CN116278586A - 燃料电池汽车热管理系统及方法 - Google Patents

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Abstract

燃料电池汽车热管理系统，包括空调制冷循环、动力系统冷却循环、燃料电堆温控循环、空调暖风电池加热循环、动力电池温控循环和控制器，空调制冷循环与动力电池温控循环连接，为动力电池温控循环散热，空调暖风电池加热循环与动力电池温控循环连接为动力电池温控循环提供热量，燃料电堆温控循环与空调暖风电池加热循环连接，为空调暖风电池加热循环提供热量，燃料电堆温控循环、空调暖风电池加热循环和动力电池温控循环从前至后依次就近设置。本发明对整车热管理循环进行整合集成设计，将部件冷却和加热需求根据温度及热量控制特性进行分类集成，减小热管理系统中的循环数量，实现燃料电池汽车不同环境工况下的整车热管理，避免热管理系统冗余。

Description

燃料电池汽车热管理系统及方法
技术领域
本发明涉及一种燃料电池汽车热管理系统及方法，属于燃料电池汽车热管理技术领域。
背景技术
氢能是集中式可再生能源大规模长周期储存的最佳途径，其中燃料电池汽车是氢能利用的先导领域，其使命是带动氢能的全面发展。燃料电池汽车的动力系统零部件多，结构复杂，废气带走热量较小，大量的热量需要通过冷却系统带出，此外在较低环境温度和冷启动的时候，为维持适宜的反应温度需要通过加热设施对系统进行加热，因此相应热管理系统是影响其性能的关键系统，也是技术开发的难点。
燃料电池汽车在实际运行过程中，涉及到有散热需求的部件主要包括燃料电堆、燃料电池空压机、燃料电池中冷器、燃料电池DC/DC、动力电池系统、驱动电机、驱动系统控制器、空调等，涉及到取暖的主要包括冬季乘员舱取暖除霜、冬季动力电池保温、燃料电池低温启动暖机升温等，燃料电池汽车的散热和取暖需求较多，且差异较大，而当前燃料电池汽车热管理与空调系统、动力电池温控系统、整车电驱动冷却循环为解耦状态，由于缺少相应综合热管理系统，燃料电池热管理系统较为分散，这造成了整车热管理系统零部件非常臃肿且部分零部件重复布置，同时大量的电堆余热无法得到利用而被浪费，不利于节省布置空间和综合控制。
检索到的相关专利文献：
1.CN202210043454.1-插电式燃料电池混合动力汽车热管理系统及其控制方法；
2.CN202210942980.1-一种燃料电池汽车整车热管理系统及控制方法；
3.CN202211201567.6-一种氢燃料电池汽车热管理系统及方法；
4.CN202211346144.3-一种燃料电池汽车热管理系统及汽车；
5.CN202222760680.X-一种氢能源电动汽车热管理系统。
发明内容
本发明提供的燃料电池汽车热管理系统及方法，将部件冷却和加热需求根据温度及热量控制特性进行分类集成，减小热管理系统中的循环数量，减化管路结构，减小部件数量，提高热管理系统运行效率并有效减小热管理系统的空间体积，提高散热效率，提升热管理水平，降低整车能耗，优化散热系统的工作模式，实现燃料电池汽车在低温启动、冬季取暖和正常散热等不同环境工况下的整车热管理，节省整车能量利用，提高整车动力经济性，避免热管理系统冗余。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
燃料电池汽车热管理系统，其特征在于：包括为乘员舱空调制冷和动力电池冷却提供支持的空调制冷循环、为整车动力系统中散热需求小且冷却液温度要求接近的需冷却部件提供散热支持的动力系统冷却循环、为燃料电堆提供温控支持的燃料电堆温控循环、为空调暖风及动力电池加热提供热量的空调暖风电池加热循环、为动力电池提供温控支撑的动力电池温控循环和对整个热管理系统的运行进行协调控制的控制器，空调制冷循环与动力电池温控循环连接，为动力电池温控循环散热，空调暖风电池加热循环与动力电池温控循环连接为动力电池温控循环提供热量，燃料电堆温控循环与空调暖风电池加热循环连接，为空调暖风电池加热循环提供热量，燃料电堆温控循环、空调暖风电池加热循环和动力电池温控循环从前至后依次就近设置。
优选的，所述的燃料电堆温控循环包括依次串联形成回路的散热器一、过滤器、电子水泵一和燃料电堆散热水套，由整车电源供电的电加热器一并联在电子水泵一和燃料电堆散热水套的连接管路上，电加热器一的进水口与电子水泵一的进水口连接并与空调暖风电池加热循环的出水口连接，电加热器一的出水口与燃料电堆散热水套的出水口连接并与空调暖风电池加热循环的进水口连接，散热器一的进水口通过去离子罐连接补液壶一。
优选的，所述的电加热器一的进水口连接四通阀，电加热器一的出水口连接三通阀一，四通阀连接在过滤器和电子水泵一之间并连接空调暖风电池加热循环的出水口与电加热器一的进水口，三通阀一连接燃料电堆散热水套的出水口和空调暖风电池加热循环的进水口，通过四通阀和三通阀一控制燃料电堆温控循环与空调暖风电池加热循环的通断，并调节空调暖风电池加热循环中的工质流量。
优选的，所述的空调暖风电池加热循环包括与三通阀一连接的三通阀二、与四通阀连接的三通阀三、暖风芯体和与动力电池温控循环连接的双Chiller加热通道，暖风芯体串联在三通阀二和三通阀三之间，动力电池温控循环通过双Chiller加热通道与暖风芯体并联，三通阀二调节流入暖风芯体和动力电池温控循环的工质流量，三通阀三调节流出暖风芯体和动力电池温控循环的工质流量。
优选的，所述的空调暖风电池加热循环还包括进水口与三通阀三（404）连接的电子水泵二，电子水泵二与燃料电堆温控循环共用电加热器一，电子水泵二、电加热器一和暖风芯体串联形成回路；或者电子水泵二上串联由整车电源供电的电加热器二，电子水泵二、电加热器二和暖风芯体串联形成回路，电子水泵一和电水子泵二的进水口分别连接补液壶一。
优选的，所述的动力电池温控循环包括依次串联形成回路的电子水泵三、动力电池水套和双Chiller，双Chiller分别与空调暖风电池加热循环和空调制冷循环连接，双Chiller与电子水泵三之间的管路上装有传感器一，电子水泵三的进水口和动力电池水套的出水口分别连接补液壶二。
优选的，空调制冷循环包括压缩机、前端冷凝器、空调蒸发器、与动力电池温控循环连接的双Chiller制冷通道，压缩机、前端冷凝器、和空调蒸发器依次串联形成回环，动力电池温控循环通过双Chiller制冷通道与空调蒸发器并联，空调蒸发器的入水口连接调节工质流量的电子膨胀阀一，双Chiller制冷通道的入水口连接调节工质流量的电子膨胀阀二，压缩机与前端冷凝器之间的管路上装有传感器二。
优选的，所述的动力系统冷却循环包括依次串联形成回路的散热器二、电子水泵四、电控系统散热水套、电机散热水套和电堆中冷器，电子水泵四的进水口散热器二的进水口分别连接补液壶三，燃料电堆附件散热水套并联在电堆中冷器上，通过三通阀四连接燃料电堆附件散热水套进水口、电堆中冷器的进水口和电机散热水套的出水口，以调节流入电堆附件散热水套和电堆中冷器中的工质流量。
优选的，所述的前端冷凝器与散热器二前后并排设置，且在散热器二后侧设置风扇一，散热器一后侧设置风扇二；或者前端冷凝器与散热器二并列设置于散热器一前侧且在散热器一后侧设置风扇二。
燃料电池汽车热管理方法，采用以上所述的燃料电池车热管系统进行热管理，其特征在于，
混动模式下：
燃料电堆开启运行，若车辆启动后检测环温度低于燃料电堆工作温度下限，控制器控制燃料电堆温控循环运行对燃料电堆进行加热；当燃料电堆温度高于其工作温度下限则关闭燃料电堆温控循环；燃料电堆正常工作后启动动力系统冷却循环为整车散热系统提供散热支持；当动力电池需要加热和/或空调需要采暖时，控制器控制燃料电堆温控循环与空调暖风电池加热循环联通运行，为动力电池加热和/或空调暖风提供热量；
当空调需要制冷和/或动力电池需要降温时，控制器控制空调制冷循环运行，为空调制冷和/或动力电池降温提供支持；
纯电模式下：
燃料电堆不启动，当动力电池需要加热和/或空调需要采暖时，控制器控制空调暖风电池加热循环运行，为动力电池加热和/或空调暖风提供热量；
当空调需要制冷和/或动力电池需要降温时，控制器控制空调制冷循环运行，为空调制冷和/或动力电池降温提供支持。
发明的有益效果是：
本发明的燃料电池汽车热管理系统对整车热管理循环进行整合集成设计，将整车电控系统、动力电机、燃料电堆附件、水空中冷等散热需求小且冷却液温度要求接近的需冷却部件的冷却管路集成在动力系统冷却循环中，将乘员舱空调制冷和动力电池冷却的冷却管路集成在空调制冷循环中，将为燃料电堆的提供温控支持的温控管路集成在燃料电堆温控循环中，将为空调暖风及动力电池加热提供热量的加热管路集成在空调暖风电池加热循环，将为动力电池温度控制提供支撑的温控管路集成在动力电池温控循环中，将部件冷却和加热需求根据温度及热量控制特性进行分类集成，减小热管理系统中的循环数量，减化管路结构，减小部件数量，在满足整车动力系统散热要求及乘员舱制冷采暖、动力电池加热冷却的热管理目标要求，使各部件可靠稳定运行的基础上，提高热管理系统运行效率并有效减小热管理系统的空间体积，以降低热管理系统在车内的空间占用率；将空调暖风电池加热循环与燃料电堆温控循环进行连接控制，燃料电堆温控循环、空调暖风电池加热循环和动力电池温控循环形成就近集中布置，减少燃料电堆的大温差散热，实现利用燃料电池余热对空调取暖及动力电池加热，实现热量和冷量的高效利用，提高散热效率，提升热管理水平，降低整车能耗，优化散热系统的工作模式，实现燃料电池汽车在低温启动、冬季取暖和正常散热等不同环境工况下的整车热管理，节省整车能量利用，提高整车动力经济性，避免热管理系统冗余。
附图说明
图1为燃料电堆温控循环和空调暖风电池加热循环共用电加热器一时燃料电池汽车热管理系统的管路结构图。
图2为空调暖风电池加热循环中具有独立的电加热器二时空调暖风电池加热循环的管理结构图。
图3为燃料电池汽车热管理系统中的一种前端散热结构。
图4为燃料电池汽车热管理系统中的另一种前端散热结构。
实施方式
下面结合图1~4对本发明的实施例做详细说明。
燃料电池汽车热管理系统，其特征在于：包括为乘员舱空调制冷和动力电池冷却提供支持的空调制冷循环100、为整车动力系统中散热需求小且冷却液温度要求接近的需冷却部件提供散热支持的动力系统冷却循环200、为燃料电堆提供温控支持的燃料电堆温控循环300、为空调暖风及动力电池加热提供热量的空调暖风电池加热循环400、为动力电池提供温控支撑的动力电池温控循环500和对整个热管理系统的运行进行协调控制的控制器800，空调制冷循环100与动力电池温控循环500连接，为动力电池温控循环500散热，空调暖风电池加热循环400与动力电池温控循环500连接为动力电池温控循环500提供热量，燃料电堆温控循环300与空调暖风电池加热循环400连接，为空调暖风电池加热循环400提供热量，燃料电堆温控循环300、空调暖风电池加热循环400和动力电池温控循环500从前至后依次就近设置。
以上所述的燃料电池汽车热管理系统对整车热管理循环进行整合集成设计，将整车电控系统、动力电机、燃料电堆附件、水空中冷等散热需求小且冷却液温度要求接近的需冷却部件的冷却管路集成在动力系统冷却循环100中，将乘员舱空调制冷和动力电池冷却的冷却管路集成在空调制冷循环200中，将为燃料电堆的提供温控支持的温控管路集成在燃料电堆温控循环300中，将为空调暖风及动力电池加热提供热量的加热管路集成在空调暖风电池加热循环400，将为动力电池温度控制提供支撑的温控管路集成在动力电池温控循环500中，将部件冷却和加热需求根据温度及热量控制特性进行分类集成，减小热管理系统中的循环数量，减化管路结构，减小部件数量，在满足整车动力系统散热要求及乘员舱制冷采暖、动力电池加热冷却的热管理目标要求，使各部件可靠稳定运行的基础上，提高热管理系统运行效率并有效减小热管理系统的空间体积，以降低热管理系统在车内的空间占用率；将空调暖风电池加热循环与燃料电堆温控循环进行连接控制，燃料电堆温控循环300、空调暖风电池加热循环400和动力电池温控循环500形成就近集中布置，减少燃料电堆的大温差散热，实现利用燃料电池余热对空调取暖及动力电池加热，实现热量和冷量的高效利用，提高散热效率，提升热管理水平，降低整车能耗，优化散热系统的工作模式，实现燃料电池汽车在低温启动、冬季取暖和正常散热等不同环境工况下的整车热管理，节省整车能量利用，提高整车动力经济性，避免热管理系统冗余。
其中，所述的燃料电堆温控循环300包括依次串联形成回路的散热器一302、过滤器305、电子水泵一301和燃料电堆散热水套306，由整车电源供电的电加热器一303并联在电子水泵一301和燃料电堆散热水套306的连接管路上，电加热器一303的进水口与电子水泵一301的进水口连接并与空调暖风电池加热循环400的出水口连接，电加热器一303的出水口与燃料电堆散热水套306的出水口连接并与空调暖风电池加热循环400的进水口连接，散热器一302的进水口通过去离子罐304连接补液壶一308。散热器一302、过滤器305、电子水泵一301和燃料电堆散热水套306串联形成燃料电堆的散热回路，电加热器一303并联在电子水泵一301和燃料电堆散热水套306的连接管路上，形成电加热器一303、电子水泵一301和燃料电堆散热水套306依次串联的加热回路，当燃料电堆处于低温无法正常启动时通过上述加热回路使燃料电堆升温，使其可正常启动运行，燃料电堆正常运行后散热器一302、过滤器305、电子水泵一301和燃料电堆散热水套306组成的散热回路为燃料电堆的散热提供支持，将燃料电堆的温度控制在工作温度范围内，空调制冷循环200为整车动力系统中散热需求小且冷却液温度要求接近的需冷却部件提供散热支持。
其中，所述的电加热器一303的进水口连接四通阀307，电加热器一303的出水口连接三通阀一309，四通阀307连接在过滤器305和电子水泵一301之间并连接空调暖风电池加热循环400的出水口与电加热器一303的进水口，三通阀一309连接燃料电堆散热水套306的出水口和空调暖风电池加热循环400的进水口，通过四通阀307和三通阀一309控制燃料电堆温控循环300与空调暖风电池加热循环400的通断，并调节空调暖风电池加热循环400中的工质流量。三通阀一309调节空调暖风电池加热循环400的进液流量，四通阀307调节空调暖风电池加热循环400的出液流量，控制器800对四通阀307和三通阀一309进行控制，以实现空调暖风电池加热循环400中工质的调节，调节空调暖风电池加热循环400中的工质流量满足空调取暖及动力电池加热所需热量。
其中，所述的空调暖风电池加热循环400包括与三通阀一309连接的三通阀二403、与四通阀307连接的三通阀三404、暖风芯体402和与动力电池温控循环500连接的双Chiller加热通道，暖风芯体串联在三通阀二403和三通阀三404之间，动力电池温控循环500通过双Chiller加热通道与暖风芯体402并联，三通阀二403调节流入暖风芯体402和动力电池温控循环500的工质流量，三通阀三404调节流出暖风芯体402和动力电池温控循环500的工质流量。暖风芯体402与连接动力电池温控循环500的双Chiller加热通道通过三通阀二403并联，通过三通阀二403和三通阀三404对暖风芯体402和动力电池温控循环500中的工质流量进行控制以实现对空调取暖动力电池加热的功率控制，实现空调取暖及动力电池加热对燃料电堆余热的充分利用，低温环境下动力电池加热及乘员舱采暖热量利用燃料电堆产生余热，有利于节能增程，提高整车动力经济性，避免热管理系统冗余。
其中，所述的空调暖风电池加热循环400还包括进水口与三通阀三404连接的电子水泵二401，电子水泵二401与燃料电堆温控循环300共用电加热器一303，电子水泵二401、电加热器一303和暖风芯体402串联形成回路；或者电子水泵二401上串联由整车电源供电的电加热器二405，电子水泵二401、电加热器二405和暖风芯体402串联形成回路，电子水泵一301和电水子泵二401的进水口分别连接补液壶一308。在空调暖风电池加热循环400与燃料电堆温控循环300共用电加热器一303时，电子水泵二401、电加热器一303和暖风芯体402串联形成回路，在燃料电堆不启动时，空调暖风或动力电池加热需要开启时，则利用电加热器一303提供加热热量，通过电子水泵二401为空调暖风电池加热循环400提供传热工质，调节电加热器一303的加热功率以调节空调暖风电池加热循环400的加热功率，而暖风芯体402及动力电池温控循环500加热功率的分配通过控制三通阀二403和三通阀三404进行工质流量调节；在空调暖风电池加热循环400具有独立的电加热器二405时，电子水泵二401、电加热器二405和暖风芯体402串联形成回路，在燃料电堆不启动时，空调暖风或动力电池加热需要开启时，则利用电加热器二405提供加热热量，通过电子水泵二401为空调暖风电池加热循环400提供传热工质流动，调节电加热器二405的加热功率以调节空调暖风电池加热循环400的加热功率，而暖风芯体402及动力电池温控循环500加热功率的分配通过控制三通阀二403和三通阀三404进行工质流量调节。
其中，所述的动力电池温控循环500包括依次串联形成回路的电子水泵三501、动力电池水套502和双Chiller503，双Chiller503分别与空调暖风电池加热循环400和空调制冷循环100连接，双Chiller503与电子水泵三501之间的管路上装有传感器一505，电子水泵三501的进水口和动力电池水套502的出水口分别连接补液壶二504。电子水泵三501、动力电池水套502和双Chiller503形成的回路对动力电池的进行温度控制，控制器800根据温度传感器一505的实时传输数据控制三通阀二403和三通阀三404进行工质流量调节，以调整双Chiller503加热功率，实现对动力电池进行温度控制。双Chiller是指具有加热通道和制冷通道的双路板式冷热集成换热器，双Chiller加热通道是指双路板式冷热集成换热器的加热通道。
其中，空调制冷循环100包括压缩机101、前端冷凝器102、空调蒸发器104、与动力电池温控循环500连接的双Chiller制冷通道，压缩机101、前端冷凝器102、和空调蒸发器104依次串联形成回环，动力电池温控循环500通过双Chiller制冷通道与空调蒸发器104并联，空调蒸发器104的入水口连接调节工质流量的电子膨胀阀一103，双Chiller制冷通道的入水口连接调节工质流量的电子膨胀阀二105，压缩机101与前端冷凝器102之间的管路上装有传感器二109。空调制冷循环100为乘员舱空调制冷和动力电池冷却提供制冷支持，当空调需要制冷和/或动力电池需要降温时，控制器800控制空调制冷循环100运行，为空调制冷和/或动力电池降温提供支持，开启压缩机101，通过控制器800控制电子膨胀阀一103和电子膨胀阀二105分别调节空调蒸发器104和双Chiller503制冷量。压缩机101转速参数通过控制器800根据制冷量需求进行调节。双Chiller制冷通道是指双路板式冷热集成换热器的制冷通道。
其中，所述的动力系统冷却循环200包括依次串联形成回路的散热器二202、电子水泵四201、电控系统散热水套203、电机散热水套204和电堆中冷器205，电子水泵四201的进水口散热器二202的进水口分别连接补液壶三207，燃料电堆附件散热水套206并联在电堆中冷器205上，通过三通阀四208连接燃料电堆附件散热水套206进水口、电堆中冷器205的进水口和电机散热水套204的出水口，以调节流入电堆附件散热水套206和电堆中冷器205中的工质流量。动力系统冷却循环200为整车动力系统中散热需求小且冷却液温度要求接近的需冷却部件提供散热支持，将部件冷却和加热需求根据温度及热量控制特性进行分类集成，对所述燃料电堆附件、电堆中冷器、整车驱动电机、电控系统等利用管路进行串并联连接，减小热管理系统中的循环数量，减化管路结构，减小部件数量，在满足整车动力系统散热要求及乘员舱制冷采暖、动力电池加热冷却的热管理目标要求。
其中，所述的前端冷凝器102与散热器二202前后并排设置，且在散热器二202后侧设置风扇一601，散热器一302后侧设置风扇二602；或者前端冷凝器102与散热器二202并列设置于散热器一302前侧且在散热器一302后侧设置风扇二602。燃料电池汽车热管理系统的前端散热有两种结构，一种是包括前端冷凝器102与散热器二202前后并排设置，且在散热器二202后侧设置风扇一601，散热器一302后侧设置风扇二602，分别通过风扇一601为前端冷凝器102和散热器二202提供冷却风量，风扇二602为散热器一302提供冷却风量，如图3所示；另一种是前端冷凝器102与散热器二202并列设置于散热器一302前侧且在散热器一302后侧设置风扇二602，由风扇二602为前端冷凝器102、散热器二202和散热器一302提供冷却风量，如图4所示；风扇一601和风扇二602参数通过控制器800根据制冷量需求进行调节。
下面详细说明的以上所述的燃料电池汽车热管理系统的工作原理：
a、环境温度较高时(如夏季)
各种部件都处于散热需求中，燃料电堆将热量通过散热器一302进行散热，其他部件将热量通过散热器二202进行散热，空调系统通过前端冷凝器102进行散热。
其中，空调暖风电池加热循环400回路通过控制三通阀一309和四通阀307进行关闭，电加热器一303所在的回路通过控制四通阀307关闭。
空调需要制冷或动力电池需要降温时，开启压缩机101，控制器800控制电子膨胀阀二105和电子膨胀阀一103开度，并根据传感器二109实时感应值控制压缩机101转速、风扇601转速来调节空调制冷循环100制冷功率，并通过控制电子膨胀阀一103和电子膨胀阀二105调节空调蒸发器104和双Chiller503中制冷功率。
b、环境温度较低时(如冬季)
车辆启动后，检测环境温度，若环境温度很低，低于燃料电池工作温度下限，导致燃料电堆的放电效率较低，此时动力电池502为电加热器一303或电加热器二405供电，此时燃料电堆散热水套306所在的加热回路形成循环工质，为燃料电堆提供热量，而四通阀307关闭散热器一302所在的散热回路，使燃料电堆温度升高至燃料电池工作温度，即燃料电堆温度高于其工作温度下限。燃料电堆正常工作后，能够迅速提供热量，此时控制四通阀307关闭电加热器一303所在加热回路，开启散热器一302所在的散热回路进行动态温度调节。
暖风芯体402和/或动力电池502需要制热时，通过四通阀307和三通阀一309控制燃料电堆温控循环300与空调暖风电池加热循环400联通运行，燃料电堆温控循环300中的高温工质进入空调暖风电池加热循环400，为暖风芯体402及双Chiller503提供加热热能，并通过三通阀二403和三通阀三404进行工质流量调节控制暖风芯体402及动力电池温控循环500的加热功率。
同理，若燃料电堆不工作时（纯电模式），整车动力电源只由动力电池502提供，此时，如动力电池502和暖风芯体402有制热需求时，利用电加热器一303或电加热器二405供电为空调暖风电池加热循环400提供加热能量，通过三通阀一309、四通阀307关闭燃料电堆散热水套306所在的加热回路，开启电子水泵二401、电加热器一303或电加热器二405、暖风芯体402、双Chiller加热通道，通过电子水泵二401为提供传热工质流动，通过控制器800控制三通阀二403和三通阀三404的开度及电加热器一303或电加热器二405的加热功率，控制暖风芯体402及双Chiller503内热工质流量以调节各自加热功率。
本发明还提供一种燃料电池汽车热管理方法，采用以上所述的燃料电池车热管系统进行热管理，其特征在于：
混动模式下：
燃料电堆开启运行，若车辆启动后检测环温度低于燃料电堆工作温度下限，控制器800控制燃料电堆温控循环300运行对燃料电堆进行加热；当燃料电堆温度高于其工作温度下限则关闭燃料电堆温控循环300；燃料电堆正常工作后启动动力系统冷却循环200为整车散热系统提供散热支持；
当动力电池需要加热和/或空调需要采暖时，控制器800控制燃料电堆温控循环300与空调暖风电池加热循环400联通运行，为动力电池加热和/或空调暖风提供热量；
当空调需要制冷和/或动力电池需要降温时，控制器800控制空调制冷循环100运行，为空调制冷和/或动力电池降温提供支持；
纯电模式下：
燃料电堆不启动，当动力电池需要加热和/或空调需要采暖时，控制器800控制空调暖风电池加热循环400运行，为动力电池加热和/或空调暖风提供热量；
当空调需要制冷和/或动力电池需要降温时，控制器800控制空调制冷循环100运行，为空调制冷和/或动力电池降温提供支持。
以上所述的燃料电池汽车热管理方法实现热量和冷量的高效利用，提高散热效率，提升热管理水平，降低整车能耗，优化散热系统的工作模式，实现燃料电池汽车在低温启动、冬季取暖和正常散热等不同环境工况下的整车热管理，节省整车能量利用，提高整车动力经济性，避免热管理系统冗余。
以上所述的燃料电池汽车热管理方法的具体操作如下：
混动模式下：
燃料电堆开启运行，检测环境温度，若环境温度很低，低于燃料电池工作温度下限，导致燃料电堆的放电效率较低，此时动力电池502为电加热器一303或电加热器二405供电，此时燃料电堆散热水套306所在的加热回路形成循环工质，为燃料电堆提供热量，而四通阀307关闭散热器一302所在的散热回路，使燃料电堆温度升高至燃料电池工作温度，即燃料电堆温度高于其工作温度下限；
燃料电堆正常运行后散热器一302、过滤器305、电子水泵一301和燃料电堆散热水套306组成的散热回路为燃料电堆的散热提供支持，空调制冷循环200为整车动力系统中散热需求小且冷却液温度要求接近的需冷却部件提供散热支持。
当动力电池502需要加热或暖风芯体402需要采暖时，通过四通阀307和三通阀一309控制燃料电堆温控循环300与空调暖风电池加热循环400联通运行，燃料电堆温控循环300中的高温工质进入空调暖风电池加热循环400，为暖风芯体402及双Chiller503提供加热热能，并通过三通阀二403和三通阀三404进行工质流量调节控制暖风芯体402及动力电池温控循环500的加热功率；
当空调需要制冷和/或动力电池需要降温时，开启压缩机101，控制器800控制电子膨胀阀二105和电子膨胀阀一103开度，并根据传感器二109实时感应值控制压缩机101转速、风扇601转速来调节空调制冷循环100制冷功率，并通过控制电子膨胀阀一103和电子膨胀阀二105调节空调蒸发器104和双Chiller503中制冷功率。
纯电模式下：
整车动力电源只由动力电池502提供，如动力电池502和暖风芯体402有制热需求时，利用电加热器一303或电加热器二405供电为空调暖风电池加热循环400提供加热能量，通过三通阀一309、四通阀307关闭燃料电堆散热水套306所在的加热回路，开启电子水泵二401、电加热器一303或电加热器二405、暖风芯体402、双Chiller加热通道，通过电子水泵二401为提供传热工质流动，通过控制器800控制三通阀二403和三通阀三404的开度及电加热器一303或电加热器二405的加热功率，控制暖风芯体402及双Chiller503内热工质流量以调节各自加热功率。
当空调需要制冷和/或动力电池需要降温时，开启压缩机101，控制器800控制电子膨胀阀二105和电子膨胀阀一103开度，并根据传感器二109实时感应值控制压缩机101转速、风扇601转速来调节空调制冷循环100制冷功率，并通过控制电子膨胀阀一103和电子膨胀阀二105调节空调蒸发器104和双Chiller503中制冷功率。
以上结合附图对本发明的实施例的技术方案进行完整描述，需要说明的是所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.燃料电池汽车热管理系统，其特征在于：包括为乘员舱空调制冷和动力电池冷却提供支持的空调制冷循环（100）、为整车动力系统中散热需求小且冷却液温度要求接近的需冷却部件提供散热支持的动力系统冷却循环（200）、为燃料电堆提供温控支持的燃料电堆温控循环（300）、为空调暖风及动力电池加热提供热量的空调暖风电池加热循环（400）、为动力电池提供温控支撑的动力电池温控循环（500）和对整个热管理系统的运行进行协调控制的控制器（800），空调制冷循环（100）与动力电池温控循环（500）连接，为动力电池温控循环（500）散热，空调暖风电池加热循环（400）与动力电池温控循环（500）连接为动力电池温控循环（500）提供热量，燃料电堆温控循环（300）与空调暖风电池加热循环（400）连接，为空调暖风电池加热循环（400）提供热量，燃料电堆温控循环（300）、空调暖风电池加热循环（400）和动力电池温控循环（500）从前至后依次就近设置。
2.根据权利要求1所述的燃料电池汽车热管理系统，其特征在于：所述的燃料电堆温控循环（300）包括依次串联形成回路的散热器一（302）、过滤器（305）、电子水泵一（301）和燃料电堆散热水套（306），由整车电源供电的电加热器一（303）并联在电子水泵一（301）和燃料电堆散热水套（306）的连接管路上，电加热器一（303）的进水口与电子水泵一（301）的进水口连接并与空调暖风电池加热循环（400）的出水口连接，电加热器一（303）的出水口与燃料电堆散热水套（306）的出水口连接并与空调暖风电池加热循环（400）的进水口连接，散热器一（302）的进水口通过去离子罐（304）连接补液壶一（308）。
3.根据权利要求2所述的燃料电池汽车热管理系统，其特征在于：所述的电加热器一（303）的进水口连接四通阀（307），电加热器一（303）的出水口连接三通阀一（309），四通阀（307）连接在过滤器（305）和电子水泵一（301）之间并连接空调暖风电池加热循环（400）的出水口与电加热器一（303）的进水口，三通阀一（309）连接燃料电堆散热水套（306）的出水口和空调暖风电池加热循环（400）的进水口，通过四通阀（307）和三通阀一（309）控制燃料电堆温控循环（300）与空调暖风电池加热循环（400）的通断，并调节空调暖风电池加热循环（400）中的工质流量。
4.根据权利要求3所述的燃料电池汽车热管理系统，其特征在于：所述的空调暖风电池加热循环（400）包括与三通阀一（309）连接的三通阀二（403）、与四通阀（307）连接的三通阀三（404）、暖风芯体（402）和与动力电池温控循环（500）连接的双Chiller加热通道，暖风芯体串联在三通阀二（403）和三通阀三（404）之间，动力电池温控循环（500）通过双Chiller加热通道与暖风芯体（402）并联，三通阀二（403）调节流入暖风芯体（402）和动力电池温控循环（500）的工质流量，三通阀三（404）调节流出暖风芯体（402）和动力电池温控循环（500）的工质流量。
5.根据权利要求4所述的燃料电池汽车热管理系统，其特征在于：所述的空调暖风电池加热循环（400）还包括进水口与三通阀三（404）连接的电子水泵二（401），电子水泵二（401）与燃料电堆温控循环（300）共用电加热器一（303），电子水泵二（401）、电加热器一（303）和暖风芯体（402）串联形成回路；或者电子水泵二（401）上串联由整车电源供电的电加热器二（405），电子水泵二（401）、电加热器二（405）和暖风芯体（402）串联形成回路，电子水泵一（301）和电水子泵二（401）的进水口分别连接补液壶一（308）。
6.根据权利要求1所述的燃料电池汽车热管理系统，其特征在于：所述的动力电池温控循环（500）包括依次串联形成回路的电子水泵三（501）、动力电池水套（502）和双Chiller（503），双Chiller（503）分别与空调暖风电池加热循环（400）和空调制冷循环（100）连接，双Chiller（503）与电子水泵三（501）之间的管路上装有传感器一（505），电子水泵三（501）的进水口和动力电池水套（502）的出水口分别连接补液壶二（504）。
7.根据权利要求1所述的燃料电池汽车热管理系统，其特征在于：空调制冷循环（100）包括压缩机（101）、前端冷凝器（102）、空调蒸发器（104）、与动力电池温控循环（500）连接的双Chiller制冷通道，压缩机（101）、前端冷凝器（102）、和空调蒸发器（104）依次串联形成回环，动力电池温控循环（500）通过双Chiller制冷通道与空调蒸发器（104）并联，空调蒸发器（104）的入水口连接调节工质流量的电子膨胀阀一（103），双Chiller制冷通道的入水口连接调节工质流量的电子膨胀阀二（105），压缩机（101)与前端冷凝器(102)之间的管路上装有传感器二(109)。
8.根据权利要求4所述的燃料电池汽车热管理系统，其特征在于：所述的动力系统冷却循环（200）包括依次串联形成回路的散热器二（202）、电子水泵四（201）、电控系统散热水套（203）、电机散热水套（204）和电堆中冷器（205），电子水泵四（201）的进水口散热器二（202）的进水口分别连接补液壶三（207），燃料电堆附件散热水套（206）并联在电堆中冷器（205）上，通过三通阀四（208）连接燃料电堆附件散热水套（206）进水口、电堆中冷器（205）的进水口和电机散热水套（204）的出水口，以调节流入电堆附件散热水套（206）和电堆中冷器（205）中的工质流量。
9.根据权利要求8所述的燃料电池汽车热管理系统，其特征在于：所述的前端冷凝器（102）与散热器二（202）前后并排设置，且在散热器二（202）后侧设置风扇一（601），散热器一（302）后侧设置风扇二（602）；或者前端冷凝器（102）与散热器二（202）并列设置于散热器一（302）前侧且在散热器一（302）后侧设置风扇二（602）。
10.燃料电池汽车热管理方法，采用权利要求1至9任一项所述的燃料电池车热管系统进行热管理，其特征在于，
混动模式下：
燃料电堆开启运行，若车辆启动后检测环温度低于燃料电堆工作温度下限，控制器（800）控制燃料电堆温控循环（300）运行对燃料电堆进行加热；当燃料电堆温度高于其工作温度下限则关闭燃料电堆温控循环（300）；燃料电堆正常工作后启动动力系统冷却循环（200）为整车散热系统提供散热支持；当动力电池需要加热和/或空调需要采暖时，控制器（800）控制燃料电堆温控循环（300）与空调暖风电池加热循环（400）联通运行，为动力电池加热和/或空调暖风提供热量；
当空调需要制冷和/或动力电池需要降温时，控制器（800）控制空调制冷循环（100）运行，为空调制冷和/或动力电池降温提供支持；
纯电模式下：
燃料电堆不启动，当动力电池需要加热和/或空调需要采暖时，控制器（800）控制空调暖风电池加热循环（400）运行，为动力电池加热和/或空调暖风提供热量；
当空调需要制冷和/或动力电池需要降温时，控制器（800）控制空调制冷循环（100）运行，为空调制冷和/或动力电池降温提供支持。
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CN116857801A (zh) * 2023-08-15 2023-10-10 宁波奥克斯电气股份有限公司 一种电加热管档位控制方法、装置及储能空调

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