CN213501930U - 一种燃料电池车的热管理系统 - Google Patents

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陈涛
樊海梅
杨琨
董德宝
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Abstract

本实用新型公开了一种燃料电池车的热管理系统，包括电池管理系统和暖风加热系统；所述电池管理系统包括膨胀水箱、ATS散热器、双向换热器、水泵三、燃料电池总成和去离子罐；所述暖风加热系统包括水泵一、暖风散热器、三通控制阀、水泵二和暖风加热器；电池管理系统和暖风加热系统通过双向换热器进行热量交换。本案的通过双向热交换器，能够利用燃料电池的余热辅助暖风系统，又能利用暖风加热器辅助燃料电池冷启动；去离子罐的位置，可增大流经去离子罐的冷却液流量，还可以优化热管理系统的去离子效果；既能节约ATS能耗，又能节约暖风加热器能耗，节约能源消耗。

Description

一种燃料电池车的热管理系统
技术领域
本实用新型涉及一种燃料电池车的热管理技术，具体涉及一种燃料电池车的燃料电池的热管理的循环系统。
背景技术
燃料电池是一种将化学能转换成电能的电化学反应，是一种零排放的装置。燃料电池车具备能量转换效率高、续航能力强、加注方便等特点，已成为新能源车的解决方案之一。
燃料电池进行的是电化学反应，不受卡诺循环限制。其电能转化效率可高达65%。燃料的化学能转化为电能和热量，无其他能量转化。转化的热能多达35%以上，效率低的燃料电池转化的热能越多。热能直接散掉，散热需要消耗一定量的电能，影响续航，且造成热能的浪费。需要一种合理利用燃料电池余热的方案。
目前燃料电池技术还处于研发的初级阶段，技术并不成熟，冷启动技术也不成熟，且时间较长，需要一种改善燃料电池冷启动的辅助方案。
发明内容
本实用新型目的是：提供一种能够较好的利用燃料电池运行中产生的余热，并能够对燃料电池冷启动起到辅助作用的燃料电池的热管理系统。
本实用新型的技术方案是：一种燃料电池车的热管理系统，包括电池管理系统和暖风加热系统；所述电池管理系统包括膨胀水箱、ATS散热器、双向换热器、水泵三、燃料电池总成和去离子罐；所述暖风加热系统包括水泵一、暖风散热器、三通控制阀、水泵二和暖风加热器；电池管理系统和暖风加热系统通过双向换热器进行热量交换。
优选的，所述暖风加热系统的三通控制阀的A通道依次连接水泵二、暖风加热器、水泵一和暖风散热器；所述暖风散热器与三通控制阀的C通道连接；所述三通控制阀的B通道与双向换热器；所述暖风加热器和水泵一之间设置有管道与双向换热器连接。通过对三通控制阀进行智能控制，在燃料电池冷启动阶段，对燃料电池进行加热；在燃料电池热管理系统的温度升高后，控制分配流经双向换热器和暖风加热器的流量，合理利用燃料电池余热和暖风加热器保证乘客舱舒适性。并实现节能和优化燃料电池冷启动性能提升的目的。
优选的，所述暖风加热系统的双向换热器分别连接ATS散热器和燃料电池总成；所述燃料电池总成通过加热管与双向换热器连接；利用加热管将双向换热器和燃料电池总成的小循环相连接；所述水泵三的一端连接双向换热器，另一端连接燃料电池总成；所述膨胀水箱通过除气管分别与ATS散热器和燃料电池总成连接；所述膨胀水箱的补水管处设置有去离子罐；所述去离子罐分别连接ATS散热器和燃料电池总成。将去离子罐布置在膨胀水箱补水管中，可以平衡各个部件除气管的压力，优化除气性能；在不影响热管理系统主回路流量的情况下，可增大流经去离子罐的冷却液流量，增强去离子性能。
优选的，所述暖风散热器为多个。
优选的，所述燃料电池总成包括节温器，利用节温器进行通断控制。
优选的，所述三通控制阀通过整车ECU控制。
本实用新型的优点是：
1．通过双向热交换器，能够利用燃料电池的余热辅助暖风系统，又能利用暖风加热器辅助燃料电池冷启动；
2. 去离子罐的位置，可增大流经去离子罐的冷却液流量，还可以优化热管理系统的去离子效果；
3.既能节约ATS能耗，又能节约暖风加热器能耗，节约能源消耗。
附图说明
下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：
图1为本案所述的一种燃料电池车的热管理系统的连接结构示意图；
其中：1、膨胀水箱；2、ATS散热器；3、双向换热器；4、水泵三；5、、燃料电池总成；6、去离子罐；7、水泵一；8、暖风散热器；9、三通控制阀；10、水泵二；11、暖风加热器；12、加热管；13、除气管。
具体实施方式
实施例：
如附图1所示，一种燃料电池车的热管理系统，包括电池管理系统和暖风加热系统；所述电池管理系统包括膨胀水箱1、ATS散热器2、双向换热器3、水泵三4、燃料电池总成5和去离子罐6；所述暖风加热系统包括水泵一7、暖风散热器8、三通控制阀9、水泵二10和暖风加热器11；电池管理系统和暖风加热系统通过双向换热器4进行热量交换。
所述暖风加热系统的三通控制阀9的A通道依次连接水泵二10、暖风加热器11、水泵一7和暖风散热器8；所述暖风散热器8有多个；所述暖风散热器8与三通控制阀9的C通道连接；所述三通控制阀9的B通道与双向换热器3；所述暖风加热器11和水泵一7之间设置有管道与双向换热器4连接。所述三通控制阀9通过整车ECU控制进行智能控制，在燃料电池总成5冷启动阶段，对燃料电池进行加热；在燃料电池热管理系统的温度升高后，控制分配流经双向换热器3和暖风加热器11的流量，合理利用燃料电池余热和暖风加热器11保证乘客舱温度的舒适性。并实现节能和优化燃料电池冷启动性能提升的目的。
所述暖风加热系统的双向换热器3分别连接ATS散热器2和燃料电池总成5；所述燃料电池总成5通过加热管12与双向换热器3连接；利用加热管12将双向换热器3和燃料电池总成5的小循环相连接；所述燃料电池总4成包括节温器，利用节温器进行通断控制；所述水泵三4的一端连接双向换热器3，另一端连接燃料电池总成4；所述膨胀水箱1通过除气管13分别与ATS散热器2和燃料电池总成5连接；所述膨胀水箱1的补水管处设置有去离子罐6；所述去离子罐6分别连接ATS散热器2和燃料电池总成5。将去离子罐6布置在膨胀水箱1补水管中，可以平衡各个部件除气管的压力，优化除气性能；在不影响热管理系统主回路流量的情况下，可增大流经去离子罐6的冷却液流量，增强去离子性能。
本案所述的热管理系统可以构成的工作回路或工作系统：
1）燃料电池主散热回路：包含燃料电池总成5、水泵三4、双向换热器3、ATS散热器2；
2）暖风系统：暖风加热器11、水泵二10、水泵一7、三通控制阀9、及若干暖风散热器8；
3）暖风加热器反加热回路：包含暖风加热器11、水泵二10、三通控制阀9、双向换热器3；
4）燃料电池冷启动加热回路：包含双向换热器3、燃料电池总成5，利用两根加热管12将双向换热器3和燃料电池总成5的小循环相连接，并可利用燃料电池内部的节温器进行通断控制；
5）膨胀水箱系统：包含膨胀水箱1、去离子罐6和若干除气管13；燃料电池总成5和ATS散热器2会通过除气管，将燃料电池总成5和ATS散热器3内一部分的水及其他压进膨胀水箱，通过膨胀水箱1底部的补水管对整个冷却系统进行冷却液补给。把去离子罐布6置在管径较大补水管上，可以增大流经去离子罐6的冷却液量，从而增强过滤效果。
当燃料电池总成处于低温启动工况下时，整车ECU控制三通控制阀9关闭C通道，使得暖风加热器反加热回路连通，启动暖风加热器11和水泵二10，让暖风加热器11的热量通过双向换热器3进入料电池冷启动加热回路，并通过燃料电池内置水泵对燃料电池进行加热，提升其冷启动性能。
当燃料电池总成冷却启动成功正常运行，但温度没有高于暖风系统回水温度时，控制三通控制阀9关闭B通道，关闭水泵二10，启动水泵一7。暖风系统和燃料电池冷却系统处于独立运行阶段。此时暖风系统可以通过驾驶台进行手动控制。
当燃料电池总成大循环开启，且出水温度高于暖风系统的回水温度，但未到达暖风系统出风温度的最佳温度效果时，控制三通控制阀9处于D位置，三通控制阀9处于全通工作状态，启动水泵一7，暖风加热器11，关闭水泵二10，充分利用燃料电池的余热并利用暖风加热器11辅助暖风系统，到达暖风效果。
当燃料电池总成大循环开启，且出水温度高于暖风系统的回水温度，且已经到达暖风系统出风温度的最佳温度效果时，控制三通控制阀9处于A位置即A通道关闭，启动水泵一7，关闭暖风加热器11，关闭水泵二10，充分利用燃料电池的余热。
上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型的所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种燃料电池车的热管理系统，其特征在于：包括电池管理系统和暖风加热系统；所述电池管理系统包括膨胀水箱、ATS散热器、双向换热器、水泵三、燃料电池总成和去离子罐；所述暖风加热系统包括水泵一、暖风散热器、三通控制阀、水泵二和暖风加热器；电池管理系统和暖风加热系统通过双向换热器进行热量交换。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池车的热管理系统，其特征在于：所述暖风加热系统的三通控制阀的A通道依次连接水泵二、暖风加热器、水泵一和暖风散热器；所述暖风散热器与三通控制阀的C通道连接；所述三通控制阀的B通道与双向换热器；所述暖风加热器和水泵一之间设置有管道与双向换热器连接。
3.根据权利要求1所述的一种燃料电池车的热管理系统，其特征在于：所述暖风加热系统的双向换热器分别连接ATS散热器和燃料电池总成；所述燃料电池总成通过加热管与双向换热器连接；所述水泵三的一端连接双向换热器，另一端连接燃料电池总成；所述膨胀水箱通过除气管分别与ATS散热器和燃料电池总成连接；所述膨胀水箱的补水管处设置有去离子罐；所述去离子罐分别连接ATS散热器和燃料电池总成。
4.根据权利要求1所述的一种燃料电池车的热管理系统，其特征在于：所述暖风散热器为多个。
5.根据权利要求3所述的一种燃料电池车的热管理系统，其特征在于：所述燃料电池总成包括节温器。
6.根据权利要求1所述的一种燃料电池车的热管理系统，其特征在于：所述三通控制阀通过整车ECU控制。
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