CN114447474A - 一种动力电池热管理系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种动力电池热管理系统及其方法，该系统包括动力电池包、第一换热器、燃料电池堆、第一泵和第二泵，动力电池包、第一换热器和第一泵串联形成第一循环回路，燃料电池堆、第一换热器和第二泵串联形成第二循环回路，第一循环回路和第二循环回路之间能够通过第一换热器进行热交换。采用如上结构，在动力电池包温度低于预设温度且燃料电池堆处于正常工作温度时，开启第一泵和第二泵，燃料电池堆工作过程中产生的余热就会随着第一循环回路，通过第一换热器与第二循环回路进行换热，从而对动力电池包进行加热，使其可以正常工作，在利用燃料电池余热的同时，起到对燃料电池堆的散热作用。

Description

一种动力电池热管理系统及其方法
技术领域
本发明涉及电动汽车余热利用技术领域，具体涉及一种动力电池热管理系统及其方法。
背景技术
目前大部分燃料电池车都配有与燃料电池相匹配的动力电池，该动力电池工作温度一般在10～45℃之间，因此在冬季时，动力电池需要经过加热才能够正常使用。
燃料电池系统的工作原理是将空气加热到65℃左右后，送入燃料电池堆中进行电化学反应产生电能，而燃料电池系统对于空气的加热方式是首先通过空气侧的空压机将空气压缩到100℃以上，再通过中冷器将空气冷却到65℃左右，在这个过程中会消耗一定的热能。燃料电池堆在反应过程以及后续散热过程中也会产生大量的热能。
因此，如何更好地利用燃料电池的热能，是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用燃料电池余热对动力电池进行加热的系统。
为解决上述技术问题，本发明提供一种动力电池热管理系统，包括动力电池包、第一换热器、燃料电池堆、第一泵和第二泵，动力电池包、第一换热器和第一泵串联形成第一循环回路，燃料电池堆、第一换热器和第二泵串联形成第二循环回路，第一循环回路和第二循环回路之间能够通过第一换热器进行热交换。
采用如上结构，在动力电池包温度低于预设温度且燃料电池堆处于正常工作温度时，开启第一泵和第二泵，燃料电池堆工作过程中产生的余热就会随着第一循环回路，通过第一换热器与第二循环回路进行换热，从而对动力电池包进行加热，使其可以正常工作，在利用燃料电池余热的同时，起到对燃料电池堆的散热作用。
可选地，所述第一循环回路设有第一电磁阀，所述第二循环回路设有第二电磁阀。
可选地，还包括第三泵、第二换热器以及提供加热空气给燃料电池堆的加热部件，所述动力电池包、所述第二换热器和所述第三泵串联形成第三循环回路，所述加热空气能够进入所述第二换热器中进行换热。
可选地，还包括串联的中冷器和第四泵，所述中冷器与所述第二换热器并联，所述加热空气经所述中冷器和所述第二换热器后均流向所述燃料电池堆。
可选地，还包括分配阀，所述分配阀能够分配进入所述第二换热器和所述中冷器的所述加热空气的比例；
所述第三循环回路设有第三电磁阀，所述第二换热器与所述分配阀之间设有第四电磁阀。
可选地，还包括加热器，加热器能够对动力电池包进行加热。
可选地，还包括燃料电池散热器，燃料电池散热器能够对燃料电池堆进行散热。
本发明还提供一种动力电池热管理方法，在动力电池包的温度低于预设温度且燃料电池堆处于正常工作温度时，开启第一泵、第二泵、第一电磁阀和第二电磁阀，第一循环回路中的动力电池加热液与第二循环回路中的燃料电池冷却液通过第一换热器进行热交换，使动力电池加热液对动力电池包进行加热，燃料电池冷却液对燃料电池堆进行冷却。
本发明还提供一种动力电池热管理方法，在动力电池包的温度低于预设温度且加热部件处于正常工作时，开启第三泵、第四泵、第三电磁阀和第四电磁阀，所述分配阀根据动力电池包的温度分配进入第二换热器和中冷器的加热空气的比例，加热空气与第三循环回路中的动力电池加热液通过第二换热器进行换热，使动力电池加热液对动力电池包进行加热。
本发明还提供一种动力电池热管理方法，在动力电池热管理系统和燃料电池堆均处于正常工作状态，且动力电池包的温度仍小于预设温度时，开启加热器，对动力电池包进行加热。
本发明还提供一种动力电池热管理方法，在动力电池热管理系统处于正常工作状态，且燃料电池堆的温度仍大于正常工作温度时，开启燃料电池散热器，对燃料电池堆进行散热。
附图说明
图1是本发明实施例所提供的动力电池热管理系统的循环回路示意图；
图2是本发明实施例所提供的动力电池热管理方法的操作流程图。
图1-2中的附图标记说明如下：
1动力电池包、21第一换热器、22第二换热器、3燃料电池堆、41第一泵、42第二泵、43第三泵、44第四泵、45第五泵、5加热部件、51空气滤清器、52空压机、6中冷器、7比例三通阀、81第一电磁阀、82第二电磁阀、83第三电磁阀、84第四电磁阀、9燃料电池散热器、101三通接头、102三通接头、103通接头、104三通接头、11燃料供给部件、111加压阀、112高压氢瓶、12膨胀水箱、13膜增湿器。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1-2，图1是本发明实施例所提供的动力电池热管理系统的循环回路示意图；图2是本发明实施例所提供的动力电池热管理方法的操作流程图。
本发明提供一种动力电池热管理系统，包括动力电池包1、第一换热器21、燃料电池堆3、第一泵41和第二泵42，动力电池包1、第一换热器21和第一泵41串联形成第一循环回路，燃料电池堆3、第一换热器21和第二泵42串联形成第二循环回路，第一循环回路和第二循环回路之间能够通过第一换热器21进行热交换。
需要说明，前文中描述的泵可以是水泵或油泵，亦可以是其他类型的泵，其类型取决于该泵所在的回路中热交换介质的类型，本实施例的回路中采用水作为热交换介质，故采用水泵。
同样的，换热器的类型也可以根据实际需要自由选择，在本实施例中，采用板式换热器在各回路中进行换热。
采用如上结构，在动力电池包1的温度低于预设温度且燃料电池堆3处于正常工作温度时，开启第一泵41和第二泵42，燃料电池堆3工作过程中产生的余热就会随着第一循环回路，通过第一换热器21与第二循环回路进行换热，从而对动力电池包1进行加热，使其可以正常工作，在利用燃料电池余热的同时，起到对燃料电池堆3的散热作用。
动力电池热管理系统的具体结构如下：
如图1所示，第一循环回路的动力电池包1与第一换热器21之间设有第一电磁阀81，第二循环回路的燃料电池堆3与第一换热器21之间设有第二电磁阀82，控制器或操控人员可操控第一电磁阀81和第二电磁阀82来控制第一循环回路和第二循环回路的循环。
动力电池热管理系统还包括第三泵43、第二换热器22以及提供加热空气给燃料电池堆3的加热部件5，加热部件5加热的加热空气能够进入第二换热器22，动力电池包1、第二换热器22和第三泵43串联形成第三循环回路。
进一步地，加热部件5包括空气滤清器51和空压机52，空气滤清器51能够对空气进行过滤，除去灰尘等杂质，经过过滤的空气通过空压机52进行加压加热，最终输出加热空气供给燃料电池堆3。
动力电池热管理系统还包括中冷器6和第四泵44，中冷器6与第二换热器22并联，加热空气可经中冷器6、第二换热器22后，再输出至燃料电池堆3。第四泵44设置于第二换热器22所在的支路。还设有分配阀，分配阀具体为比例三通阀7，该比例三通阀7能够分配进入第二换热器22和中冷器6的加热空气的比例。
在本实施例中，第二换热器22和中冷器6的支路通过三通接头103汇入至和燃料电池堆3连接的主管路中，以将换热降温后的加热空气输出给燃料电池堆3。
第三循环回路的动力电池包1与第二换热器22之间设有第三电磁阀83，第二换热器22和作为分配阀的比例三通阀7之间设有第四电磁阀84。控制器或操作人员可以操控第三电磁阀83来控制第三循环回路的循环，操控第四电磁阀84来控制第二换热器22所在支路的连通。
动力电池热管理系统还包括加热器(图中未示出)和燃料电池散热器9，加热器能够对动力电池包1进行加热，燃料电池散热器9能够对燃料电池堆3进行散热。
为方便理解，在此说明燃料电池堆3的工作方式：空气滤清器51将外部空气过滤，过滤后的空气经空压机52加热到100℃左右后，流向中冷器6，中冷器6将加热空气冷却至65℃左右，通过膜增湿器13给加热空气增湿，最终供给至燃料电池堆3，在燃料电池堆3内，加热空气与燃料供给部件11供给的氢气经反应产生电能和热能。其中，燃料供给部件11包括加压阀111和高压氢瓶112，高压氢瓶112内部储存着高压氢气，高压氢气经加压阀111供给给燃料电池堆3。
综上，本发明对如何使用该动力电池热管理系统，提供一种动力电池热管理方法：
请参考图2，在使用本动力电池热管理系统时，可根据动力电池包1的温度对各泵和电磁阀进行控制，在此可设定第一预设温度和第二预设温度，低于第一预设温度时动力电池包1需要加热，高于第二预设温度时动力电池包1需要冷却，例如，在本实施例中可将第一预设温度设为10℃，第二预设温度设为45℃。
在车辆处于混动模式工作状态，即动力电池包1和燃料电池堆3均工作的状态时，首先判断动力电池包1的温度，若动力电池包1温度低于预设温度，则动力电池包1需要加热，开启第三电磁阀83、第四电磁阀84、第三泵43和第四泵44，由加热部件5输出的加热空气，流经比例三通阀7时，比例三通阀7根据动力电池包1的温度分配进入第二换热器22和中冷器6的加热空气的比例，加热空气与第三循环回路中的动力电池加热液通过第二换热器22进行热交换，使动力电池加热液对动力电池包1进行加热。
之后判断燃料电池堆3的温度，若燃料电池堆3的温度处于正常工作温度区间，例如处于60℃-70℃，则开启第一电磁阀81、第二电磁阀82、第一泵41和第二泵42，燃料电池冷却液吸收燃料电池堆3工作产生的余热，经第二循环回路流向第一换热器21，第一循环回路中的动力电池加热液与第二循环回路中的燃料电池冷却液通过第一换热器21进行热交换，使动力电池加热液对动力电池包1进行加热，燃料电池冷却液对燃料电池堆3进行冷却。
若燃料电池堆3的温度大于最高工作温度，例如高于70℃，则开启第一电磁阀81、第二电磁阀82、第一泵41和第二泵42，并且开启燃料电池散热器9，燃料电池冷却液经第一循环回路流向第一换热器21，通过第一换热器21向第二循环回路散热，同时燃料电池冷却液流向燃料电池散热器9，对燃料电池堆3进行散热。图1中，形成几条回路，如下：沿燃料电池堆3、三通接头104、第五泵45、三通接头101、三通接头102方向流动的回路，沿燃料电池散热器9、第五泵45、三通接头101方向流动的回路，沿燃料电池堆3、三通接头104、中冷器6、三通接头102方向流动的回路。即，燃料电池堆3的燃料电池冷却液可以流向中冷器6，也可以流向燃料电池散热器9。当燃料电池堆3在启动初期特别是冬季的时候，燃料电池堆3温度较低时，燃料电池堆3冷却液经过中冷器6后，会将燃料电池堆3加热至合适的工作温度区间；当燃料电池堆3温度高于预定值，例如高于70℃时，燃料电池冷却液流经燃料电池散热器9进行散热或为动力电池1进行加热，冷却后的燃料电池冷却液会流回燃料电池堆3进行冷却。可以根据需求调节燃料电池冷却液在三通接头处的流量分配。若进行过如上步骤之后，动力电池包1仍需要加热，则开启加热器对动力电池包1进行加热。
当动力电池包1的温度高于10℃且低于45℃时，动力电池包1不需要加热和冷却。
若动力电池包1的温度大于第二预设温度，则开启动力电池冷却系统(图中未示出)对动力电池包1进行冷却。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种动力电池热管理系统，其特征在于：包括动力电池包(1)、第一换热器(21)、燃料电池堆(3)、第一泵(41)和第二泵(42)，所述动力电池包(1)、所述第一换热器(21)和所述第一泵(41)串联形成第一循环回路，所述燃料电池堆(3)、所述第一换热器(21)和所述第二泵(42)串联形成第二循环回路，所述第一循环回路和所述第二循环回路之间能够通过所述第一换热器(21)进行热交换。
2.根据权利要求1所述动力电池热管理系统，其特征在于：所述第一循环回路设有第一电磁阀(81)，所述第二循环回路设有第二电磁阀(82)。
3.根据权利要求1所述动力电池热管理系统，其特征在于：还包括第三泵(43)、第二换热器(22)以及提供加热空气给所述燃料电池堆(3)的加热部件(5)，所述动力电池包(1)、所述第二换热器(22)和所述第三泵(43)串联形成第三循环回路，所述加热空气能够进入所述第二换热器(22)中进行换热。
4.根据权利要求3所述动力电池热管理系统，其特征在于：还包括串联的中冷器(6)和第四泵(44)，所述中冷器(6)与所述第二换热器(22)并联，所述加热空气经所述中冷器(6)和所述第二换热器(22)后均流向所述燃料电池堆(3)(3)。
5.根据权利要求4所述动力电池热管理系统，其特征在于：还包括分配阀，所述分配阀能够分配进入所述第二换热器(22)和所述中冷器(6)的所述加热空气的比例；
所述第三循环回路设有第三电磁阀(83)，所述第二换热器(22)与所述分配阀之间设有第四电磁阀(84)。
6.根据权利要求1-5任一项所述动力电池热管理系统，其特征在于：还包括加热器，所述加热器能够对所述动力电池包(1)进行加热。
7.根据权利要求1-5任一项所述动力电池热管理系统，其特征在于：还包括燃料电池散热器(9)，所述燃料电池散热器(9)能够对所述燃料电池堆(3)进行散热。
8.一种动力电池热管理方法，基于权利要求2所述的动力电池热管理系统，其特征在于：在所述动力电池包(1)的温度低于预设温度且所述燃料电池堆(3)处于正常工作温度时，开启所述第一泵(41)、所述第二泵(42)、所述第一电磁阀(81)和所述第二电磁阀(82)，所述第一循环回路中的动力电池加热液与所述第二循环回路中的燃料电池冷却液通过所述第一换热器(21)进行热交换，使所述动力电池加热液对所述动力电池包(1)进行加热，所述燃料电池冷却液对所述燃料电池堆(3)进行冷却。
9.一种动力电池热管理方法，基于权利要求5所述的动力电池热管理系统，其特征在于：在所述动力电池包(1)的温度低于预设温度且所述加热部件(5)处于正常工作时，开启所述第三泵(43)、所述第四泵(44)、所述第三电磁阀(83)和所述第四电磁阀(84)，所述分配阀根据所述动力电池包(1)的温度分配进入所述第二换热器(22)和所述中冷器(6)的所述加热空气的比例，所述加热空气与所述第三循环回路中的动力电池加热液通过所述第二换热器(22)进行换热，使所述动力电池加热液对所述动力电池包(1)进行加热。
10.一种动力电池热管理方法，基于权利要求6所述的动力电池热管理系统，其特征在于：在所述动力电池热管理系统和所述燃料电池堆(3)均处于正常工作状态，且所述动力电池包(1)的温度仍小于预设温度时，开启所述加热器，对所述动力电池包(1)进行加热。
11.一种动力电池热管理方法，基于权利要求7所述的动力电池热管理系统，其特征在于：在所述动力电池热管理系统处于正常工作状态，且所述燃料电池堆(3)的温度仍大于正常工作温度时，开启所述燃料电池散热器(9)，对所述燃料电池堆(3)进行散热。
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