，第一板式换热器1、水加热器2、暖风芯体3、暖风水泵4和水冷式冷凝器8串联形成一个整体结构，对于该整体结构，第二管道12连接在该整体结构的两端上，形成一个回路；组合阀门5包括第二水阀13、第三水阀14和第四水阀15；第二水阀13和第四水阀15分别设置在第二管道12和第一管道9上，第二水阀13和第四水阀15通过两根第三管道16并联，且第三水阀14位于第三管道16上。
参见图2所示，通过第二水阀13、第三水阀14和第四水阀15的配合使用，可以实现水加热器回路和动力电池回路连通以形成一个大回路，从而对动力电池进行加热的目的，也可以使得该大回路断开成单独的水加热器回路和动力电池回路。
为了使得动力电池10、燃料电池17能够正常冷启动，以及乘员舱取暖，本申请实施例提供的热管理系统，能够对燃料电池17、动力电池10以及乘员舱单独加热，也可以进行组合加热。
第一、当环境温度小于等于环境温度阈值时的情况，其中环境温度阈值可以根据实际情况进行设定，比如-18℃。
(1)参考图2，如果检测到燃料电池17内部温度小于第一燃料电池温度值，说明此时燃料电池17存在加热的需求，则燃料电池回路进行运转，水加热器回路和动力电池回路不连通，水加热回路进行运转，第一板式换热器1、水加热器2、暖风水泵4工作，暖风芯体3仅起到管道作用，水加热器2产生的热量通过第一板式换热器1进行热交换，以加热燃料电池17，当燃料电池17内部温度大于等于第一燃料电池温度值时，说明燃料电池17能够正常启动，此时停止加热燃料电池17。
(2)参考图2，如果检测到动力电池10内部温度小于第一动力电池温度值，说明此时动力电池10存在加热的需求，则第二水阀13和第四水阀15断开，第三水阀14连通，以使水加热器回路和动力电池回路形成一个大回路，暖风芯体3仅起到管道作用，水加热器2、暖风水泵4和动力电池水泵11工作，水加热器2产生的热量直接加热动力电池10，当动力电池10内部温度大于等于第一动力电池温度值时，说明动力电池10能够正常启动，此时停止加热动力电池10。
(3)若乘员舱请求加热，则水加热器2、暖风芯体3和暖风水泵4工作，暖风芯体3加热周围空气，鼓风机将换热后的热空气吹到乘员舱进行加热。
在进行燃料电池17、动力电池10以及乘员舱的单独加热，或者几个进行组合加热时，基于上述(1)、(2)和(3)的说明，可以通过调控相应回路和部件的开启和关闭，实现相应的加热模式。
比如下面(4)和(5)两个具体例子：
(4)参见图2所示，燃料电池+动力电池加热：
第二水阀13和第四水阀15断开，第三水阀14连通，以使水加热器回路和动力电池回路形成一个大回路，暖风芯体3仅起到管道作用，水加热器2、暖风水泵4和动力电池水泵11工作，水加热器2产生的热量直接加热动力电池10。
同时，燃料电池回路进行运转，水加热回路进行运转，第一板式换热器1工作，水加热器2产生的热量通过第一板式换热器1进行热交换，以加热燃料电池17。
(5)参见图2所示，燃料电池+动力电池+乘员舱加热：
在上述(4)的基础上，暖风芯体3工作，暖风芯体3加热周围空气，鼓风机将换热后的热空气吹到乘员舱进行加热，此时乘员舱只有一种加热方式，也即暖风芯体3换热。
第二、当环境温度大于环境温度阈值时的情况。
在这种情况下，热泵空调回路需要运行，参见图3所示，热泵空调回路的压缩机出来的高温高压气体，通过水冷式冷凝器8换热给水加热器回路，进行二次加热。因此，在环境温度大于环境温度阈值时，只需要启动热泵空调回路即可。比如：
对应于(1)，若燃料电池17内部温度小于第一燃料电池温度值，则第一板式换热器1、水加热器2、暖风水泵4工作，热泵空调回路工作并将热量交换至水加热器回路，加热燃料电池17，当燃料电池17内部温度大于等于第一燃料电池温度值时，停止加热燃料电池17。
对应于(2)，若动力电池10内部温度小于第一动力电池温度值，则第二水阀13和第四水阀15断开，第三水阀14连通，以使水加热器回路和动力电池回路形成一个大回路，水加热器2、暖风水泵4、动力电池水泵11工作，热泵空调回路工作并将热量交换至水加热器回路，加热动力电池10，当动力电池10内部温度大于等于第一动力电池温度值时，停止加热动力电池10。
对应于(3)，若乘员舱请求加热，则水加热器2、暖风芯体3和暖风水泵4工作，热泵空调回路工作并将热量交换至水加热器回路。
比如下面(6)和(7)两个具体例子：
(6)参见图3所示，燃料电池+动力电池加热：
第二水阀13和第四水阀15断开，第三水阀14连通，以使水加热器回路和动力电池回路形成一个大回路，暖风芯体3仅起到管道作用，水加热器2、暖风水泵4和动力电池水泵11工作，水加热器2产生的热量直接加热动力电池10，热泵空调回路工作并将热量交换至水加热器回路，进行二次加热。
同时，燃料电池回路进行运转，水加热回路进行运转，第一板式换热器1工作，水加热器2产生的热量通过第一板式换热器1进行热交换，以加热燃料电池17，热泵空调回路工作并将热量交换至水加热器回路，进行二次加热。
(7)参见图3所示，燃料电池+动力电池+乘员舱加热：
在上述(6)的基础上，暖风芯体3工作，暖风芯体3加热周围空气，鼓风机将换热后的热空气吹到乘员舱进行加热，此时，乘员舱有两种加热方式：暖风芯体3换热+热泵空调回路将热量交换至水加热器回路。
燃料电池17在成功启动之后，在工作过程中，会产生余热，在相关技术中，这部分余热并没有得到有效的利用。
因此，在一些优选的实施方式中，当环境温度小于等于环境温度阈值，且水加热器2加热乘员舱和/或动力电池10时，若燃料电池17内部温度大于等于第二燃料电池温度值，则燃料电池回路工作，并通过第一板式换热器1，将热量交换至水加热器回路，其中，第二燃料电池温度值大于第一燃料电池温度值，通过反向供热，对乘员舱和/或动力电池10进行加热，可以充分有效地利用燃料电池17产生的余热，此时还可以适当地降低水加热器2的制热功率，降低整车功耗。
比如下面(8)和(9)两个具体例子：
(8)动力电池加热：
尽管图2示意的是在加热燃料电池17和动力电池10，但是，利用图2的示意图，依然能够说明本实施例反向供热的工作情况，参见图2所示，将大回路看成是水加热器2单独地在加热动力电池10，此时，燃料电池回路通过第一板式换热器1，将余热反向交换至大回路。
(9)乘员舱加热：
参见图4所示，水加热器2单独地在加热乘员舱，此时，燃料电池回路通过第一板式换热器1，将余热反向交换至水加热器回路，此时，乘员舱有两种加热方式：暖风芯体3换热+燃料电池回路的余热反向交换至水加热器回路。
同理，当环境温度大于环境温度阈值，且热泵空调回路工作并将热量交换至水加热器回路，水加热器2加热乘员舱和/或动力电池10时，若燃料电池17内部温度大于等于第二燃料电池温度值，则燃料电池回路工作，并通过第一板式换热器1，将热量交换至水加热器回路；通过反向供热，对乘员舱和/或动力电池10进行加热，可以充分有效地利用燃料电池17产生的余热，此时还可以适当地降低水加热器2的制热功率，降低整车功耗。
比如下面(10)和(11)两个具体例子：
(10)动力电池加热：
参见图3所示，在(8)的基础上，热泵空调回路工作并将热量交换至水加热器回路，此时，除了水加热器2直接提供热量加热动力电池10以外，还有燃料电池回路的余热反向交换至大回路，以及热泵空调回路将热量交换至水加热器回路。
(11)乘员舱加热：
参见图5所示，在(9)的基础上，热泵空调回路工作并将热量交换至水加热器回路，此时，乘员舱有三种加热方式：暖风芯体3换热+燃料电池回路的余热反向交换至水加热器回路+热泵空调回路将热量交换至水加热器回路。
参见图1所示，在一些优选的实施方式中，热泵空调回路包括第四管道18、第五管道23、第六管道26和第七管道28，第四管道18连接在水冷式冷凝器8两端，沿冷却介质流向，第四管道18上还依次设有第一电子膨胀阀19、蒸发器-冷凝器20、截止阀21和压缩机22，其中，蒸发器-冷凝器20具有制热模式和制冷模式；第五管道23并联在截止阀21两端，且沿冷却介质流向，第五管道23上依次设有第二电子膨胀阀24和室外换热器25；第六管道26并联在第一电子膨胀阀19和蒸发器-冷凝器20作为整体的两端上，且沿冷却介质流向，第六管道26上依次设有第三电子膨胀阀27和电池冷却换热器7；第七管道28并联在第一电子膨胀阀19和蒸发器-冷凝器20作为整体的两端上，且沿冷却介质流向，第七管道28上依次设有第四电子膨胀阀29和第二板式换热器6。
结合图3和图5，当环境温度大于环境温度阈值时，截止阀21、第三电子膨胀阀27和第四电子膨胀阀29均断开，第一电子膨胀阀19和第二电子膨胀阀24连通，压缩机22、水冷式冷凝器8和室外换热器25工作，以将热泵空调回路的热量交换至水加热器回路。
由于蒸发器-冷凝器20具有制热模式和制冷模式，蒸发器-冷凝器20开启制热模式时，作为冷凝器工作，可以放热，给乘员舱加热，蒸发器-冷凝器20开启制冷模式时，作为蒸发器工作，可以吸热制冷，给乘员舱降温。
因此，上述(6)中，乘员舱还有第三种加热方式，也即蒸发器-冷凝器20开启制热模式，进行放热，以加热乘员舱。
上述(11)中，乘员舱还有第四种加热方式，也即蒸发器-冷凝器20开启制热模式，进行放热，以加热乘员舱。
此时，可以进一步地降低水加热器2的制热功率，进而有效降低整车功耗。
在高温环境下，本申请实施例提供的热管理系统，能够对燃料电池17、动力电池10以及乘员舱单独制冷，也可以进行组合制冷。
(12)参见图6所示，当乘员舱请求制冷时，则第二电子膨胀阀24断开，第一电子膨胀阀19和截止阀21连通，压缩机22、水冷式冷凝器8和蒸发器-冷凝器20的蒸发器模块工作，压缩机22出来的高温高压气体冷却介质，通过水冷式冷凝器8散热，经过散热后的液体冷却介质经过蒸发器-冷凝器20的蒸发器模块，蒸发器-冷凝器20周围的空气降温，鼓风机将冷空气吹入乘员舱，以对乘员舱制冷。
(13)参见图7所示，当动力电池10内部温度大于第二动力电池温度值时，说明动力电池10有制冷需求，则第二电子膨胀阀24断开，第三电子膨胀阀27和截止阀21连通，压缩机22、水冷式冷凝器8和电池冷却换热器7工作，冷却介质经过电池冷却换热器7后吸热蒸发，进行热量交换，以对动力电池10制冷，第二动力电池温度值大于第一动力电池温度值。
(14)参见图8所示，当若燃料电池17内部温度大于第三燃料电池温度值时，说明燃料电池17有制冷需求，则第二电子膨胀阀24断开，第四电子膨胀阀29和截止阀21连通，压缩机22、水冷式冷凝器8和第二板式换热器6工作，冷却介质经过第二板式换热器6后吸热蒸发，进行热量交换，以对燃料电池17制冷，第三燃料电池温度值大于第二燃料电池温度值。
在进行燃料电池17、动力电池10以及乘员舱的单独制冷，或者几个进行组合制冷时，基于上述(12)、(13)和(14)的说明，可以通过调控相应回路和部件的开启和关闭，实现相应的制冷模式。
比如图7中示意的乘员舱和动力电池同时制冷，冷却介质一部分经第一电子膨胀阀19，用于乘员舱制冷，另一部分经第三电子膨胀阀27，用于动力电池10制冷。
再比如图8中示意的乘员舱、动力电池和燃料电池同时制冷，冷却介质一部分经第一电子膨胀阀19，用于乘员舱制冷，一部分经第三电子膨胀阀27，用于动力电池10制冷，余下部分经第四电子膨胀阀29，用于燃料电池17制冷。
参见图6、图7和图8所示，在一些优选的实施方式中，水加热器回路还包括第八管道30，第八管道30并联在第二水阀13上，组合阀门5还包括第一水阀31，第八管道30上设置有散热器水泵32、第一散热器33以及第一水阀31，当制冷时，第一水阀31连通，第二水阀13断开，散热器水泵32、第一散热器33和暖风水泵4工作，通过第一散热器33给水冷式冷凝器8散热。
参见图6、图7和图8所示，在一些优选的实施方式中，燃料电池回路包括第九管道35和第十管道36，以及依次串联的第二板式换热器6、燃料电池17、燃料电池水泵34和第一板式换热器1；第九管道35并联在第二板式换热器6、燃料电池17、燃料电池水泵34和第一板式换热器1作为整体的两端上，第九管道35上设有第二散热器37；第十管道36并联在第二板式换热器6、燃料电池17、燃料电池水泵34和第一板式换热器1作为整体的两端上；第十管道36通过电子节温器38与第九管道35连通，且第二板式换热器6、燃料电池17、燃料电池水泵34和第一板式换热器1作为整体，通过电子节温器38与第十管道36或第九管道35形成燃料电池回路。
当燃料电池17内部温度小于等于第四燃料电池温度值时，电子节温器38连通第十管道36，第四燃料电池温度值大于第三燃料电池温度值，此时不流经第二散热器37，第二散热器37的风扇不工作。
当燃料电池17内部温度大于第五燃料电池温度值时，电子节温器38连通第九管道35，且第二散热器37的风扇以100％占空比运行。
当燃料电池17内部温度大于第四燃料电池温度值且小于等于第五燃料电池温度值时，电子节温器38连通第九管道35，且第二散热器37的风扇以第一占空比运行，0＜第一占空比＜100％，通常，第一占空比可以取值为50％。
通过上述控制风扇工作，可以约整车相关用电器件功耗，按需让相关零件工作，避免资源浪费。
需要说明的是，本申请中，第一燃料电池温度值、第二燃料电池温度值、第三燃料电池温度值、第四燃料电池温度值、第五燃料电池温度值、第一动力电池温度值、第二动力电池温度值是根据实际需要进行设定。
比如，第一燃料电池温度值、第二燃料电池温度值、第三燃料电池温度值、第四燃料电池温度值、第五燃料电池温度值可以依次设定为-20℃、0℃、65、70℃和75摄氏度。
第一动力电池温度值、第二动力电池温度值可以依次设定为-20℃、40℃。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种燃料电池热管理系统，其特征在于，其包括：
燃料电池回路；
动力电池回路；
水加热器回路，其包括串联的水加热器(2)、暖风芯体(3)和暖风水泵(4)；所述水加热器回路通过第一板式换热器(1)与所述燃料电池回路换热，所述水加热器回路和所述动力电池回路通过组合阀门(5)连通以形成一个大回路或者断开；
热泵空调回路，其通过第二板式换热器(6)与所述燃料电池回路换热以制冷，通过电池冷却换热器(7)与所述动力电池回路换热以制冷，以及通过其包含的水冷式冷凝器(8)与所述水加热器回路换热以加热；
所述动力电池回路包括通过第一管道(9)串联的动力电池(10)、动力电池水泵(11)和所述电池冷却换热器(7)；
所述水加热器回路还包括第二管道(12)，所述第二管道(12)连接在第一板式换热器(1)、水加热器(2)、暖风芯体(3)、暖风水泵(4)和水冷式冷凝器(8)作为整体的两端上；
所述组合阀门(5)包括第二水阀(13)、第三水阀(14)和第四水阀(15)；所述第二水阀(13)和第四水阀(15)分别设置在第二管道(12)和第一管道(9)上，所述第二水阀(13)和第四水阀(15)通过两根第三管道(16)并联，且所述第三水阀(14)位于第三管道(16)上；
当环境温度小于等于环境温度阈值时：
若燃料电池(17)内部温度小于第一燃料电池温度值，则第一板式换热器(1)、水加热器(2)、暖风水泵(4)工作，加热燃料电池(17)，当燃料电池(17)内部温度大于等于第一燃料电池温度值时，停止加热燃料电池(17)；
若动力电池(10)内部温度小于第一动力电池温度值，则所述第二水阀(13)和第四水阀(15)断开，所述第三水阀(14)连通，以使所述水加热器回路和所述动力电池回路形成一个大回路，水加热器(2)、暖风水泵(4)和动力电池水泵(11)工作，加热动力电池(10)，当动力电池(10)内部温度大于等于第一动力电池温度值时，停止加热动力电池(10)；
若乘员舱请求加热，则所述水加热器(2)、暖风芯体(3)和暖风水泵(4)工作；
当环境温度大于环境温度阈值时：
若燃料电池(17)内部温度小于第一燃料电池温度值，则第一板式换热器(1)、水加热器(2)、暖风水泵(4)工作，热泵空调回路工作并将热量交换至水加热器回路，加热燃料电池(17)，当燃料电池(17)内部温度大于等于第一燃料电池温度值时，停止加热燃料电池(17)；
若动力电池(10)内部温度小于第一动力电池温度值，则所述第二水阀(13)和第四水阀(15)断开，所述第三水阀(14)连通，以使所述水加热器回路和所述动力电池回路形成一个大回路，水加热器(2)、暖风水泵(4)、动力电池水泵(11)工作，热泵空调回路工作并将热量交换至水加热器回路，加热动力电池(10)，当动力电池(10)内部温度大于等于第一动力电池温度值时，停止加热动力电池(10)；
若乘员舱请求加热，则所述水加热器(2)、暖风芯体(3)和暖风水泵(4)工作，热泵空调回路工作并将热量交换至水加热器回路。
2.如权利要求1所述的燃料电池热管理系统，其特征在于：
当环境温度小于等于环境温度阈值，且所述水加热器(2)加热乘员舱和/或动力电池(10)时，若燃料电池(17)内部温度大于等于第二燃料电池温度值，则燃料电池回路工作，并通过第一板式换热器(1)，将热量交换至水加热器回路；
当环境温度大于环境温度阈值，且热泵空调回路工作并将热量交换至水加热器回路，所述水加热器(2)加热乘员舱和/或动力电池(10)时，若燃料电池(17)内部温度大于等于第二燃料电池温度值，则燃料电池回路工作，并通过第一板式换热器(1)，将热量交换至水加热器回路；
其中，第二燃料电池温度值大于第一燃料电池温度值。
3.如权利要求1所述的燃料电池热管理系统，其特征在于，所述热泵空调回路包括：
第四管道(18)，其连接在所述水冷式冷凝器(8)两端，沿冷却介质流向，所述第四管道(18)上还依次设有第一电子膨胀阀(19)、蒸发器-冷凝器(20)、截止阀(21)和压缩机(22)，其中，蒸发器-冷凝器(20)具有制热模式和制冷模式；
第五管道(23)，其并联在所述截止阀(21)两端，且沿冷却介质流向，所述第五管道(23)上依次设有第二电子膨胀阀(24)和室外换热器(25)；
第六管道(26)，其并联在所述第一电子膨胀阀(19)和蒸发器-冷凝器(20)作为整体的两端上，且沿冷却介质流向，所述第六管道(26)上依次设有第三电子膨胀阀(27)和所述电池冷却换热器(7)；
第七管道(28)，其并联在所述第一电子膨胀阀(19)和蒸发器-冷凝器(20)作为整体的两端上，且沿冷却介质流向，所述第七管道(28)上依次设有第四电子膨胀阀(29)和所述第二板式换热器(6)。
4.如权利要求3所述的燃料电池热管理系统，其特征在于：
当环境温度大于环境温度阈值时，所述截止阀(21)、第三电子膨胀阀(27)和第四电子膨胀阀(29)均断开，所述第一电子膨胀阀(19)和第二电子膨胀阀(24)连通，所述压缩机(22)、水冷式冷凝器(8)和室外换热器(25)工作，以将热泵空调回路的热量交换至水加热器回路。
5.如权利要求4所述的燃料电池热管理系统，其特征在于：
当环境温度大于环境温度阈值时，所述蒸发器-冷凝器(20)开启制热模式，以对乘员舱加热。
6.如权利要求3所述的燃料电池热管理系统，其特征在于：
若乘员舱请求制冷，则所述第二电子膨胀阀(24)断开，所述第一电子膨胀阀(19)和截止阀(21)连通，所述压缩机(22)、水冷式冷凝器(8)工作，蒸发器-冷凝器(20)开启制冷模式，以对乘员舱制冷；
若动力电池(10)内部温度大于第二动力电池温度值，则所述第二电子膨胀阀(24)断开，所述第三电子膨胀阀(27)和截止阀(21)连通，所述压缩机(22)、水冷式冷凝器(8)和电池冷却换热器(7)工作，以对动力电池(10)制冷，第二动力电池温度值大于第一动力电池温度值；
若燃料电池(17)内部温度大于第三燃料电池温度值，则所述第二电子膨胀阀(24)断开，所述第四电子膨胀阀(29)和截止阀(21)连通，所述压缩机(22)、水冷式冷凝器(8)和第二板式换热器(6)工作，以对燃料电池(17)制冷，第三燃料电池温度值大于第二燃料电池温度值。
7.如权利要求6所述的燃料电池热管理系统，其特征在于：
所述水加热器回路还包括第八管道(30)，所述第八管道(30)并联在所述第二水阀(13)上；
所述组合阀门(5)还包括第一水阀(31)；
所述第八管道(30)上设置有散热器水泵(32)、第一散热器(33)以及所述第一水阀(31)；
当制冷时，所述第一水阀(31)连通，所述第二水阀(13)断开，所述散热器水泵(32)、第一散热器(33)和暖风水泵(4)工作。
8.如权利要求6所述的燃料电池热管理系统，其特征在于：
所述燃料电池回路包括第九管道(35)和第十管道(36)，以及依次串联的第二板式换热器(6)、燃料电池(17)、燃料电池水泵(34)和第一板式换热器(1)；
所述第九管道(35)并联在第二板式换热器(6)、燃料电池(17)、燃料电池水泵(34)和第一板式换热器(1)作为整体的两端上，所述第九管道(35)上设有第二散热器(37)；
所述第十管道(36)并联在第二板式换热器(6)、燃料电池(17)、燃料电池水泵(34)和第一板式换热器(1)作为整体的两端上；
所述第十管道(36)通过电子节温器(38)与所述第九管道(35)连通，且第二板式换热器(6)、燃料电池(17)、燃料电池水泵(34)和第一板式换热器(1)作为整体，通过电子节温器(38)与所述第十管道(36)或所述第九管道(35)形成所述燃料电池回路；
当燃料电池(17)内部温度小于等于第四燃料电池温度值时，所述电子节温器(38)连通第十管道(36)，第四燃料电池温度值大于第三燃料电池温度值；
当燃料电池(17)内部温度大于第五燃料电池温度值时，所述电子节温器(38)连通第九管道(35)，且第二散热器(37)的风扇以100％占空比运行；
当燃料电池(17)内部温度大于第四燃料电池温度值且小于等于第五燃料电池温度值时，所述电子节温器(38)连通第九管道(35)，且第二散热器(37)的风扇以第一占空比运行，0＜第一占空比＜100％。
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