CN114516265B - 燃料电池车辆的热管理系统 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种燃料电池车辆的热管理系统，所述热管理系统包括：冷却管线，配置为穿过车辆的电力电子部件并允许冷却剂在其中循环；冷却单元，设置在所述冷却管线中，配置为冷却所述冷却剂；驱动部件，设置在所述冷却管线中并配置为驱动所述车辆；以及旁路管线，具有第一端部，在所述驱动部件和所述冷却单元的出口之间的第一点处连接到所述冷却管线，第二端部，在所述驱动部件和所述冷却单元入口之间的第二点处连接到所述冷却管线，从而可以获得提高冷却效率和冷却性能以及提高安全性和可靠性的有利效果。

Description

燃料电池车辆的热管理系统
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年11月20日在韩国知识产权局提交的、申请号为10-2020-0156240的韩国专利申请的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本申请中。
技术领域
本发明涉及一种燃料电池汽车的热管理系统，更具体地，涉及一种能够提高冷却效率和冷却性能并提高安全性和可靠性的燃料电池汽车的热管理系统。
背景技术
燃料电池车辆(例如，氢能车辆)被配置为借助于燃料(氢)与空气(氧气)之间的化学反应自主地发电，并且通过操作电动机行驶。
通常，燃料电池车辆包括用于借助于氢与氧(O2)之间的氧化还原反应发电的燃料电池堆；燃料供应设备，用于向燃料电池堆供应燃料(氢)；空气供应设备，用于向燃料电池堆供应电化学反应所需的氧化剂的空气(氧气)；以及热管理系统(thermal managementsystem，TMS)，用于去除来自车辆的燃料电池堆和电力电子部件生成的热量到系统外部并控制燃料电池堆和电力电子部件的温度。
同时，近来，已经进行了各种尝试来将燃料电池系统应用于建筑机械以及乘用车(或商用车)。
乘用车主要用于行驶，并具有用于驱动乘用车的驱动部件(例如电机)。因为在乘用车行驶时驱动部件会产生高温热量，所以冷却驱动部件很重要。
相反，建筑机械主要用于在静止状态(建筑机械停止行进的状态)下进行工作(例如，平整工作或装载工作)，因此，冷却在建筑机械停止行进的状态下运行的电力电子部件很重要。
如上所述，主要需要在乘用车行驶时冷却乘用车的驱动部件，但是主要需要冷却在建筑机械(construction machine)静止时工作的建筑机械的电力电子部件。因此，存在难以将应用于乘用车的热管理系统应用于建筑机械的问题。
也就是说，即使建筑机械是静止的，在将应用于乘用车的热管理系统应用于建筑机械的情况下，冷却剂被供给不需要冷却的驱动部件(例如，电机)。因此，存在冷却剂的流量不可避免地减少(由于压力损失导致流量减少)的问题。
另外，由于冷却剂的流量减少导致冷却剂的冷却性能下降，所以为了确保冷却剂的充分流动，不可避免地需要增加用于使冷却剂循环的泵的功耗，因此在冷却需要冷却的电力电子部件(即，当车辆静止时产生高温热量的电力电子部件)的效率和性能方面存在恶化。
因此，近来进行了各种类型的研究以有效地冷却当车辆静止时运作的电力电子部件，但是研究结果仍然不足。因此，需要开发一种能够有效地冷却电力电子部件的热管理系统。
发明内容
本公开的示例性实施方式的目的是提供一种燃料电池车辆的热管理系统，其能够提高冷却效率和冷却性能并提高安全性和可靠性。
本公开的示例性实施例的另一个目的是当车辆静止时更有效地冷却产生高温热量的电力电子部件，并且提高电力电子部件的操作性能和操作效率。
本公开的示例性实施例的又一个目的是确保冷却剂的流动并减少功耗。
本公开的示例性实施例的又一个目的是提高冷却沿着油循环管线循环的油的效率。
本公开的示例性实施例的又一个目的是简化结构并提高设计自由度和空间利用率。
示例性实施例要实现的目的不限于上述目的，还包括可以从以下描述的方案或示例性实施例中认识到的目的或效果。
本公开的示例性实施例提供了一种燃料电池车辆的热管理系统，所述热管理系统包括冷却管线，配置为穿过车辆的电力电子部件并允许冷却剂在其中循环；冷却单元，设置在所述冷却管线中，配置为冷却所述冷却剂；驱动部件，设置在所述冷却管线中并配置为驱动所述车辆；以及旁路管线，具有第一端部，在所述驱动部件和所述冷却单元的出口之间的第一点处连接到所述冷却管线，第二端部，在所述驱动部件和所述冷却单元入口之间的第二点处连接到所述冷却管线。
这是为了提高燃料电池车辆的冷却效率和冷却性能，并提高安全性和可靠性。
也就是说，即使在车辆静止的情况下，在冷却剂被供给至不需要进行冷却的驱动部件(例如电机)的情况下，也存在冷却剂的流量不可避免的减少(由于压力损失导致流量减小)的问题。另外，由于冷却剂的流量减少导致冷却剂的冷却性能下降，所以为了确保冷却剂的充分流动，不可避免地需要增加用于使冷却剂循环的泵的功耗，因此在冷却需要冷却的电力电子部件(即，当车辆静止时产生高温热量的电力电子部件)的效率和性能方面存在恶化。
相反，根据本公开的示例性实施例，由于沿着冷却管线循环的冷却剂选择性地穿过驱动部件，所以可以获得提高燃料电池车辆的冷却效率和冷却性能并提高安全性和可靠性的有利效果。
尤其是，根据本公开的示例性实施例，冷却剂基于车辆是否行驶(例如，处于行驶状态或静止状态)穿过驱动部件(冷却驱动部件)或不穿过驱动部件(沿旁路管线绕过驱动部件而不穿过驱动部件)。因此，可以获得确保冷却剂的平稳流动、使用于使冷却剂循环的泵的功耗最小化，以及有效冷却需要冷却的电力电子部件(例如，在车辆静止时会产生高温热量的电力电子部件)的有利效果。
这是基于即使车辆行驶时驱动部件产生热量，当车辆静止时，使驱动部件产生的热量最小化(例如，产生的热量减少到不需要冷却的程度)的事实。由于在车辆静止时冷却剂沿着旁路管线绕过驱动部件而不穿过驱动部件(冷却剂沿冷却管线循环而不穿过驱动部件)，因此冷却剂穿过电力电子部件的循环路径可以缩短，冷却剂的冷却效果可以集中在电力电子部件上。因此，可以获得提高安全性和可靠性，以及提高冷却剂冷却电力电子部件的效率的有利效果。
根据本公开的示例性实施例，燃料电池车辆的热管理系统可以包括第一阀门，设置在所述冷却管线中，位于所述第一点，并连接至所述旁路管线的所述第一端部，并且所述第一阀门可以将所述冷却剂的流路切换至驱动部件或旁路管线。
例如，当车辆行驶时，第一阀门可以将冷却剂的流路切换至驱动部件，而当车辆静止时，第一阀门可以将冷却剂的流路切换至旁路管线。
根据本公开的示例性实施例，燃料电池车辆的热管理系统可以包括泵，设置在所述冷却管线中，布置在所述冷却单元的出口和所述驱动部件之间，并配置为推动所述冷却剂流动，并且，所述旁路管线的所述第一端部可以连接到所述冷却管线，并布置在所述泵和所述驱动部件之间。
作为参考，在本公开的示例性实施例中，车辆的驱动部件可被理解为驱动车辆的部件(即，驱动车辆所需的部件)。
驱动部件的类型和数量可以根据所需条件和设计规格进行各种更改。
例如，驱动部件可以包括电机，配置为提供驱动车辆所需的驱动功率。另外，驱动部件可以包括逆变器，设置在所述冷却管线中，布置在所述第一点和所述驱动部件之间，并且配置为转换应用于所述电机的电流。
根据所需条件和设计规格，可以对旁路管线和冷却管线之间的连接结构进行各种更改。
根据本公开的示例性实施例，冷却管线可以包括第一管线，配置为连接所述冷却单元的出口和所述泵；第二管线，配置为连接所述泵和所述驱动部件；第三管线与所述第二管线并联连接，并配置为连接所述泵与所述驱动部件；以及第四管线，配置为连接所述驱动部件和所述冷却单元的入口，并且，所述旁路管线的所述第一端部可以连接到所述第二管线，所述旁路管线的所述第二端部可以连接到所述第四管线。
根据本公开的示例性实施例，燃料电池车辆的热管理系统可以包括连接管线，具有连接到所述第三管线的入口端，和连接到所述旁路管线的出口端。
根据本公开的示例性实施例，燃料电池车辆的热管理系统可以包括第二阀门，设置在第三管线中并连接到所述连接管线的入口端，
根据本公开的示例性实施例，燃料电池车辆的热管理系统可以包括油循环管线，设置在所述车辆中，配置为允许油在其中循环；以及热交换器，配置为允许所述冷却剂和所述油进行热交换。
在上述本公开的示例性实施例中，沿着冷却管线循环的冷却剂和沿着油循环管线循环的油借助于热交换器来热交换，因此，可以获得提高冷却油的性能的有利效果。
尤其是，根据本公开的示例性实施例，由于冷却剂和油热交换，所以可以降低油的温度而不增加油冷却单元(用于冷却沿油循环管线循环的油的冷却单元)的容量。因此，可以获得简化结构并提高设计自由度和空间利用率的有利效果。
特别地，根据本公开的示例性实施例，即使在不能利用车辆引起的风的车辆(例如，建筑机械)静止时，也可以额外地降低油的温度。因此，可以获得提高被供油的部件的稳定性和可靠性的有利效果。
根据本公开的示例性实施方式，燃料电池车辆的热管理系统可以包括：油泵，设置在所述油循环管线中，并配置为推动油流动；以及油冷却单元，设置在所述油循环管线中，并配置为冷却所述油。
特别地，燃料电池车辆的热管理系统可以包括热交换管线，连接到所述冷却管线并设置在所述冷却单元的出口和所述驱动部件之间，并且所述油循环管线和所述热交换管线可以设置成穿过所述热交换器。
如上所述，由于热交换器设置在从冷却管线分支的热交换管线中，因此可以基于车辆是否行驶(例如，车辆在行驶状态或静止状态)有选择地进行油和冷却剂之间的热交换。
更具体地，燃料电池车辆的热管理系统可以包括第三阀门，设置在所述冷却管线中并连接到所述热交换管线的一端。
根据本公开的示例性实施例，第三阀门可以基于油的温度选择性地切断冷却剂向热交换管线的供应。
根据本公开的示例性实施例，第三阀门可以基于冷却剂的温度选择性地切断冷却剂向热交换管线的供应。
如上所述，在本公开的示例性实施例中，第三阀门基于冷却剂的温度选择性地切断冷却剂向热交换管线的供应，因此，可以获得最小化冷却剂和油之间的热交换的影响(例如，由冷却剂的温度升高引起的冷却电力电子部件和驱动部件的性能下降)的有利效果。
附图说明
图1是用于解释根据本公开的示例性实施例的燃料电池车辆的热管理系统的视图。
图2是用于解释根据本公开的示例性实施例的燃料电池车辆的热管理系统中的冷却剂在车辆行驶时的流动的视图。
图3是用于解释根据本公开的示例性实施例的燃料电池车辆的热管理系统中的冷却剂在车辆静止时的流动的视图。
图4和图5是用于解释根据本公开的示例性实施例的燃料电池车辆的热管理系统中的油循环管线的视图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述本公开的示例性实施例。
然而，本公开的技术精神不限于本文描述的一些示例性实施例，而是可以以各种不同的形式来实施。在本公开的技术精神的范围内，示例性实施例中的一个或多个组成元件可以被选择性地组合和替换。
另外，除非另外具体地和明确地定义和陈述，否则本公开的示例性实施例中使用的术语(包括技术术语和科学术语)可以被解释为本公开所属领域中的普通技术人员通常可以理解的含义。可以考虑相关技术的上下文含义来解释诸如词典中定义的术语的常用术语的含义。
另外，在本公开的示例性实施例中使用的术语是用于解释示例性实施例，而不是限制本公开。
除非在本说明书的上下文中特别指出，否则单数形式也可以包括复数形式。本文描述的解释“A、B和C中的至少一个(或一个或多个)”可以包括可以通过组合A、B和C而形成的所有组合中的一个或多个。
另外，诸如第一、第二、A、B、(a)和(b)的术语可以用于描述本公开的示例性实施例的组成元件。
这些术语仅用于将一个构成元件与另一构成元件相区别的目的，并且构成元件的性质、序列或顺序不受这些术语的限制。
此外，当将一个组成元件描述为“连接”、“耦合”或“附接到”另一组成元件时，一个组成元件可被直接连接、耦合或附接到另一组成元件，或通过介于其间的又一组成元件连接、耦合或附接到另一组成元件。
另外，“在一个组成元件的上方(上面)或下方(下面)形成或设置一个组成元件”的说明不仅包括两个组成元件彼此直接接触的情况，还包括在两个组成元件之间形成或设置一个或多个其他组成元件的情况。另外，“向上(上方)或向下(下方)”可以包括基于一个组成元件的向下方向以及向上方向的含义。
参照图1至图5，根据本公开的示例性实施例的燃料电池车辆的热管理系统10包括冷却管线100配置为穿过车辆的电力电子部件400并允许冷却剂在其中循环；冷却单元110设置在冷却管线100中，配置为冷却冷却剂；驱动部件120，设置在冷却管线100中并配置为驱动车辆；以及旁路管线200，具有第一端部以及第二端部，所述第一端部在驱动部件120和冷却单元110的出口之间的第一点处连接到冷却管线100，所述第二端部在驱动部件120和冷却单元110的入口之间的第二点处连接到冷却管线100。
作为参考，在本公开的示例性实施例中，冷却管线100可以与穿过燃料电池堆30的燃料电池冷却管线20一起构成TMS管线(未示出)，其中冷却剂(例如水)可以在热交换时流动。冷却剂可用作TMS管线中的冷却介质或加热介质。
燃料电池冷却管线20配置为穿过燃料电池堆30，并且冷却剂可以沿着燃料电池冷却管线20循环。
燃料电池冷却管线20可以根据车辆的状态来定义用于冷却冷却剂的冷却回路或用于加热(升高温度)冷却剂的加热回路。例如，燃料电池冷却管线20可定义加热回路以确保在初始起动状态下的冷起动能力，并且定义冷却回路以在车辆行驶时将燃料电池堆30中产生的热量排出到外部。
燃料电池冷却单元22(例如，散热器)可以设置在燃料电池冷却管线20中，以冷却沿燃料电池冷却管线20循环的冷却剂，并且燃料电池冷却单元22可以通过吹动外部空气的冷却风扇(未示出)来冷却。
特别地，冷却管线100中的燃料电池冷却单元22和冷却单元110可以通过单个冷却风扇同时冷却。如上所述，由于通过单个冷却风扇同时冷却冷却管线100中的燃料电池冷却单元22和冷却单元110，因此可以获得简化结构、提高设计自由度和空间利用率，并使冷却冷却管线100中的燃料电池冷却单元22和冷却单元110所需的功耗最小的有利效果。
作为参考，燃料电池堆30可以具有能够通过燃料(例如，氢)和氧化剂(例如，空气)之间的氧化还原反应来发电的各种结构。
例如，燃料电池堆30包括：膜电极组件(membrane electrode assembly，MEA)(未示出)，具有在有氢离子在其中移动的电解质膜的两侧发生电化学反应的催化剂电极层；气体扩散层(gas diffusion layer，GDL)(未示出)，配置为均匀地分布反应气体并用于转移产生的电能；垫圈(未示出)和紧固件(未示出)，配置为维持对反应气体和冷却剂的防漏密封性并保持适当的紧固压力；分隔件(双极板)(未示出)配置为移动反应气体和冷却剂。
更具体地，在燃料电池堆30中，作为燃料的氢气和作为氧化剂的空气(氧气)分别通过分隔件(separator)中的流路被供应到膜电极组件的阳极和阴极，使得氢被供应到阳极，空气被供应到阴极。
供应到阳极的氢通过设置在电解质膜两侧的电极层中的催化剂被分解为氢离子(质子)和电子。仅氢离子通过为正离子交换膜的电解质膜选择性地输送至阴极，并且同时，电子通过作为导体的气体扩散层和分隔件输送至阴极。
在阴极处，通过电解质膜供应的氢离子和通过分隔件输送的电子与通过空气供应设备供应到阴极的空气中的氧气相遇，从而产生水的反应。由于氢离子的移动，电子流过外部导线，并且由于电子的流动而产生电流。
冷却管线100配置为穿过车辆的电力电子部件400，并且冷却剂沿着冷却管线100循环。
在这种情况下，车辆的电力电子部件400可以理解为使用车辆的电力(例如，由燃料电池堆产生的电力)作为能源的部件，并且本公开不限于或受限于车辆的电力电子部件400的类型和数量。
例如，电力电子部件400可以包括设置在燃料电池堆30和车辆的高压电池(未示出)之间的双向高压DC-DC转换器(bi-directional high-voltage DC-DC converter，BHDC)410中的至少一个；鼓风机泵控制单元(blower pump control unit，BPCU)420，配置为控制鼓风机(未示出)，所述鼓风机配置为供应外界的空气以操作燃料电池堆30；空气压缩机(air compressor，ACP)430配置为压缩提供给所述燃料电池堆30的空气；空气冷却器440，以及低压DC-DC转换器(low-voltage DC-DC converter，LDC)450，所述压DC-DC转换器450配置为将高压电池提供的高直流电压转换为低直流电压。
冷却单元110设置在冷却管线100中，并且冷却沿着冷却管线100循环的冷却剂。
各种能够冷却冷却剂的冷却装置可以用作冷却单元110，并且本公开不限或受限于受冷却单元110的类型和结构。
例如，冷却单元110可以包括散热器。可以使用各种能够冷却冷却剂的散热器作为散热器，并且本公开不限或受限于散热器的类型和结构。根据本公开的另一示例性实施例，水冷冷却装置可以用作冷却单元。
此外，配置为储存冷却剂的储液器(未示出)可以连接至冷却单元110。
根据本公开的示例性实施例，燃料电池车辆的热管理系统10可以包括设置在冷却管线100中的泵130，布置在冷却单元110的出口与驱动部件120之间，并配置为推动冷却剂流动。
作为参考，在本公开的示例性实施例中，可以将冷却单元110的入口定义为通过其将冷却剂引入到冷却单元110中的入口。另外，可以将冷却单元110的出口定义为，通过其穿过冷却单元110的冷却剂排出的出口。
能够泵送冷却剂的典型泵送装置可以用作泵130，但是本公开不限或受限于泵130的类型和特性。
在冷却管线100中设置有驱动部件120来驱动车辆。
在本公开的示例性实施例中，车辆的驱动部件120可以理解为驱动车辆的部件(即，驱动车辆所需的部件)，并且本公开不限或受限于驱动部件120的类型和数量。
例如，驱动部件120可以包括：电机122，配置为提供驱动车辆所需的驱动力；逆变器124，配置为转换应用于电机122的电流。
提供旁路管线200使得沿着冷却管线100循环的冷却剂不会选择性地穿过驱动部件120(冷却剂绕过驱动部件而不穿过驱动部件)。
更具体地，基于车辆是否行驶(例如，车辆处于行驶状态还是静止状态)，设置旁路管线200，使得冷却剂不穿过驱动部件120(冷却驱动部件)(冷却剂绕过驱动部件而不穿过驱动部件)。
这是为了在车辆静止时缩短穿过电力电子部件400的冷却剂的循环路径，并将冷却剂的冷却效果集中在电力电子部件400上。
也就是说，即使在车辆静止的情况下，在冷却剂被供给至不需要进行冷却的驱动部件(例如电机)的情况下，也存在冷却剂的流量不可避免的减少(由于压力损失导致流量减小)的问题。另外，由于冷却剂的流量减少导致冷却剂的冷却性能下降，所以为了确保冷却剂的充分流动，不可避免地需要增加用于使冷却剂循环的泵的功耗，因此在冷却需要冷却的电力电子部件(即，当车辆静止时产生高温热量的电力电子部件)的效率和性能方面存在恶化。
相反，根据本公开的示例性实施例，基于车辆的行驶状态或静止状态，冷却剂可穿过驱动部件120，或者冷却剂可沿旁路管线200绕过驱动部件120，而不穿过驱动部件120。因此，可以获得确保冷却剂的平稳流动、使用于使冷却剂循环的泵的功耗最小化，以及有效冷却需要冷却的电力电子部件(例如，在车辆静止时会产生高温热量的电力电子部件)的有利效果。
这是基于，即使车辆行驶时驱动部件120产生热量，当车辆静止时，使驱动部件120产生的热量最小化(例如，产生的热量减少到不需要冷却的程度)的事实。由于在车辆静止时冷却剂沿着旁路管线200绕过驱动部件120而不穿过驱动部件(冷却剂沿冷却管线循环而不穿过驱动部件)，因此冷却剂穿过电力电子部件400的循环路径可以缩短，冷却剂的冷却效果可以集中在电力电子部件400上。因此，可以获得提高安全性和可靠性，以及提高冷却剂冷却电力电子部件400的效率的有利效果。
根据本公开的示例性实施例，旁路管线200的第一端部(例如，基于图1的左端)可以在位于驱动部件120和冷却单元110的出口之间的第一点处连接至冷却管线100，以及旁路管线200的第二端部(例如，基于图1的右端)可以在位于驱动部件120和冷却单元110的入口之间的第二点处连接到冷却管线100。
特别地，旁路管线200的第一端部可以连接到冷却管线100并设置在泵130和驱动部件120之间。
根据本公开的示例性实施例，燃料电池车辆的热管理系统10可以包括第一阀门140，设置在冷却管线100中，位于第一点处，并连接至旁路管线200的第一端部。
提供第一阀门140以选择性地将冷却剂的流路切换至驱动部件120(例如，电机)或旁路管线200。
特别地，当车辆行驶时，第一阀门140将冷却剂的流动路径切换至驱动部件120，使得冷却剂穿过驱动部件120。相反，当车辆静止时，第一阀门140可以将冷却剂的流动路径切换到旁路管线200，以使冷却剂绕过驱动部件120。
各种能够选择性地将冷却剂的流路切换至驱动部件120或旁路管线200的阀门装置可以用作第一阀门140，并且本公开不限或受限于第一阀门140的类型和结构。
作为示例，典型的三通阀可以用作第一阀门140。更具体地，第一阀门140包括连接到冷却管线100的第一-1端口142，从而由泵130泵送的冷却剂引入，第一-2端口144连接到冷却管线100，从而将穿过第一阀门140的冷却剂引入电机122，以及第一-3端口146，与旁路管线的第一端部连接。
通过打开或关闭第一阀门140的第一-2端口144和第一-3端口146，可以选择性地将冷却剂的流路切换至驱动部件120或旁路管线200。
也就是说，当第一-2端口144打开且第一-3端口146关闭时，穿过第一阀门140的冷却剂可以引入驱动部件120。相反，当第一-3端口146打开且第一-2端口144关闭的情况下，可以将穿过第一阀门140的冷却剂通过旁路管线200引入冷却单元110，而不穿过驱动部件120。
根据所需的条件和设计规范，可以对旁路管线200和冷却管线100之间的连接结构进行各种改变。
根据本公开的示例性实施例，冷却管线100可以包括第一管线102，配置为连接冷却单元110的出口和泵130；第二管线104，配置为连接泵130和驱动部件120；第三管线106与第二管线104并联，并配置为连接泵130和驱动部件120；第四管线108，配置为连接驱动部件120和冷却单元110的入口。旁路管线200的第一端部可以连接到第二管线104，旁路管线200的第二端部可以连接到第四管线108。
在下文中，将描述一个示例，其中在第三管线106中设置一些电力电子部件400(例如，BHDC、BPCU、空气压缩机和空气冷却器)并且，在第二管线104中设置剩余的电力电子部件400(例如，LDC)。
特别地，电机122可以设置在第二管线104中，逆变器可以设置在冷却管线100(例如，第二管线)中并且布置在第一点(第一阀门140)和电机122之间。
根据本公开的示例性实施例，燃料电池车辆的热管理系统10可以包括连接管线300，具有连接至第三管线106的入口端，和连接至旁路管线200的出口端。
提供连接管线300以使沿第三管线106循环的冷却剂不会选择性地穿过电机122(冷却剂沿旁路管线绕过电机而不穿过电机)。
根据本公开的示例性实施例，连接管线300的一端(例如，基于图1的上端)可以在第三管线106的最下游的点(例如，从空气冷却器的下游)连接到第三管线106，连接管线300的另一端(例如，基于图1的下端)可连接至旁路管线200。
根据本公开的示例性实施例，燃料电池车辆的热管理系统10可以包括第二阀门150，设置在第三管线106中并连接到连接管线300的入口端。
提供第二阀门150以将供应至第三管线106的冷却剂的流路切换至电机122或旁路管线200。
特别地，当车辆行驶时，第二阀门150可以切换冷却剂的流路至电机122，使得冷却剂穿过电机122，并且当车辆静止时第二阀门150可以将冷却剂的流路切换至旁路管线200，使得冷却剂绕过电机122。
各种能够选择性地将冷却剂的流路切换至驱动部件120(例如，电机)或旁路管线200的阀门装置可以用作第二阀门150，并且本公开不限或受限于第二阀门150的类型和结构。
作为示例，典型的三通阀可以用作第二阀门150。更具体地，第二阀门150包括连接至第三管线106的第二-1端口152，使得穿过空气冷却器440的冷却剂被引入；连接至第三管线106的第二-2端口154，使得穿过第二阀门150的冷却剂被引入电机122；以及连接至连接管线300的一端的第二-3端口156。
可以通过打开或关闭第二阀门150的第二-2端口154和第二-3端口156来选择性地将冷却剂的流路切换至电机122或旁路管线200。
也就是说，当第二-2端口154打开并且第二-3端口156关闭时，可以将穿过第二阀门150的冷却剂引入电机122。相反，当第二-3端口156打开并且第二-2端口154关闭时，可以将穿过第二阀门150的冷却剂通过连接管线300沿着旁路管线200引入冷却单元110，而不穿过电机122。
同时，在上述并在附图中示出的本公开的示例性实施例中，已经描述了构成冷却管线100的第二管线104和第三管线106并联连接的示例。然而，根据本公开的另一示例性实施例，第二管线和第三管线可以串联连接。
根据本公开的示例性实施例，燃料电池车辆的热管理系统10可以包括设置在车辆中并配置为允许油在其中循环的油循环管线500和配置为允许冷却剂和油进行热交换。
在上述本公开的示例性实施例中，沿着冷却管线100循环的冷却剂和沿着油循环管线500循环的油借助于热交换器600进行热交换，因此，可以获得提高冷却油性能的有利效果。
尤其是，根据本公开的示例性实施例，由于冷却剂和油热交换，所以可以降低油的温度而不增加油冷却单元520(用于冷却沿油循环管线循环的油的冷却单元)的容量。因此，可以获得简化结构并提高设计自由度和空间利用率的有利效果。
特别地，根据本公开的示例性实施例，即使在不能利用车辆引起的风的车辆(例如，建筑机械(construction machine))静止时，也可以额外地降低油的温度。因此，可以获得提高被供油的部件的稳定性和可靠性的有利效果。
热交换器600可以具有各种能够允许冷却剂和油热交换的结构，并且本公开不限或受限于热交换器600的类型和结构。
特别地，油循环管线500和热交换管线610可以设置成流过(通过)热交换器600。
更具体地，燃料电池车辆的热管理系统10可以包括油泵510，设置在油循环管线500中，并配置为推动油流动；以及油冷却单元520，设置在该油循环管线中500中，并配置为冷却油。
能够泵送油的典型泵送装置可以用作油泵510，并且本公开不限或受限于油泵510的类型和特性。
各种能够冷却油的冷却装置可以用作油冷却单元520，并且本公开不限或受限于油冷却单元520的类型和结构。
例如，油冷却单元520可以包括散热器。可以使用各种能够冷却油的散热器作为散热器，并且本公开不限或受限于散热器的类型和结构。根据本公开的另一示例性实施例，水冷冷却装置可以用作油冷却单元。
特别地，燃料电池车辆的热管理系统10可以包括热交换管线610，所述热交换管线610连接到冷却管线100并设置在冷却单元110的出口和驱动部件120之间，并且油循环管线500和热交换管线610可以设置成穿过热交换器600。
如上所述，由于热交换器600设置在从冷却管线100分支出的热交换管线610中，因此可以基于车辆是否行驶(例如，车辆处于行驶状态还是静止状态)选择性地进行油和冷却剂之间的热交换。
更具体地，燃料电池车辆的热管理系统10可以包括第三阀门620，设置在冷却管线100中并连接至热交换管线610的一端。
为了选择性地切断向热交换管线610的冷却剂的供应，可以提供第三阀门620以选择性地将冷却剂的流路切换至热交换器600或泵130(至不穿过热交换器路径)。
各种能够选择性地将冷却剂的流路切换到泵130或热交换器600的阀门装置可以用作第三阀门620，并且本公开不限或受限于第三阀门620类型和结构。
例如，典型的三通阀可以用作第三阀门620。更具体地，第三阀门620包括连接至冷却管线100的第三-1端口622，使得穿过冷却单元110的冷却剂被引入；连接到冷却管线100的第三-2端口624，使得将穿过第三阀门620的冷却剂被引入泵130，以及连接至热交换管线610的一端的第三-3端口626。
可以通过打开或关闭第三阀门620的第三-2端口624和第三-3端口626来选择性地将冷却剂的流路切换到泵130或热交换器600。
也就是说，当第三-2端口624打开并且第三-3端口626关闭时，可以将穿过第三阀门620的冷却剂直接引入泵130中而不穿过热交换器600。相反，当第三-3端口626打开而第三-2端口624关闭时，穿过第三阀门620的冷却剂可以穿过热交换器600，然后可以沿着冷却管线100被引入到泵130中。
特别地，第三阀门620可以基于油的温度选择性地切断向热交换管线610的冷却剂的供应。
例如，当油的温度低于油的预定参考温度时，第三阀门620可以将冷却单元110的流路切换到泵130(可以切断冷却剂向热交换管线的供应)，使得冷却剂不穿过热交换器600。相反，当油的温度高于油的预定参考温度时，第三阀门620可以切换冷却剂的流路到热交换器600，使得冷却剂穿过热交换器600。
更具体地，第三阀门620可以基于冷却剂的温度(例如，已经穿过冷却单元的冷却剂的温度)来选择性地切断向热交换管线610的冷却剂的供应。
例如，已经穿过冷却单元110的冷却剂的温度高于冷却剂的预定参考温度，第三阀门620可以将冷却单元110的流路切换到泵130(可以切断冷却剂向热交换管线的供应)，使得冷却剂不穿过热交换器600。相反，当穿过冷却单元110的冷却剂的温度低于冷却剂的预定参考温度，第三阀门620可以切换冷却剂的流路到热交换器600，使得冷却剂穿过热交换器600。
如上所述，在本公开的示例性实施例中，仅当冷却剂的温度低于冷却剂的预定参考温度时，才将冷却剂供应到热交换管线610，因此，可以获得最小化冷却剂和油之间的热交换的影响(例如，由冷却剂的温度升高引起的冷却电力电子部件和驱动部件的性能下降)的有利效果。
在下文中，将描述根据车辆是否行驶的冷却剂的流动。
参照图2，当车辆行驶时，穿过冷却单元110的冷却剂可以在沿着第一管线102、第二管线104、第三管线106和第四管线108流动的同时冷却所有电力电子部件400和驱动部件120。
相反，参照图3，当车辆静止时，第一阀门140的第一-3端口146打开，并且第一-2端口144关闭，使得可以将穿过第一阀门140的冷却剂通过旁路管线200引入冷却单元110中，而不穿过驱动部件120。因此，冷却剂可以仅冷却电力电子部件400而不冷却驱动部件120。
同样，当车辆静止时，第二阀门150的第二-3端口156打开，第二-2端口154关闭，使得穿过第二阀门150的冷却剂可以沿旁路管线200通过连接管线300直接引入冷却单元110，而不穿过电机122。因此，冷却剂可以仅冷却电力电子部件400，而不冷却驱动部件120。
同时，参考图4，当车辆静止时(或当车辆行驶时)，冷却剂沿着冷却管线100循环，并且沿着油循环管线500循环的油可以由油冷却单元520冷却。
例如，当油的温度高于油的参考温度时(或者当冷却剂的温度低于冷却剂的参考温度时)，第三阀门620的第三-3端口626打开，并且第三-2端口624关闭，使得穿过第三阀门620的冷却剂可以穿过热交换器600，然后可以沿着冷却管线100引入泵130。由于如上所述的穿过热交换器600的冷却剂、沿着冷却管线100循环的冷却剂和沿着油循环管线500循环的油可以通过热交换器600进行热交换，使得沿着油循环管线500循环的油可以通过油冷却单元520冷却并且可以通过与冷却剂的热交换而被冷却。
相反，如图5所示，当油的温度低于油的参考温度时(或者当冷却剂的温度高于冷却剂的参考温度时)，第三阀门620的第三-2端口624打开，并且第三-3端口626关闭，使得穿过第三阀门620的冷却剂可以被直接引入泵130而不穿过热交换器600。在这种情况下，沿着油循环管线500循环的油可以仅被油冷却单元520冷却。
根据上述的本公开，可以获得提高冷却效率和冷却性能以及改善安全性和可靠性的有利效果。
特别地，根据本公开的示例性实施例，可以缩短在车辆静止时穿过电力电子部件的冷却剂的循环路径，并且可以将冷却剂的冷却效果集中在电力电子部件上。因此，可以获得在车辆静止时更有效地冷却产生高温热量的电力电子部件的有益效果，从而提高电力电子部件的操作性能和操作效率。
另外，根据本公开的示例性实施例，可以获得确保冷却剂的流动并降低能耗的有利效果。
另外，根据本公开的示例性实施例，可以获得提高冷却沿油循环管线循环的油的效率的有利效果。
另外，根据本公开的示例性实施例，可以获得简化结构并提高设计自由度和空间利用率的有利效果。
尽管上面已经描述了示例性实施例，但是示例性实施例仅是说明性的，并且不意图限制本公开。本领域技术人员可以理解，在不脱离本示例性实施例的本质特征的情况下，可以对本示例性实施例进行以上未描述的各种修改和变更。例如，可以修改然后执行在示例性实施例中具体描述的各个构成元件。此外，应当解释为，与修改和变更有关的差异包括在由所附权利要求限定的本公开的范围内。

Claims (16)

1.一种燃料电池车辆的热管理系统，所述热管理系统包括：
冷却管线，配置为穿过车辆的电力电子部件并允许冷却剂在其中循环；
冷却单元，设置在所述冷却管线中，配置为冷却所述冷却剂；
驱动部件，设置在所述冷却管线中并配置为驱动所述车辆；以及
旁路管线，具有第一端部，在所述驱动部件和所述冷却单元的出口之间的第一点处连接到所述冷却管线，第二端部，在所述驱动部件和所述冷却单元的入口之间的第二点处连接到所述冷却管线，
其中所述冷却管线包括泵，其设置在所述冷却管线中，布置在所述冷却单元的出口和所述驱动部件之间，并配置为推动所述冷却剂流动；
其中所述旁路管线被配置成，基于所述车辆的行驶状态或静止状态，所述冷却剂穿过所述驱动部件，或者所述冷却剂沿所述旁路管线绕过所述驱动部件，而不穿过所述驱动部件。
2.根据权利要求1所述的热管理系统，包括：
第一阀门，设置在所述冷却管线中，位于所述第一点，并连接至所述旁路管线的所述第一端部，
其中，所述第一阀门将所述冷却剂的流路切换至驱动部件或旁路管线。
3.根据权利要求2所述的热管理系统，其中，当所述车辆行驶时，所述第一阀门将所述冷却剂的流路切换至所述驱动部件，并且
其中，当所述车辆静止时，所述第一阀门将所述冷却剂的流路切换至所述旁路管线。
4.根据权利要求1所述的热管理系统，
其中，所述旁路管线的第一端部连接到所述冷却管线，并布置在所述泵和所述驱动部件之间。
5.根据权利要求1所述的热管理系统，其中，所述驱动部件包括电机，配置为提供驱动所述车辆所需的驱动动力。
6.根据权利要求5所述的热管理系统，其中，所述驱动部件包括逆变器，设置在所述冷却管线中，布置在所述第一点和所述电机之间，并且配置为转换应用于所述电机的电流。
7.根据权利要求4所述的热管理系统，其中，所述冷却管线包括：
第一管线，配置为连接所述冷却单元的出口和所述泵；
第二管线，配置为连接所述泵和所述驱动部件；
第三管线与所述第二管线并联或所述第三管线与所述第二管线串联，并配置为连接所述泵与所述驱动部件；以及
第四管线，配置为连接所述驱动部件和所述冷却单元的入口，并且
其中，所述旁路管线的所述第一端部连接到所述第二管线，所述旁路管线的所述第二端部连接到所述第四管线。
8.根据权利要求7所述的热管理系统，包括：
连接管线，具有连接到所述第三管线入口端，和连接到所述旁路管线的出口端。
9.根据权利要求8所述的热管理系统，包括：
第二阀门，设置在所述第三管线中并连接到所述连接管线的入口端，
其中，所述第二阀门将所述冷却剂的流路切换至所述驱动部件或所述旁路管线。
10.根据权利要求1所述的热管理系统，其中，所述电力电子部件包括至少一个双向高压DC-DC转换器BHDC，设置在所述车辆的燃料电池堆和所述车辆的高压电池之间；鼓风机泵控制单元BPCU，配置为控制鼓风机，所述鼓风机配置为提供外界的空气以操作所述燃料电池堆；空气压缩机ACP，配置为压缩提供给所述燃料电池堆的空气；空气冷却器，以及低压DC-DC转换器LDC，所述低压DC-DC转换器LDC配置为将所述高压电池提供的高直流电压转换为低直流电压。
11.根据权利要求1所述的热管理系统，包括：
油循环管线，设置在所述车辆中，配置为允许油在其中循环；以及
热交换器，配置为允许所述冷却剂和所述油进行热交换。
12.根据权利要求11所述的热管理系统，包括：
热交换管线，连接到所述冷却管线并设置在所述冷却单元的出口和所述驱动部件之间，
其中，所述油循环管线和所述热交换管线设置成穿过所述热交换器。
13.根据权利要求12所述的热管理系统，包括：
第三阀门，设置在所述冷却管线中并连接到所述热交换管线的一端，
其中，所述第三阀门选择性地切断所述冷却剂向所述热交换管线的供应。
14.根据权利要求13所述的热管理系统，其中，所述第三阀门基于所述油的温度选择性地切断向所述热交换管线的所述冷却剂的供应。
15.根据权利要求13所述的热管理系统，其中，所述第三阀门基于所述冷却剂的温度选择性地切断向所述热交换管线的所述冷却剂的供应。
16.根据权利要求11所述的热管理系统，包括：
油泵，设置在所述油循环管线中，并配置为推动油流动；以及
油冷却单元，设置在所述油循环管线中，并配置为冷却所述油。
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