CN218647987U - 燃料电池车辆热管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种燃料电池车辆热管理系统，涉及新能源车辆技术领域，本实用新型提供的燃料电池车辆热管理系统，在车辆的前端安装有冷凝器和散热器，燃料电池发动机、储氢罐和动力电池皆安装于车辆的底部，以避让冷凝器和散热器的气流通道；燃料电池发动机的辅件用于与后置驱动换热组件流体连通，并组合形成后置驱动换热组件的冷却循环流路。冷凝器和散热器的进气更加通畅，气流速度更高，散热系统压力小，有利于缩短换热管路的长度，进而可降低冷却换热功耗。此外，第一电力驱动器件和第二电力驱动器件可分别作为前后驱动，具有独立的散热组件，便于实现两驱和四驱的配置切换。

Description

燃料电池车辆热管理系统

技术领域

本实用新型涉及新能源车辆技术领域，尤其是涉及一种燃料电池车辆热管理系统。

背景技术

氢燃料电池车辆中，由于氢燃料电池发动机发热量大，且电堆的冷却液温差较小，故而对散热系统有很高的要求。传统的燃料电池车辆的燃料电池发动机布置在机舱内，冷凝器、低温散热器、高温散热器三层结构布置在车头位置，导致流经散热器的风速较低，为满足冷却需求需要配置大尺寸的散热器以增大散热面积，并且需要较大功率的散热风速以增大流经散热器的风速，冷却水泵也需要提高功率以提高冷却液流量，故而对散热系统零部件要求很高，且经常有超温的风险。由此，现有氢燃料电池车辆存在散热效果不佳、散热系统尺寸大、造价和功耗高的技术缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种燃料电池车辆热管理系统，以减小散热风阻，降低燃料电池车辆的热管理功耗。

第一方面，本实用新型提供的燃料电池车辆热管理系统，车辆的前端安装有冷凝器和散热器，所述燃料电池车辆热管理系统包括：燃料电池发动机、储氢罐和动力电池，所述燃料电池发动机、所述储氢罐和所述动力电池皆安装于所述车辆的底部，以避让所述冷凝器和所述散热器的气流通道；

所述燃料电池发动机的辅件用于与后置驱动换热组件流体连通，并组合形成所述后置驱动换热组件的冷却循环流路。

结合第一方面，本实用新型提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述燃料电池发动机包括：燃料电池堆、第一液泵、第一加热器、第一换热器和第一旁通阀；

所述第一换热器和所述第一旁通阀的进口分别与所述燃料电池堆的冷却液出口流体连通，所述第一旁通阀的第一出口和所述第一换热器分别与所述第一液泵的进液管流体连通，所述第一旁通阀的第二出口与所述散热器流体连通，所述燃料电池堆的冷却液进口和所述第一加热器分别与所述第一液泵流体连通。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本实用新型提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述燃料电池发动机的辅件包括DC/DC转换器、中冷器和空气压缩器件；所述燃料电池堆连接所述DC/DC转换器，所述DC/DC转换器与所述空气压缩器件连接，所述空气压缩器件和所述中冷器分别与所述后置驱动换热组件流体连通。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本实用新型提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述后置驱动换热组件包括：第一电力驱动器件、第二液泵、第一溢水壶和第一低温散热器；

所述第二液泵、所述空气压缩器件、所述DC/DC转换器、所述第一电力驱动器件和所述第一低温散热器依次流体连通，并且所述第一低温散热器的出口与所述第二液泵的进口连通，以组成第一循环通路；

所述第二液泵、所述中冷器和所述第一低温散热器依次流体连通，以组成第二循环通路；

所述冷却循环流路包括所述第一循环通路和所述第二循环通路。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本实用新型提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述散热器的进液端与所述燃料电池堆的冷却液出口流体连通，所述散热器的出液端与所述第一液泵的进液管流体连通，所述散热器、第二溢水壶和所述第一液泵的进液管依次流体连通。

结合第一方面，本实用新型提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述燃料电池车辆热管理系统还包括空调换热组件；

所述空调换热组件包括：压缩机、冷却器、第二换热器和第一截止膨胀阀组；

所述动力电池的冷却液出口、所述第二换热器、所述第一截止膨胀阀组和所述冷凝器的进流管依次流体连通，所述冷凝器的排流管、所述压缩机、所述冷却器和所述动力电池的冷却液进口依次流体连通。

结合第一方面的第五种可能的实施方式，本实用新型提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述冷却器和所述动力电池的冷却液进口之间连通有第三溢水壶。

结合第一方面的第五种可能的实施方式，本实用新型提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述空调换热组件还包括：供热通风器件和第二截止膨胀阀组，所述冷凝器、所述第二截止膨胀阀组、所述供热通风器件和所述压缩机首尾依次连通。

结合第一方面的第七种可能的实施方式，本实用新型提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，所述空调换热组件还包括：第二旁通阀、第三液泵和第二加热器；

所述燃料电池发动机的冷却液出口、所述第二旁通阀、所述第三液泵、所述第二加热器和所述燃料电池发动机的冷却液进口依次流体连通；

所述第二加热器与所述燃料电池发动机的冷却液进口之间的管路与所述供热通风器件连接并换热；

所述供热通风器件与所述燃料电池发动机的冷却液进口流体连通，所述燃料电池发动机的冷却液进口与所述第二旁通阀的支路流体连通。

结合第一方面，本实用新型提供了第一方面的第九种可能的实施方式，其中，所述燃料电池车辆热管理系统还包括前置驱动换热组件；

所述前置驱动换热组件包括：第二电力驱动器件、第二低温散热器、第四液泵和第四溢水壶；

所述第二电力驱动器件、所述第二低温散热器和所述第四液泵首尾依次流体连通，所述第二低温散热器与所述第四液泵之间连通有所述第四溢水壶。

本实用新型实施例带来了以下有益效果：在车辆的前端安装有冷凝器和散热器的条件下，通过燃料电池发动机、储氢罐和动力电池皆安装于车辆的底部，从而避让冷凝器和散热器的气流通道；通过散热器可与前置驱动换热组件换热；通过燃料电池发动机的辅件可与后置驱动换热组件流体连通，并组合形成后置驱动换热组件的冷却循环流路。冷凝器和散热器的进气更加通畅，气流速度更高，散热系统压力小，无需过度增大散热器尺寸，在具有后置驱动的情况下无需通过车辆前端的散热器进行冷却，解决了换热管路过长的技术问题，并且降低了冷却换热功耗。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或相关技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的燃料电池车辆热管理系统的示意图。

图标：001-冷凝器；002-散热器；003-燃料电池发动机；301-燃料电池堆；302-DC/DC转换器；303-中冷器；304-空气压缩器件；305-第一液泵；306-第一加热器；307-第一换热器；308-第一旁通阀；004-储氢罐；005-动力电池；501-电池包；502-车载充电器；503-第五液泵；006-后置驱动换热组件；601-第一电力驱动器件；602-第二液泵；603-第一溢水壶；604-第一低温散热器；007-第二溢水壶；008-空调换热组件；801-压缩机；802-冷却器；803-第二换热器；804-第一截止膨胀阀组；805-第三溢水壶；806-供热通风器件；807-第二截止膨胀阀组；808-第二旁通阀；809-第三液泵；810-第二加热器；009-前置驱动换热组件；901-第二电力驱动器件；902-第二低温散热器；903-第四液泵；904-第四溢水壶。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。公式中的物理量，如无单独标注，应理解为国际单位制基本单位的基本量，或者，由基本量通过乘、除、微分或积分等数学运算导出的导出量。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1所示，本实用新型实施例提供的燃料电池车辆热管理系统，在车辆的前端安装有冷凝器001和散热器002，燃料电池车辆热管理系统包括：燃料电池发动机003、储氢罐004和动力电池005，燃料电池发动机003、储氢罐004和动力电池005皆安装于车辆的底部，以避让冷凝器001和散热器002的气流通道；燃料电池发动机003的辅件用于与后置驱动换热组件006流体连通，并组合形成后置驱动换热组件006的冷却循环流路。

具体的，位于车辆底部的燃料电池发动机003、储氢罐004和动力电池005避开了机舱区域，进而可使机舱保持空旷，位于前端的冷凝器001和散热器002进气更加通畅，气流速度更高，散热系统压力减小，无需配置大尺寸的散热器002，进而降低了散热器002的冷却风扇功率，系统中的水泵功率也可以适当降低，提高了整体散热效率，并降低了系统换热能耗。参见图1，燃料电池车辆热管理系统的布局由左至右分别为车辆的前端和后端，车头只有冷凝器001和散热器002两层散热结构，风阻更小，流经散热器002的风量更大，散热效率更高。本实施方式记载的燃料电池车辆热管理系统适用于搭载有前置驱动换热组件009的前置两驱车辆、搭载有后置驱动换热组件006的后置两驱车辆，还适用于同时搭载有后置驱动换热组件006和前置驱动换热组件009的四驱车辆。此外，燃料电池发动机003的辅件与后置驱动换热组件006流体连通，并组成了冷却循环流路，可以对后置驱动换热组件006进行冷却散热，后置驱动换热组件006无需通过管路连接至散热器002，不仅降低了车辆前端散热器002的散热负荷，而且缩短了换热管路的长度，降低了冷却换热功耗。

在本实用新型实施例中，燃料电池发动机003包括：燃料电池堆301、第一液泵305、第一加热器306、第一换热器307和第一旁通阀308；

第一换热器307和第一旁通阀308的进口分别与燃料电池堆301的冷却液出口流体连通，第一旁通阀308的第一出口和第一换热器307分别与第一液泵305的进液管流体连通，第一旁通阀308的第二出口与散热器002流体连通，燃料电池堆301的冷却液进口和第一加热器306分别与第一液泵305流体连通。

燃料电池发动机003的辅件包括DC/DC转换器302、中冷器303和空气压缩器件304；燃料电池堆301连接DC/DC转换器302，DC/DC转换器302与空气压缩器件304连接，空气压缩器件304和中冷器303分别与后置驱动换热组件006流体连通。

具体的，后置驱动换热组件006可作为后驱动力组件，其包括后驱电动机和后驱控制器，空气压缩器件304包括空气压缩机和连接空气压缩机的控制器，DC/DC转换器302、空气压缩器件304和后置驱动换热组件006串联，并与中冷器303并联。对于不同型号的零件及其中冷却液的温度和散热量，DC/DC转换器302、空气压缩器件304和后置驱动换热组件006的串联顺序可适当调整。其中，第一液泵305和第一加热器306首尾连通以组成加热循环管路，当流入燃料电池堆301的冷却液温度达到设定值时，可断开第一加热器306的电源以停止加热，如此完成冷启动阶段的小循环冷却液加热。该小循环冷却液加热的加热优选在动力电池005升温达标后开启，即：在冷却液被加热至一定温度后，小角度开启第一旁通阀308的第一出口，进而使冷却液分流至燃料电池堆301实现对冷却液加热，此时第一换热器307可接入循环，在第一加热器306持续工作的条件下，可使燃料电池堆301升温至能够开始工作的状态。

进一步的，后置驱动换热组件006包括：第一电力驱动器件601、第二液泵602、第一溢水壶603和第一低温散热器604；第二液泵602、空气压缩器件304、DC/DC转换器302、第一电力驱动器件601和第一低温散热器604依次流体连通，并且第一低温散热器604的出口与第二液泵602的进口连通，以组成第一循环通路；第二液泵602、中冷器303和第一低温散热器604依次流体连通，以组成第二循环通路；冷却循环流路包括第一循环通路和第二循环通路。DC/DC转换器302、空气压缩器件304及其控制器皆作为燃料电池发动机003的辅件，空气压缩器件304、DC/DC转换器302和第一电力驱动器件601产生的热量可通过冷却循环流路疏导并散去。

具体的，第一低温散热器604可配置为两个低温散热器，通过并联的两个低温散热器布置在车尾两侧区域，可实现对后驱电动机和燃电辅件冷却，零部件距离接近，无需通过车辆前端的散热器002对后置驱动器件进行散热，冷却管路布置短，冷却效率更高。

进一步的，散热器002的进液端与燃料电池堆301的冷却液出口流体连通，散热器002的出液端与第一液泵305的进液管流体连通，散热器002、第二溢水壶007和第一液泵305的进液管依次流体连通。

具体的，散热器002包括安装于车辆前端的第一高温散热器，以及与第一高温散热器串联的第二高温散热器，通过散热器002可对流经燃料电池堆301、且温度较高的冷却液进行散热降温。

进一步的，燃料电池车辆热管理系统还包括空调换热组件008；

空调换热组件008包括：压缩机801、冷却器802、第二换热器803和第一截止膨胀阀组804；

动力电池005的冷却液出口、第二换热器803、第一截止膨胀阀组804和冷凝器001的进流管依次流体连通，冷凝器001的排流管、压缩机801、冷却器802和动力电池005的冷却液进口依次流体连通。

具体的，第一截止膨胀阀组804包括串联的截止阀和热力膨胀阀，在乘员舱与动力电池热管理过程中，可将冷却后的冷却液通入动力电池005的冷却液进口，从而降低进入动力电池005的冷却液温度。并且，冷凝器001和空调换热组件008可参与乘员舱制冷，提高了冷凝器001和空调换热组件008利用率。

进一步的，冷却器802和动力电池005的冷却液进口之间连通有第三溢水壶805，第三溢水壶805配置在动力电池005的冷却液回路，可缓存过量的冷却液。

进一步的，空调换热组件008还包括：供热通风器件806和第二截止膨胀阀组807，冷凝器001、第二截止膨胀阀组807、供热通风器件806和压缩机801首尾依次连通。其中，供热通风器件806包括暖风芯体、风机和空调换热芯体，第二截止膨胀阀组807包括串联的截止阀和热力膨胀阀，开启第二截止膨胀阀组807、关闭第一截止膨胀阀组804，开启压缩机801，开启散热器002中的散热风扇，开启供热通风器件806中用于制冷的芯体风机，从而可以实现乘员舱制冷。

进一步的，空调换热组件008还包括：第二旁通阀808、第三液泵809和第二加热器810；燃料电池发动机003的冷却液出口、第二旁通阀808、第三液泵809、第二加热器810和燃料电池发动机003的冷却液进口依次流体连通；第二加热器810与燃料电池发动机003的冷却液进口之间的管路与供热通风器件806连接并换热；供热通风器件806与燃料电池发动机003的冷却液进口流体连通，燃料电池发动机003的冷却液进口与第二旁通阀808的支路流体连通。

具体的，供热通风器件806内的暖风芯体风机开始工作，可加热乘员舱，该循环在燃料电池堆301没有达到正常工作温度的情况下使用；当燃料电池堆301达到正常工作温度后，第二旁通阀808接通燃料电池堆301的冷却循环，关闭第二加热器810的电源，通过燃料电池堆301加热后的冷却液对乘员舱采暖。

进一步的，燃料电池车辆热管理系统还包括前置驱动换热组件009；前置驱动换热组件009包括：第二电力驱动器件901、第二低温散热器902、第四液泵903和第四溢水壶904；第二电力驱动器件901、第二低温散热器902和第四液泵903首尾依次流体连通，第二低温散热器902与第四液泵903之间连通有第四溢水壶904。

具体的，第二电力驱动器件901、第二低温散热器902和第四液泵903组成前置驱动的冷却循环，该循环完全独立，可以作为四驱车型的选择配置，不会对其他系统产生干扰，从热管理架构的角度，切换灵活。

采用上述燃料电池车辆热管理系统可根据不用工况，实现第一加热器306和第二加热器810协调进行冷启动，缩短冷启动时间。通过启动第五液泵503，可使燃料电池堆301的冷却循环参与快充阶段电池包501和车载充电器502的冷却，保证快充不超温。并且，缩短了后置驱动的冷却管路，提高了冷却效率。此外，第一电力驱动器件601和第二电力驱动器件901可分别作为前后驱动，前后驱动组件分别具有独立的散热设备，便于实现两驱和四驱的配置切换。相较于以往的料电池乘用车，第一电力驱动器件601由第一低温散热器604冷却降温，并与燃料电池BOP共享冷却系统。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种燃料电池车辆热管理系统，车辆的前端安装有冷凝器(001)和散热器(002)，其特征在于，所述燃料电池车辆热管理系统包括：燃料电池发动机(003)、储氢罐(004)和动力电池(005)，所述燃料电池发动机(003)、所述储氢罐(004)和所述动力电池(005)皆安装于所述车辆的底部，以避让所述冷凝器(001)和所述散热器(002)的气流通道；

所述燃料电池发动机(003)的辅件用于与后置驱动换热组件(006)流体连通，并组合形成所述后置驱动换热组件(006)的冷却循环流路。

2.根据权利要求1所述的燃料电池车辆热管理系统，其特征在于，所述燃料电池发动机(003)包括：燃料电池堆(301)、第一液泵(305)、第一加热器(306)、第一换热器(307)和第一旁通阀(308)；

所述第一换热器(307)和所述第一旁通阀(308)的进口分别与所述燃料电池堆(301)的冷却液出口流体连通，所述第一旁通阀(308)的第一出口和所述第一换热器(307)分别与所述第一液泵(305)的进液管流体连通，所述第一旁通阀(308)的第二出口与所述散热器(002)流体连通，所述燃料电池堆(301)的冷却液进口和所述第一加热器(306)分别与所述第一液泵(305)流体连通。

3.根据权利要求2所述的燃料电池车辆热管理系统，其特征在于，所述燃料电池发动机(003)的辅件包括DC/DC转换器(302)、中冷器(303)和空气压缩器件(304)；所述燃料电池堆(301)连接所述DC/DC转换器(302)，所述DC/DC转换器(302)与所述空气压缩器件(304)连接，所述空气压缩器件(304)和所述中冷器(303)分别与所述后置驱动换热组件(006)流体连通。

4.根据权利要求3所述的燃料电池车辆热管理系统，其特征在于，所述后置驱动换热组件(006)包括：第一电力驱动器件(601)、第二液泵(602)、第一溢水壶(603)和第一低温散热器(604)；

所述第二液泵(602)、所述空气压缩器件(304)、所述DC/DC转换器(302)、所述第一电力驱动器件(601)和所述第一低温散热器(604)依次流体连通，并且所述第一低温散热器(604)的出口与所述第二液泵(602)的进口连通，以组成第一循环通路；

所述第二液泵(602)、所述中冷器(303)和所述第一低温散热器(604)依次流体连通，以组成第二循环通路；

所述冷却循环流路包括所述第一循环通路和所述第二循环通路。

5.根据权利要求2所述的燃料电池车辆热管理系统，其特征在于，所述散热器(002)的出液端与所述第一液泵(305)的进液管流体连通，所述散热器(002)、第二溢水壶(007)和所述第一液泵(305)的进液管依次流体连通。

6.根据权利要求1或2所述的燃料电池车辆热管理系统，其特征在于，所述燃料电池车辆热管理系统还包括空调换热组件(008)；

所述空调换热组件(008)包括：压缩机(801)、冷却器(802)、第二换热器(803)和第一截止膨胀阀组(804)；

所述动力电池(005)的冷却液出口、所述第二换热器(803)、所述第一截止膨胀阀组(804)和所述冷凝器(001)的进流管依次流体连通，所述冷凝器(001)的排流管、所述压缩机(801)、所述冷却器(802)和所述动力电池(005)的冷却液进口依次流体连通。

7.根据权利要求6所述的燃料电池车辆热管理系统，其特征在于，所述冷却器(802)和所述动力电池(005)的冷却液进口之间连通有第三溢水壶(805)。

8.根据权利要求6所述的燃料电池车辆热管理系统，其特征在于，所述空调换热组件(008)还包括：供热通风器件(806)和第二截止膨胀阀组(807)，所述冷凝器(001)、所述第二截止膨胀阀组(807)、所述供热通风器件(806)和所述压缩机(801)首尾依次连通。

9.根据权利要求8所述的燃料电池车辆热管理系统，其特征在于，所述空调换热组件(008)还包括：第二旁通阀(808)、第三液泵(809)和第二加热器(810)；

所述燃料电池发动机(003)的冷却液出口、所述第二旁通阀(808)、所述第三液泵(809)、所述第二加热器(810)和所述燃料电池发动机(003)的冷却液进口依次流体连通；所述第二加热器(810)与所述燃料电池发动机(003)的冷却液进口之间的管路与所述供热通风器件(806)连接并换热；

所述供热通风器件(806)与所述燃料电池发动机(003)的冷却液进口流体连通，所述燃料电池发动机(003)的冷却液进口与所述第二旁通阀(808)的支路流体连通。

10.根据权利要求1所述的燃料电池车辆热管理系统，其特征在于，所述燃料电池车辆热管理系统还包括前置驱动换热组件(009)；

所述前置驱动换热组件(009)包括：第二电力驱动器件(901)、第二低温散热器(902)、第四液泵(903)和第四溢水壶(904)；

所述第二电力驱动器件(901)、所述第二低温散热器(902)和所述第四液泵(903)首尾依次流体连通，所述第二低温散热器(902)与所述第四液泵(903)之间连通有所述第四溢水壶(904)。

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