CN115087552A - 用于燃料电池车辆的热管理系统 - Google Patents

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Abstract

提出了一种用于燃料电池车辆的热管理系统，包括：填充有第一冷却剂(C1)的第一冷却回路(L1)，其具有至少第一泵(P1)；填充有第二冷却剂(C2)的第二冷却回路(L2)，其具有至少第二泵(P2)；填充有第三冷却剂(C3)的第三冷却回路(L3)，其具有至少第三泵(P3)，其中第一、第二和第三冷却回路彼此流体独立，其中至少设置了选择性热交换器装置(4)，以用于在预定条件下选择性地将第三冷却回路与第一冷却回路和/或与第二冷却回路热耦合。

Description

用于燃料电池车辆的热管理系统
技术领域
本公开属于燃料电池驱动的电动车辆的热管理系统的领域。本公开涉及控制燃料电池和车辆其它部件的温度的系统和方法，无论外部温度和原动力需求如何。本公开还涉及装备有这种系统的机动车辆。
背景技术
在燃料电池驱动的电动车辆中，燃料电池用于从氢中产生电能。然后，电能或者通过联接到牵引轮的电动马达直接转换成运动，或者暂时存储在蓄电池中。
操作高效燃料电池需要适当的温度控制。最佳燃料电池操作发生在相对较高的温度范围内。然而，在这种燃料电池操作期间，产生了额外的热量，作为燃料电池内发生的反应的副产物。
同时，其它车辆部件具有不同的温度要求。蓄电池必须首先被加热以有效地起动车辆。在操作期间，被提供来控制燃料电池和蓄电池操作的蓄电池和功率电子器件两者都具有相对较低的温度范围。然而，这些部件也会产生热量。此外，车辆还配备了加热、通风和冷却系统(HVAC)，以提高乘客舒适度，这需要热量。
因此，生产燃料电池驱动的电动车辆的主要挑战是提供合适的热管理系统。热管理系统必须有效地将热量传递到上述部件和/或从上述部件带走，以将它们保持在其理想的操作温度范围内。
例如，在US6394207中，已经提出设置两个热传递回路。第一高温热传递回路用于产生蒸汽。第二低温热传递回路被设置以冷却燃料电池、蓄电池、电动马达和功率电子器件。两个回路通过阀相互连接。
在该系统中，将第二冷却剂保持在相对较低的温度似乎特别具有挑战性。事实上，低温回路热耦合到多个发热部件，并且为了合适的操作可能需要强大的风扇和散热器装置。因此，热管理系统的成本、尺寸和重量可能会受到影响。
还已经提出了一种包括三个互连回路的系统。但是，所有回路必须充满相同的冷却液。这阻止了为不同的回路使用适合的冷却剂来优化热交换。
本发明的目的是提出一种热管理系统，该热管理系统特别适用于燃料电池驱动的车辆，该系统至少不存在上述现有技术的一些缺点。
发明内容
提出了一种用于车辆的热管理系统，该车辆包括至少一个燃料电池，该系统包括：
-第一冷却回路，该第一冷却回路填充有第一冷却剂，具有至少第一泵，
-第二冷却回路，该第二冷却回路填充有第二冷却剂，具有至少第二泵，
-第三冷却回路，该第三冷却回路填充有第三冷却剂，具有至少第三泵，
其中，第一、第二和第三冷却回路彼此流体独立，
其中，至少设置了选择性热交换器装置，用于在预定条件下选择性地将第三冷却回路与第一冷却回路和/或与第二冷却回路热耦合。
因此，每个回路可适于冷却车辆的不同部件，以将这些部件保持在它们的最佳操作温度范围内。此外，在第三回路处提供的多余热量可以散发到第一和/或第二回路中。与第三回路不与冷却回路进行热交换的构造相比，第三回路的尺寸减小了。每个回路还可以填充有特别适用于与其耦合的部件的冷却剂。
可以可选地单独或相互组合地实施以下特征。
第一冷却回路包括第一基本回路和第一辅助支路，第一选择阀被构造成在基本位置中将第一辅助支路与第一基本回路隔离，并且该第一选择阀被构造成在激活位置中将第一冷却剂流的全部或一部分分偏离到第一辅助支路，其中，选择性热交换器装置包括布置在第一辅助支路上的第一热交换器，以用于当第一选择阀在激活位置中时将第一冷却回路与第三冷却回路热耦合。
因此，第三冷却回路中的多余热能可选择性地散发到第一回路中。
第二冷却回路L2包括第二基本回路和第二辅助支路，第二选择阀被构造成在基本位置中将第二辅助支路与第二基本回路隔离，并且该第二选择阀被构造成在激活位置中将第二冷却剂流的全部或一部分偏离到第二辅助支路，其中，选择性热交换器装置包括布置在第二辅助支路上的第二热交换器，以用于当第二选择阀在激活位置中时将第二冷却回路与第三冷却回路热耦合。
因此，第三冷却回路中的多余热能可选择性地散发到第二回路中。
第一冷却剂具有第一操作温度范围，第二冷却剂具有第二操作温度范围，第三冷却剂具有第三操作温度范围，其中，第一操作温度范围低于第二操作温度范围，并且第二操作温度范围低于第三操作温度范围。
因此，每个回路可在不同的温度范围内操作。每个回路可以与具有不同操作温度的部件相关联。
当第三冷却剂在第三操作温度范围之外时，第一或第二选择阀切换至激活位置。
因此，第三冷却回路可避免达到高于其操作温度范围的温度。可以缩小第三冷却回路的尺寸。
第三冷却回路包括第三基本回路和辅助支路，设置了第三选择阀，该第三选择阀被构造成在激活位置中将第三冷却剂流的一部分从第三基本回路偏离到第三辅助支路。
因此，第三冷却回路可短路，以在车辆冷起动期间快速提高第三冷却剂温度。
第三冷却回路冷却和/或加热一个或多个燃料电池和/或向车辆的舱室供暖。因此，第三冷却回路与操作期间产生最多热量的车辆部件相关联。
第二冷却回路冷却和/或加热功率电子模块。
第一冷却回路冷却和/或加热电力存储装置，比如蓄电池。
第一、第二和第三选择阀为三通阀，优选为比例流量控制三通阀
因此，例如取决于第一、第二和第三冷却剂的温度，可控制冷却剂流入到第一、第二和/或第三辅助支路中。
每个冷却回路中均设置了吸热部分和排热部分。
空气流被构造成依次流过第一冷却回路的排热部分、第二冷却回路的排热部分和第三冷却回路的排热部分。
因此，空气流可成功从第一、第二和第三冷却回路中提取热量。
第一冷却回路包括电加热器，该电加热器被构造成加速蓄电池温度上升。
在另一方面，提出了一种用于车辆的热管理的方法，该车辆包括前述权利要求中的任一项所述的热管理系统，该方法包括：
-确定第三冷却回路的温度，
-确定第三冷却回路温度是否高于操作温度范围，
-如果第三冷却回路高于操作温度范围，则构造选择性热交换器装置，以用于在预定条件下选择性地将第三冷却回路与第一冷却回路和/或与第二冷却回路热耦合。
在另一方面，提出了一种车辆，其包括为车辆的电动马达提供动力的燃料电池和蓄电池、控制从燃料电池和蓄电池到电动马达的电力供应的功率电子模块以及热管理系统。
附图说明
其它特征、细节和优点将在以下详细描述和附图中显示，在附图中：
[图1]是根据本公开的热管理系统的图解回路布局，具有3个独立的冷却剂回路。
[图2]类似于图1，并且示出了在车辆冷起动的第一阶段期间的热管理系统的回路布局。
[图3]类似于图1，并且示出了在车辆冷起动的第二阶段期间在冷却剂回路之间进行热传递的热管理系统的回路布局。
[图4]类似于图1，并且示出了在冷却剂回路之间进行热传递的热管理系统的回路布局。
[图5]为系统框图。
[图6]示出了显示温度的时间图。
[图7]示出了在冷却剂回路之间进行热传递的热管理系统的回路布局的第二实施例。
[图8]示出了在冷却剂回路之间进行热传递的热管理系统的回路布局的第三实施例。
具体实施方式
附图和以下详细描述基本上包含一些精确的元件。这些元件可以用于增强对本公开的理解，并且如果必要的话，还可以用于限定本发明。
传统上，燃料电池驱动的车辆(比如轿车或卡车)包括一个或多个燃料电池堆12、高压氢罐(未示出)、蓄电池16、至少一个马达14、至少一个功率电子单元18和热管理系统20。
燃料电池堆12由多个单独的燃料电池构成。燃料电池包括夹在两个电极(即阳极和阴极)之间的电解质。在被广泛认为是最有前途的电池单体类型的聚合物电解质膜(PEM)燃料电池中，氢流向阳极，在那里，氢被分离成质子和电子。质子被允许穿过电解质到达阴极。然而，电子被迫遵循外部电路到达所述阴极。流经外部电路的电子流对应于可用于为车辆提供动力的电力。在阴极侧，氧气被从环境中抽取以与到达阴极处的质子和电子结合，从而形成水。
氢罐存储氢并向燃料电池提供氢。可替代地，混合动力车辆可以包括从液态碳氢化合物(比如甲醇或汽油)中提取氢的装置。然而，这需要从液态碳中提取氢，并且增加了车辆的成本和复杂性。
电动马达14使用由燃料电池堆12产生的电力，并将其转换成机械功率。电动马达14联接到车辆牵引轮，以向前推动车辆。可替代地，电动马达14可以充当发电机，例如当车辆下坡移动或制动时，并且将由牵引轮提供的机械功率转换成电力。
蓄电池16可包括堆叠成模块的多个蓄电池单体。该蓄电池可以是例如锂离子蓄电池、铅酸蓄电池或锂金属或锂聚合物蓄电池。蓄电池16存储电能。一方面，存储的电力可以来自燃料电池堆12。当车辆减速或下坡移动时，燃料电池堆12可以提供比电动马达14所需更多的电力。另一方面，存储的电力可以来自作为发电机的电动马达14。结果，当移动车辆所需的能量需求高于燃料电池堆12提供的能量时，例如在爬坡期间，存储在蓄电池16中的能量可以辅助或替代燃料电池堆12提供的能量。蓄电池16还可以用于起动车辆，特别是直到燃料电池12产生足够的电力来驱动车辆。
功率电子模块18根据驾驶条件和电力可用性来管理燃料电池堆12和蓄电池16的电力输出和输入。因此，功率电子模块18确保电动马达14具有足够的能量来驱动牵引轮。
要求热管理系统20消散由燃料电池堆12、蓄电池14和功率电子单元18产生的热量。
下文将对根据本发明的热管理系统20的部件进行更详细的描述。
如图1所示，根据本发明的热管理系统20包括三个独立的冷却回路L1、L2、L3。关于独立，应当理解的是，冷却回路L1、L2、L3中的每一个都是流体隔离的。第一冷却回路L1用于蓄电池16的连续温度均衡。第二冷却回路L2用于功率电子模块18的温度管理。第三冷却回路L3用于燃料电池堆12的加热和冷却。使用三个回路是有利的，因为它允许每个单独的回路L1、L2、L3将它们的相关联的部件保持在最佳的操作温度。
第一冷却回路L1包括联接到蓄电池16的第一基本回路22。第一基本回路22包括第一泵P1、吸热部分24、排热部分26和加热器40。因此，第一冷却剂C1可以流过第一基本回路22以连续吸收和排出热量。
第一冷却剂C1是一种适合用作热传递介质的液体。例如，第一冷却剂C1可以是载有乙二醇的水或乙二醇化的水。
如图5所示，第一泵P1由第一马达M1驱动。第一马达M1的操作由控制器82控制。控制器82从第一冷却回路L1内的温度传感器76接收温度数据。因此，马达M1驱动第一泵P1使第一冷却剂C1流过第一冷却回路L1。
吸热部分24描述了第一基本回路22与蓄电池16热耦合的区域。例如，吸热部分24可以蜿蜒穿过蓄电池16的电池单体和/或模块。这种构造增加了第一冷却剂C1热耦合到蓄电池16的面积。
排热部分26描述了第一基本回路12与散热器热耦合的区域。这里，第一冷却剂C1流过散热器以排出从蓄电池16提取的热量。散热器可以例如由冷却剂可以流过的金属通道组成。这些通道被布置成面向风扇30，该风扇30产生空气流以与流过散热器通道的第一冷却剂C1相互作用。风扇30例如可以是拉风扇或推风扇。如图4所示，风扇30由马达M30驱动。马达M30的操作由控制器82控制。
如图5所示，加热器40由控制器82驱动。加热器40例如可以是电加热器。控制器82从温度传感器76接收温度数据。因此，加热器40可以在必要时(例如在车辆的冷起动时)加热第一冷却剂C1。
第一冷却回路L1还包括辅助支路32。该辅助支路32将第一冷却回路L1链接到热交换器34。进入到辅助支路12中的第一冷却剂C1的流量由选择阀36(在这种情况下是三通阀)控制。如图5所示，三通阀36可以例如由控制器82控制。三通阀可以具有比例流量控制，并且可以控制通过辅助支路32的第一冷却剂C1的量。
第二冷却回路L2包括联接到功率电子模块18的第二基本回路42。第二基本回路42包括第二泵P2、吸热部分44和排热部分46。因此，第二冷却剂C2可以流过第二基本回路42，以连续吸收和排出热量。
第二冷却剂C2是一种适合用作热传递介质的液体。例如，第二冷却剂C2可以是载有乙二醇的水或乙二醇化的水。
如图5所示，第二泵P2由第二马达M2驱动。第二马达M2的操作由控制器82控制。控制器82从第二冷却回路L2内的温度传感器78接收温度数据。因此，马达M2驱动第二泵P2使冷却剂流过第二冷却回路L2。
吸热部分44描述了第二基本回路42与功率电子模块16热耦合的区域。例如，功率电子模块18可以安装在冷却板上，该冷却板上设置有第二冷却剂C2可以流过的通道。该板可以例如由金属材料制成，以便于从功率电子模块18到第二冷却剂C2的热交换。
排热部分46描述了第二基本回路42与散热器热耦合的区域。这里，第二冷却剂C2流过散热器以排出从功率电子模块18提取的热量。散热器可以例如由冷却剂可以流过的金属通道组成。这些通道可以布置成面向风扇30。使用单个风扇30减少了热管理系统20中涉及的部件数量，限制了其成本、尺寸和重量。
第二冷却回路L2还包括辅助支路50。辅助支路50将第二冷却回路L2链接到热交换器54。进入到辅助支路50中的第二冷却剂C2的流量由选择阀56(在这种情况下是三通阀)控制。如图5所示，三通阀56可以例如由控制器82控制。三通阀可以具有比例流量控制，并且可以控制通过辅助支路50的第二冷却剂C2的量。
第三冷却回路L3包括联接到燃料电池堆12的第三基本回路60。第三基本回路60包括第三泵P3、吸热部分62、排热部分64和选择性热传递装置4。因此，第三冷却剂C3可以流过第三基本回路60，以连续吸收和排出热量。
第三冷却剂C3是一种适合作为高效热传递介质的液体。例如，第三冷却剂C3可以是去离子冷却液体。因此，第三冷却剂特别适于燃料电池冷却。
如图4所示，第三泵P3由第三马达M3驱动。第三马达M3的操作由控制器82控制。控制器82从第三回路12内的温度传感器80接收温度数据。因此，第三马达M3可驱动第三泵P3，以使足够的第三冷却剂C3流过燃料电池堆12，从而保持理想的操作温度，这将在后面描述。
吸热部分62描述了第三基本回路60与燃料电池堆12热耦合的区域。例如，第三基本回路60可以蜿蜒穿过燃料电池。这种构造增加了第三冷却剂C3热耦合到燃料电池堆12的面积。
排热部分63描述了第三基本回路60与散热器热耦合的区域。这里，第三冷却剂C3流过散热器以排出从燃料电池堆12提取的热量。散热器可以例如由冷却剂可以流过的金属通道组成。这些通道可以布置成面向与第一冷却回路L1和第二冷却回路L2相同的风扇30，以进一步减小热管理系统的尺寸、重量和成本。
应当注意，第三回路L3的散热器位于风扇30产生的空气流下游。因此，来自风扇30的空气流在从第三冷却回路L3提取热量之前首先从第一冷却回路L1和第二冷却回路L2提取热量。实际上，第三冷却剂C3通常具有最高的温度，并将显著加热由风扇30提供的空气流。
选择性热传递装置4描述了第三冷却剂C3流过第一回路L1的热交换器34和第二回路L2的热交换器54的面积。这里，第一回路L1的热交换器34和第二回路L2的热交换器54平行放置。可替代地，热交换器34、54可以串联，或者位于第三冷却回路L3上的不同位置。
第三冷却回路L3还包括辅助支路84。辅助支路84绕过选择性热传递装置4和第三冷却回路L3的排热部分63。进入到辅助支路84中的第三冷却剂C3的流量由选择阀74(在这种情况下是三通阀)控制。如图4所示，三通阀56可以例如由控制器82控制。三通阀可以具有比例流量控制，并且可以控制通过辅助支路50的第三冷却剂C3的量。
第三冷却回路L3还包括支路70。支路70将第三冷却回路L3链接到加热、通风和冷却系统(HVAC)72，以管理车辆舱室内的温度。因此，热管理系统20可以参与舱室温度管理，从而减少HVAC系统所需的成本和部件。
现在将对热管理系统20的正常操作进行更详细的描述。
在正常操作条件下，第一冷却回路L1、第二冷却回路L2和第三冷却回路L3中的每一个均可相互独立地冷却它们的相关联部件。
在正常操作条件下，如图1所示，第三冷却回路L3的三通阀74在基本位置中。第三冷却剂C3流过基本回路60。此外，第一回路L1和第二回路L2的三通阀36、56在基本位置中。第一冷却剂C1和第二冷却剂C2没有流过第一回路L1和第二回路L2的辅助支路32、50。第一回路L1、第二回路L2和第三回路L3彼此完全隔离。对于完全隔离，应当理解为回路是流体隔离且热隔离的。
第一冷却回路L1内的温度传感器76测量代表蓄电池温度T16的温度。温度传感器76可以例如放置在流出蓄电池16的第一冷却剂附近。如图6所示，蓄电池温度T16波动。这是因为需要蓄电池16为车辆的电动马达14提供或存储能量。
温度传感器76向控制器82发送数据。控制器82可以验证蓄电池16在操作温度范围内，这里在30℃和40℃之间。控制器82进一步验证蓄电池温度T16是高于还是低于操作温度范围。
在蓄电池温度T16高于其操作温度范围的情况下，控制器82可驱动第一马达M1，以增加通过蓄电池16的冷却剂C1的流量。此外，控制器82可以驱动马达风扇30以增加第一回路L1的排热部分26处的热交换。在蓄电池温度T16低于其操作温度范围的情况下，控制器82可以驱动第一马达M1以减少通过蓄电池16的冷却剂C1的流量。可替代地或附加地，控制器82可以启动加热器40来加热第一冷却剂C1温度，如在稍后描述的车辆冷起动中。
同时，第二冷却回路L2内的温度传感器78测量代表功率电子模块温度T18的温度。温度传感器78可以例如放置在流出功率电子模块18的第一冷却剂附近。如前所述，电子模块温度T18波动。温度T18通常高于蓄电池16的温度，因为功率电子模块18在操作期间会产生更多的热量。
温度传感器78向控制器82发送数据。控制器82可以验证功率电子模块18在操作温度范围内，这里是在50℃和60℃之间。控制器82进一步验证功率电子模块温度T18是高于还是低于其操作温度范围。
在功率电子模块温度T18高于其操作温度范围的情况下，控制器82可驱动第二马达M2，以增加通过功率电子模块18的冷却剂C2的流量。此外，控制器82可以更快地驱动风扇30，以增加第二回路L3的排热部分46处的热交换。类似地，在功率电子模块温度T18低于其操作温度范围的情况下，控制器82可以驱动第二马达M2以减少通过功率电子模块18的冷却剂C2的流量。
同时，第三冷却回路内的温度传感器80测量代表燃料电池堆12的温度T12的温度。温度传感器80可以例如放置在流出燃料电池堆12的第一冷却剂附近。如图3所示，燃料电池堆温度T12波动。这是因为需要燃料电池堆12为车辆的电动马达14提供能量。
温度传感器80向控制器82发送数据。控制器82可以验证燃料电池堆12在其操作温度范围内，这里在60℃和70℃之间。较高的操作温度范围是由于燃料电池中发生的反应，这些反应产生大量的热量。控制器82进一步验证燃料电池堆12的温度T12是高于还是低于其操作温度范围。
在燃料电池堆温度T12高于其操作温度范围的情况下，控制器82可驱动第三马达M3，以增加通过燃料电池堆12的冷却剂C3的流量。此外，控制器82可以更快地驱动风扇30，以增加第三回路L3的排热部分66处的热交换。类似地，在燃料电池堆温度T12低于其操作温度范围的情况下，控制器82可以驱动第三马达M3以减少通过燃料电池堆12的冷却剂C3的流量。可替代地或附加地，三通阀可以被置于激活位置。所有或部分第三冷却剂C3可流过辅助支路84，如在车辆冷起动期间所描述的。
将更详细地描述燃料电池堆12达到高于其最佳范围的温度的条件。
如图6所示，在T3时，燃料电池堆温度传感器80测得燃料电池堆温度T12高于其操作温度范围。在这种情况下，第三冷却回路L3不能提取足够的热量来使燃料电池堆温度T12回到其操作范围内。这又会损坏燃料电池堆12。
控制器82可将第一冷却回路L1和第二冷却回路L2的三通阀36、56都转变到激活位置。在激活位置，如图4所示，第一冷却剂C1和第二冷却剂C2的流穿过辅助支路32、50。因此，第三回路L3通过热交换器34、54热耦合到第一回路L1的辅助支路32和第二回路L2的辅助支路50。因此，第三冷却剂C3可将热量排到第一冷却回路L1和第二冷却回路L2中。
可替代地，控制器82可将三通阀36、56中的一个转变到激活位置。控制器82将三通阀36、56中的一个或两个置于激活位置的决定可以基于相对于蓄电池16和功率电子模块18的温度的燃料电池堆12的温度T12。通常，控制器82可以转变三通阀36、56中的一个或两个，以将蓄电池16和功率电子模块18中的每一个保持在其各自的操作温度范围内。
此外，控制器82可仅部分地将三通阀36、56中的一个或两个转变到激活位置。因此，控制器82可以精确地调节从第三冷却剂C3排到第一冷却剂C1和/或第二冷却剂C2中的热量。这使得能够精细控制每个冷却回路L1、L2、L3之间的热交换。
应当注意，控制器82还可基于其它预定条件将第一冷却回路L1和第二冷却回路L2的三通阀36、56中的一个或两个转变到激活位置。例如，温度传感器76、78、80可以分别放置在第一冷却回路、第二冷却回路和第三冷却回路中的不同位置处。温度传感器76、78、80然后可以在冷却剂C1、C2、C3流过车辆部件之前和/或在流过排热部分26、46、63之前测量这些冷却剂C1、C2、C3的温度。
如图6所示，将三通阀36、56中的一个或两个改变到激活位置使得第三冷却回路L3能够快速返回其操作温度范围。因此，第三冷却回路L3与冷却回路L1、L2中的一个或两个的联接使得能够对第三回路L3进行温度控制。当第三冷却回路L3返回到其操作温度范围内时，热管理系统20返回到其正常操作状态。
有利地，使用热交换器34、54降低燃料电池堆12的温度降低了第三冷却回路L3通过风扇30和排热部分66的排热要求。因此，可以缩小第三冷却回路L3的尺寸，降低整个热管理系统20的尺寸、成本和重量。
现在将对车辆的冷起动进行更详细的描述。
如图6所示，在T0和T2之间，燃料电池车辆的每个部件必须提高其温度，以达到其理想操作温度。这对应于车辆的冷起动。
图2示出了T0和T1之间的第一加热阶段。这里，控制器82将第三冷却回路L3的三通阀74转变到激活位置。第三冷却剂C3流过辅助支路84。因此，第三冷却剂C3绕过第三冷却回路L3的排热部分63。此外，燃料电池12在操作期间产生大量的热。因此，燃料电池堆12迅速达到其操作温度。此外，控制器82激活第一冷却回路L2的加热器40。这有利于蓄电池16的快速升温。
在图3中示出了在T1和T2之间的第二加热阶段。这里，控制器82已经将第三冷却回路L3的三通阀74返回到基本位置。第三冷却剂C3流过基本回路60，特别是流过热交换器34。控制器82进一步将第一冷却回路L1的三通阀36转变到激活位置。第一冷却剂C1流过辅助支路32。因此，第三回路L3通过热交换器34热耦合到第一冷却回路L1的辅助支路32。第一冷却剂C1从第三冷却剂C3吸收热量。这减少了蓄电池16达到其操作温度范围所需的时间。因此，使用热交换器34来提高蓄电池温度降低了对加热器40的要求。因此，可以缩小第一冷却回路L1的尺寸，降低整个热管理系统20的尺寸、成本和重量。
该实施例的描述是用于描述本发明的示例，并不限制权利要求中描述的发明。
在图7所示的替代实施例中，加热器40位于第一冷却回路L1的辅助支路32上。辅助支路32进一步绕过第一冷却回路L1的排热部分26。因此，辅助支路32优化了蓄电池32的加热。同时，由于蓄电池16相对于燃料电池堆12的较低操作温度范围，热交换器34仍可用于燃料电池堆12的冷却。
在另一替代实施例中，如图8所示，加热器40置于第一冷却回路L1的辅助支路32上。热交换器34放置在第一冷却回路L1的基本回路22上。因此，在车辆冷起动期间，加热器40可以单独用于加热蓄电池12。第一冷却回路L1的基本回路22因此更好地适于对燃料电池堆12的冷却。

Claims (15)

1.一种用于车辆的热管理系统，所述车辆包括至少一个燃料电池，所述系统包括：
-第一冷却回路(L1)，所述第一冷却回路(L1)填充有第一冷却剂(C1)，所述第一冷却回路(L1)具有至少第一泵(P1)，
-第二冷却回路(L2)，所述第二冷却回路(L2)填充有第二冷却剂(C2)，所述第二冷却回路(L2)具有至少第二泵(P2)，
-第三冷却回路(L3)，所述第三冷却回路(L3)填充有第三冷却剂(C3)，所述第三冷却回路(L3)具有至少第三泵(P3)，
其中，所述第一冷却回路、所述第二冷却回路和所述第三冷却回路彼此流体独立，
其中，至少设置了选择性热交换器装置(4)，以用于在预定条件下选择性地将所述第三冷却回路与所述第一冷却回路和/或与所述第二冷却回路热耦合。
2.根据权利要求1所述的热管理系统，其中：
-所述第一冷却回路(L1)包括第一基本回路(22)和第一辅助支路(32)，第一选择阀(36)被构造成在基本位置中将所述第一辅助支路与所述第一基本回路隔离，并且所述第一选择阀(36)被构造成在激活位置中将第一冷却剂流的全部或一部分偏离到所述第一辅助支路中，
其中，所述选择性热交换器装置(4)包括布置在所述第一辅助支路上的第一热交换器(34)，以用于当所述第一选择阀在所述激活位置中时将所述第一冷却回路与所述第三冷却回路热耦合。
3.根据权利要求1或2所述的热管理系统，其中：
-所述第二冷却回路(L2)包括第二基本回路(42)和第二辅助支路(50)，第二选择阀(56)被构造成在基本位置中将所述第二辅助支路与所述第二基本回路隔离，并且所述第二选择阀(56)被构造成在激活位置中将第二冷却剂流的全部或一部分偏离到所述第二辅助支路中，
其中，所述选择性热交换器装置包括布置在所述第二辅助支路上的第二热交换器(54)，以用于当所述第二选择阀在所述激活位置中时将所述第二冷却回路与所述第三冷却回路热耦合。
4.根据权利要求2和3所述的热管理系统，其中：
-所述第一冷却剂(C1)具有第一操作温度范围，
-所述第二冷却剂(C2)具有第二操作温度范围，
-所述第三冷却剂(C3)具有第三操作温度范围，
其中，所述第一操作温度范围低于所述第二操作温度范围，并且所述第二操作温度范围低于所述第三操作温度范围。
5.根据权利要求4所述的热管理系统，其中，当所述第三冷却剂(C3)在所述第三操作温度范围之外时，所述第一选择阀(36)或所述第二选择阀(56)切换到激活位置。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的热管理系统，其中：所述第三冷却回路包括第三基本回路(60)和辅助支路(84)，设置了第三选择阀(74)，所述第三选择阀(74)被构造成在激活位置中将第三冷却剂流的一部分从所述第三基本回路(60)偏离到所述第三辅助支路(84)。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的热管理系统，其中，所述第三冷却回路冷却和/或加热所述一个或多个燃料电池(12)和/或向所述车辆的舱室(72)供暖。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的热管理系统，其中，所述第二冷却回路冷却和/或加热功率电子模块(18)。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的热管理系统，其中，所述第一冷却回路冷却和/或加热电力存储装置，诸如蓄电池(16)。
10.根据权利要求2、3和6所述的热管理系统，其中：所述第一选择阀、所述第二选择阀和所述第三选择阀是三通阀，优选地是比例流量控制三通阀。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的热管理系统，其中，在每个冷却回路中设置有吸热部分(24、44、62)和排热部分(26、46、63)。
12.根据权利要求11所述的热管理系统，其中，空气流被构造成依次流过：
-所述第一冷却回路(L1)的排热部分(26)，
-所述第二冷却回路(L2)的排热部分(46)，以及
-所述第三冷却回路的排热部分(63)。
13.根据权利要求1至11中的任一项所述的热管理系统，其中，所述第一冷却回路包括电加热器(40)，所述电加热器(40)被构造成加速蓄电池温度上升。
14.一种用于车辆的热管理的方法，所述车辆包括前述权利要求中的任一项所述的热管理系统，所述方法包括：
-确定所述第三冷却回路(L3)的温度，
-确定所述第三冷却回路的温度是否高于操作温度范围，
-如果所述第三冷却回路(L3)高于所述操作温度范围，则构造所述选择性热交换器装置(4)以用于在预定条件下选择性地将所述第三冷却回路与所述第一冷却回路和/或与所述第二冷却回路热耦合。
15.一种车辆，包括燃料电池(12)和蓄电池(16)、功率电子模块(18)、以及根据权利要求1至11中的任一项所述的热管理系统，其中所述燃料电池(12)和蓄电池(16)为所述车辆的电动马达(14)提供动力，所述功率电子模块(18)控制从所述燃料电池和所述蓄电池到所述电动马达的电力供应。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220152604A (ko) * 2021-05-10 2022-11-17 현대자동차주식회사 차량의 열관리 시스템
CN113246801B (zh) * 2021-05-12 2022-05-03 中国第一汽车股份有限公司 一种燃料电池汽车整车热管理系统
KR20230013195A (ko) * 2021-07-15 2023-01-26 현대자동차주식회사 차량의 통합 열관리 회로
EP4152449A1 (en) * 2021-09-21 2023-03-22 Ford Global Technologies, LLC Systems and methods for controlling a cooling system of a vehicle
WO2024047171A2 (en) * 2022-08-31 2024-03-07 Brp-Rotax Gmbh & Co. Kg System and method for temperature management system for a fuel cell unit
FR3142125A1 (fr) * 2022-11-21 2024-05-24 Renault S.A.S. Système et procédé de gestion thermique d’un véhicule automobile comprenant une chaîne d’entraînement électrique et une pile à combustible
CN116811522B (zh) * 2023-07-05 2024-07-30 一汽解放汽车有限公司 整车热管理系统及整车热管理系统的控制方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4327261C1 (de) * 1993-08-13 1994-10-13 Daimler Benz Ag Kühlmittelkreislauf
US6394207B1 (en) 2000-02-16 2002-05-28 General Motors Corporation Thermal management of fuel cell powered vehicles
DE102007054246A1 (de) * 2007-11-14 2009-05-20 Daimler Ag Brennstoffzellenantrieb für ein Kraftfahrzeug
KR20130064431A (ko) * 2011-12-08 2013-06-18 현대자동차주식회사 연료전지 차량의 냉각시스템
US20160023532A1 (en) * 2014-07-25 2016-01-28 Atieva, Inc. EV Integrated Temperature Control System
KR101637767B1 (ko) * 2014-12-08 2016-07-07 현대자동차주식회사 냉각수 바이패스 구조
DE102015015635A1 (de) * 2015-12-02 2017-06-08 Daimler Ag Brennstoffzellenanordnung, Verfahren zum Betrieb einer solchen Brennstoffzellenanordnung und Verwendung einer solchen Brennstoffzellenanordnung
JP6897489B2 (ja) * 2017-10-23 2021-06-30 トヨタ自動車株式会社 燃料電池車

Also Published As

Publication number Publication date
US20230104670A1 (en) 2023-04-06
WO2021170213A1 (en) 2021-09-02
EP4110631A1 (en) 2023-01-04

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