CN216872037U

CN216872037U - 一种氢燃料电池热管理系统及车辆

Info

Publication number: CN216872037U
Application number: CN202220217223.3U
Authority: CN
Inventors: 刘文东; 魏莉; 孙金涛
Original assignee: Henan Haiwei New Energy Technology Co ltd
Current assignee: Henan Haiwei New Energy Technology Co ltd
Priority date: 2022-01-26
Filing date: 2022-01-26
Publication date: 2022-07-01
Anticipated expiration: 2032-01-26

Abstract

本实用新型提供了一种氢燃料电池热管理系统及车辆，属于新能源车辆热管理领域，尤其涉及氢燃料电池机车散热领域。包括司机侧制热回路和燃料电池散热回路，司机侧制热回路中串联有HVAC系统的暖芯体，司机侧制热回路中串联有水泵、加热装置和司机区换热器的一个热源交换端，燃料电池散热回路中串联有水泵、燃料电池散热器以及司机区换热器的另一个热源交换端。本实用新型在司机制热回路上设置额外的加热装置，用于在燃料电池产热无法满足驾驶舱取暖需求时用于为驾驶舱取暖，同时司机制热回路与燃料电池散热回路隔离设置，导热介质并不相互导通，因此导热介质不会直接将加热器产生的热量传递给燃料电池，避免对燃料电池的散热和工作造成影响。

Description

一种氢燃料电池热管理系统及车辆

技术领域

本实用新型涉及一种氢燃料电池热管理系统及车辆，属于新能源车辆热管理领域，尤其涉及氢燃料电池机车散热领域。

背景技术

纯电动车辆的车内加热系统，与氢燃料电池散热系统是完全分隔的两个系统。当环境温度降低时，驾驶员有对车内环境升温的需求，现有车内加热系统的制热方式往往为电加热，能耗较高；而氢燃料电池在充放电过程中会大量生成热能，导致大量废热没有被转化利用，造成能源的浪费。

申请公布号为CN111923949A的中国专利公开了一种废热利用装置，通过在原有的氢燃料电池散热回路上安装分配阀，分配阀第三端为出口端并且连接到位于司机室内的散热器，散热器另一端与原有氢燃料电池散热回路联通。由此氢燃料电池散热回路与司机室内的散热器联通，实现了司机室通过氢燃料电池的废热取暖，此外可以通过调节分配阀调节司机室内散热器的导温介质流量，实现了对司机室内取暖温度的调节。

但是，该方案在寒冷的冬季，燃料电池热量不够时，司机室内舒适性将会大大降低，因此需要针对该种情况设计新的电池热管理系统以便在有效利用废热的同时保证司机室取暖效果。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种氢燃料电池热管理系统及车辆，用于解决现有利用燃料电池废热取暖的车辆在燃料电池生热不足时，取暖效果难以保证的问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种氢燃料电池热管理系统，包括司机侧制热回路和燃料电池散热回路，所述司机侧制热回路中串联有HVAC系统的暖芯体，司机侧制热回路中串联有水泵、加热装置和司机区换热器的一个热源交换端；所述燃料电池散热回路中串联有水泵、燃料电池散热器以及司机区换热器的另一个热源交换端。

本实用新型在司机制热回路上设置额外的加热装置，用于在燃料电池产热无法满足驾驶舱取暖需求时用于为驾驶舱取暖，同时司机制热回路和燃料电池散热回路隔离设置，通过换热器进行热量传递，导热介质并不相互导通，因此在使用加热装置为驾驶舱取暖时，导热介质不会直接将加热器产生的热量传递给燃料电池，避免对燃料电池的散热和工作造成影响。

进一步地，在上述氢燃料电池热管理系统中，还包括制冷支路、司机侧冷却支路和电池侧冷却支路；所述制冷支路包括压缩机及冷凝器；所述司机侧冷却支路包括第一膨胀阀和HVAC系统中的冷芯体；所述电池侧冷却支路包括第二膨胀阀和锂电池散热器，司机侧冷却支路与电池侧冷却支路并联后与制冷支路并联。

制冷支路包括压缩机、冷凝器等车辆制冷器件，制冷支路对HVAC系统中的冷芯体降温以满足司机室内的降温需求；制冷支路还对锂电池降温以满足锂电池的工作温度需求。第一膨胀阀和第二膨胀阀用于控制所在支路中导温介质的流量，从而调节对司机室和对锂电池的降温效果，实现对司机室及锂电池降温程度进行分别控制。

进一步地，在上述氢燃料电池热管理系统中，所述电池侧冷却支路还包括电池冷却换热器和电池循环回路，所述电池冷却换热器的一个热源交换端与第二膨胀阀串联后与司机侧冷却支路并联；所述电池循环回路中串联有水泵、锂电池散热器、加热装置和电池冷却换热器的另一个热源交换端。

制冷支路连接的电池侧冷却支路和锂电池所在的电池循环回路均连接到同一电池侧冷却换热器的两个热量交换端，同样能够实现制冷支路对锂电池的降温。此外电池循环回路上还设置有第二加热装置，用于在低温环境下对锂电池加热，从而保证锂电池处于正常工作温度范围下，延长锂电池使用周期。同时同样采用板式换热器将锂电池循环回路和制冷支路、司机侧冷却支路相隔离，避免对锂电池的加热影响到驾驶室的温度调节。

进一步地，在上述氢燃料电池热管理系统中，所述司机侧制热回路、燃料电池散热回路及电池循环回路上均设置有温度传感器。

司机侧制热回路、燃料电池散热回路及电池循环回路上的温度传感器用于采集对应回路中导温介质的温度，便于自动化控制，例如在燃料电池散热回路温度在什么程度时启动加热装置；以及在司机侧制热回路中导热介质温度多少时停止加热装置等。

进一步地，在上述氢燃料电池热管理系统中，所述加热装置和第二加热装置为液体PTC加热装置。

此外，本实用新型还提供了一种车辆，包括氢燃料电池热管理系统，所述氢燃料电池热管理系统包括司机侧制热回路和燃料电池散热回路，所述司机侧制热回路中串联有HVAC系统的暖芯体；司机侧制热回路中串联有水泵、加热装置和司机区换热器的一个热源交换端；所述燃料电池散热回路中串联有水泵、燃料电池散热器以及司机区换热器的另一个热源交换端。

进一步地，在上述车辆中，还包括制冷支路、司机侧冷却支路和电池侧冷却支路；所述制冷支路包括压缩机及冷凝器；所述司机侧冷却支路包括第一膨胀阀和HVAC系统中的冷芯体；所述电池侧冷却支路包括第二膨胀阀和锂电池散热器，司机侧冷却支路与电池侧冷却支路并联后与制冷支路并联。

进一步地，在上述车辆中，所述电池侧冷却支路还包括电池冷却换热器和电池循环回路，所述电池冷却换热器的一个热源交换端与第二膨胀阀串联后与司机侧冷却支路并联；所述电池循环回路中串联有水泵、锂电池散热器、加热装置和电池冷却换热器的另一个热源交换端。

进一步地，在上述车辆中，所述司机侧制热回路、燃料电池散热回路及电池循环回路上均设置有温度传感器。

进一步地，在上述车辆中，所述加热装置和第二加热装置为液体PTC加热装置。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

其中1为低压压力开关，2为高压压力开关，3为高压压力传感器，4为环境温度传感器，5为温控开关，6为回风温度传感器，7为温度传感器。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。

系统实施例：

如图1所示为本实用新型的结构示意图，具有司机侧制冷或制热以及电池侧降温或加热的功能，包括制冷支路、司机侧冷却支路、电池侧冷却支路、司机侧制热回路、燃料电池散热回路和电池循环回路。

司机侧制热回路包括依次串联连接的HVAC系统中的暖芯体、司机侧液体PTC、司机区采暖换热器的一个热源交换端和第二水泵，司机区采暖换热器的另一热源交换端与第三水泵和氢燃料电池换热接口相串联形成燃料电池散热回路。作为其他实施例，可以不设置司机区采暖换热器而将司机侧制热回路与燃料电池散热回路连通。

制冷支路包括依次串联连接的气液分离装置、低压压力开关1、高压直流压缩机、高压压力开关2、用于检测制冷支路压力的高压压力传感器3和用于检测司机室内温度的环境温度传感器4。其中高压压力开关2和低压压力开关1当制冷回路的压力过高或过低时发生动作，避免对压缩机造成损坏。司机侧冷却支路包括第一膨胀阀和HVAC系统中的冷芯体；电池侧冷却支路包括第二膨胀阀和电池侧冷却换热器一个热源交换端；电池循环回路包括串联连接的电池侧冷却换热器的另一热源交换端、锂电池换热接口、电池侧液体PTC及第二水泵。作为其他实施例，可以不设置电池侧冷却换热器而将电池侧冷却支路与电池循环回路连通。

此外，司机侧制热回路和电池循环回路上均设置有带有液位开关的膨胀水箱，用于避免加热或制冷时温度变化导致管路内导温介质体积变化造成管路损坏。司机侧制热回路、燃料电池散热回路及电池循环回路上均设置有温度传感器7，便于车辆控制器实现自动化控制，例如当燃料电池散热回路中导温介质达到设定温度时自动启动司机侧液体PTC，保证司机室内的温度舒适。

HVAC(Heating，Ventilation and Air Conditioning，加热通风与空气调节)系统为车辆加热通风与空气调节系统，包括用于提供散热冷源的冷芯体、用于提供加热热源的暖芯体、鼓风机、设置在冷芯体上的温控开关5和回风温度传感器6。其中鼓风机通电后对冷芯体或暖芯体鼓风，从而实现对司机室的制冷或加热；回风温度传感器6用于检测鼓风机驱动气流经过冷芯体或暖芯体后的温度即出风温度，便于驾驶员了解HVAC加热或制冷功能的工作情况。

本实用新型根据驾驶员的具体需要具有如下不同的工作模式，司机侧和电池侧的工作模式互不影响。

司机侧制冷模式：

第一膨胀阀打开，导温介质由压缩机经过冷凝器、第一膨胀阀、HVAC系统中的冷芯体和气液分离装置后回到压缩机完成循环。冷凝风机启动，对冷凝器进行冷凝，实现对HVAC系统中的冷芯体进一步降温；HVAC系统的鼓风机启动，对司机室进行制冷。可以通过调节第一膨胀阀的开度来调节对司机室制冷的效果。

司机侧加热模式：

第一水泵启动，导温介质经过HVAC系统中的暖芯体、司机侧液体PTC、司机侧采暖板式换热器和第一膨胀水箱后回到第一水泵。当氢燃料电池产热不足时，司机侧液体PTC通电产热，并将热量通过司机侧制热回路传递至HNAC系统中的暖芯体，HVAC系统鼓风机工作对司机室供热；当氢燃料电池工作产生废热充足时，第三水泵启动，氢燃料电池废热通过司机侧采暖板式换热器将热量传递至HVAC系统中的暖芯体，HVAC系统中鼓风机启动，对司机室进行供热。

电池侧制冷模式：

第二膨胀阀打开，导温介质由压缩机经过冷凝器、第二膨胀阀、电池侧冷却板式换热器和气分后回到压缩机完成循环。导温介质通过热量交换对电池侧冷却板式换热器进行降温，电池侧冷却板式换热器另一端与电池侧制热回路热量交换，实现对锂电池的降温。冷凝风机启动，对冷凝器进行冷凝，实现对电池侧冷却板式换热器的进一步降温。此外可以通过调节第二膨胀阀的开度来调节对锂电池制冷的效果。

电池侧加热模式：

电池侧液体PTC通电产热，电池侧PTC通过电池侧制热回路中的导温介质将热量传递至锂电池，实现对锂电池的加热。

车辆实施例：

本实用新型还提供了一种车辆，该车辆采用了系统实施例中的氢燃料电池热管理系统。

Claims

1.一种氢燃料电池热管理系统，包括司机侧制热回路和燃料电池散热回路，所述司机侧制热回路中串联有HVAC系统的暖芯体；其特征在于，司机侧制热回路中串联有水泵、加热装置和司机区换热器的一个热源交换端；所述燃料电池散热回路中串联有水泵、燃料电池散热器以及司机区换热器的另一个热源交换端。

2.根据权利要求1所述的氢燃料电池热管理系统，其特征在于，还包括制冷支路、司机侧冷却支路和电池侧冷却支路；所述制冷支路包括压缩机及冷凝器；所述司机侧冷却支路包括第一膨胀阀和HVAC系统中的冷芯体；所述电池侧冷却支路包括第二膨胀阀和锂电池散热器，司机侧冷却支路与电池侧冷却支路并联后与制冷支路并联。

3.根据权利要求2所述的氢燃料电池热管理系统，其特征在于，所述电池侧冷却支路还包括电池冷却换热器和电池循环回路，所述电池冷却换热器的一个热源交换端与第二膨胀阀串联后与司机侧冷却支路并联；所述电池循环回路中串联有水泵、锂电池散热器、加热装置和电池冷却换热器的另一个热源交换端。

4.根据权利要求3所述的氢燃料电池热管理系统，其特征在于，司机侧制热回路、燃料电池散热回路及电池循环回路上均设置有温度传感器。

5.根据权利要求1所述的氢燃料电池热管理系统，其特征在于，所述加热装置和第二加热装置为液体PTC加热装置。

6.一种车辆，其特征在于，包括氢燃料电池热管理系统，所述氢燃料电池热管理系统包括司机侧制热回路和燃料电池散热回路，所述司机侧制热回路中串联有HVAC系统的暖芯体；司机侧制热回路中串联有水泵、加热装置和司机区换热器的一个热源交换端；所述燃料电池散热回路中串联有水泵、燃料电池散热器以及司机区换热器的另一个热源交换端。

7.根据权利要求6所述的车辆，其特征在于，还包括制冷支路、司机侧冷却支路和电池侧冷却支路；所述制冷支路包括压缩机及冷凝器；所述司机侧冷却支路包括第一膨胀阀和HVAC系统中的冷芯体；所述电池侧冷却支路包括第二膨胀阀和锂电池散热器，司机侧冷却支路与电池侧冷却支路并联后与制冷支路并联。

8.根据权利要求7所述的车辆，其特征在于，所述电池侧冷却支路还包括电池冷却换热器和电池循环回路，所述电池冷却换热器的一个热源交换端与第二膨胀阀串联后与司机侧冷却支路并联；所述电池循环回路中串联有水泵、锂电池散热器、加热装置和电池冷却换热器的另一个热源交换端。

9.根据权利要求8所述的车辆，其特征在于，所述司机侧制热回路、燃料电池散热回路及电池循环回路上均设置有温度传感器。

10.根据权利要求6所述的车辆，其特征在于，所述加热装置和第二加热装置为液体PTC加热装置。