CN219800934U - 热管理系统及氢燃料电池车辆 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供一种热管理系统及氢燃料电池车辆。包括：氢燃料电池电堆；加热装置，用于根据环境温度和电池冷却液的温度对管路中的电池冷却液进行加热；散热装置，用于根据环境温度和电池冷却液的温度对电池冷却液进行散热；多个电控阀，包括依次串联的第一电控阀、第二电控阀和第三电控阀；其中，加热装置与第一电控阀、第二电控阀并联，散热装置与第二电控阀、第三电控阀并联。
Description
技术领域
本申请涉及新能源技术领域，具体涉及一种热管理系统及氢燃料电池车辆。
背景技术
氢燃料电池的电化学反应是一种放热反应，为了在氢燃料电池发电时将氢燃料电池的温度保持在一个相对稳定的范围内，需要设计一套温度可调的氢燃料电池热管理系统。传统的氢燃料电池系统将散热器通过管路直接与氢燃料电池连接，再通过一个温控阀绕过散热器形成旁通通道，使得管路中的冷却剂只在氢燃料电池和散热器之间循环，这种氢燃料电池系统只进行系统内部散热，而不进行外部散热。这会导致处于低温环境中的散热器通道中的冷却剂温度很低，一旦控制冷却剂从旁通通道流入至散热器通道时，低温的冷却剂会迅速地降低氢燃料电池内部温度，造成电堆冷启动失败。这种氢燃料电池热管理系统无法及时根据外部环境和内部冷却液温度的变化来调整管路中的冷却剂流向，以保证热管理系统内外温度的可调可控。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种热管理系统及氢燃料电池车辆。
为了实现上述目的，本实用新型第一方面提供一种热管理系统，包括：
氢燃料电池电堆；
加热装置，用于根据环境温度和电池冷却液的温度对管路中的电池冷却液进行加热；
散热装置，用于根据环境温度和电池冷却液的温度对电池冷却液进行散热；
多个电控阀，包括依次串联的第一电控阀、第二电控阀和第三电控阀；
其中，加热装置与第一电控阀、第二电控阀并联，散热装置与第二电控阀、第三电控阀并联。
在本申请的实施例中，第一电控阀的第一工作口(1A)与氢燃料电池电堆的出口通过管路连接，第一电控阀的第二工作口(1B)与加热装置通过管路连接，第一电控阀的第三工作口(1C)与第二电控阀的第四工作口(2D)通过管路连接；第二电控阀的第一工作口(2A)与加热装置通过管路连接，第二电控阀的第二工作口(2B)与散热装置连接，第二电控阀的第三工作口(2C)与第三电控阀的第一工作口(3A)连接；第三电控阀的第二工作口(3B)与散热装置连接，第三电控阀的第三工作口(3C)与氢燃料电池电堆的入口连接。
在本申请的实施例中，在环境温度和电池冷却液的温度满足预设低温条件的情况下：加热装置启动，以开启加热工作；第一电控阀的第一工作口(1A)和第二工作口(1B)连通，以使氢燃料电池电堆的出口处管路中的电池冷却液在流经第一电控阀的第一工作口(1A)和第二工作口(1B)后进入加热装置；第二电控阀的第一工作口(2A)和第三工作口(2C)连通，以及第三电控阀的第一工作口(3A)和第三工作口(3C)连通，以使电池冷却液从加热装置经第二电控阀的第一工作口(2A)、第三工作口(2C)后流入至第三电控阀的第一工作口(3A)，经第三电控阀的第三工作口(3C)流入至水泵，并经水泵后流入至氢燃料电池电堆。
在本申请的实施例中，在环境温度和电池冷却液的温度满足预设启动条件的情况下：加热装置启动，以开启加热工作；第一电控阀的第一工作口(1A)和第一电控阀的第二工作口(1B)连通，以使氢燃料电池电堆的出口处管路中的电池冷却液在流经第一电控阀的第一工作口(1A)和第二工作口(1B)后进入加热装置；第二电控阀的第一工作口(2A)、第二工作口(2B)以及第三工作口(2C)连通，以及第三电控阀的第一工作口(3A)、第二工作口(3B)以及第三工作口(3C)连通，以使电池冷却液从加热装置经第二电控阀的第一工作口(2A)进入第二电控阀后，经第二电控阀的第二工作口(2B)流入至散热装置，并经第三电控阀的第二工作口(3B)进入第三电控阀，以及使电池冷却液从加热装置经第二电控阀的第三工作口(2C)和第三电控阀的第一工作口(3A)进入第三电控阀，并经第三电控阀的第三工作口(3C)流入至水泵，并经水泵后流入至氢燃料电池电堆。
在本申请的实施例中，在环境温度和电池冷却液的温度满足第一散热条件的情况下：加热装置关闭，以停止加热工作；第一电控阀的第一工作口(1A)和第三工作口(1C)连通；第二电控阀的第二工作口(2B)、第三工作口(2C)以及第四工作口(2D)连通；第三电控阀的第一工作口(3A)、第二工作口(3B)和第三工作口(3C)连通，以使氢燃料电池电堆的出口处管路中的电池冷却液在流经第一电控阀的第一工作口(1A)和第三工作口(1C)后，经第二电控阀的第四工作口(2D)进入第二电控阀后，分别经第二电控阀的第二工作口(2B)和第三工作口(2C)流入至散热装置和第三电控阀，并经第三电控阀的第三工作口(2C)流入至水泵，并经水泵后流入至氢燃料电池电堆。
在本申请的实施例中，在环境温度和电池冷却液的温度满足第二散热条件的情况下：加热装置关闭，以停止加热工作；第一电控阀的第一工作口(1A)和第三工作口(1C)连通，以及第二电控阀的第二工作口(2B)和第四工作口(2D)连通，以使氢燃料电池电堆的出口处管路中的电池冷却液在流经第一电控阀的第一工作口(1A)和第三工作口(1C)后，经第二电控阀的第四工作口(2D)进入第二电控阀，并经第二电控阀的第二工作口(2B)流入至散热装置；第三电控阀的第二工作口(3B)和第三工作口(3C)连通，以使电池冷却液从散热装置经第三电控阀的第二工作口(3B)入第三电控阀，并经第三电控阀的第三工作口(3C)流入至水泵，并经水泵后流入至氢燃料电池电堆。
在本申请的实施例中，还包括温度传感器，温度传感器包括：第一温度传感器，安装于水泵与氢燃料电池电堆之间连接的管路，用于检测氢燃料电池电堆与水泵之间的管路中电池冷却液的第一冷却液温度；第二温度传感器，安装于第一电控阀与氢燃料电池电堆之间连接的管路，用于检测氢燃料电池电堆与第一电控阀之间的管路中电池冷却液的第二冷却液温度；第三温度传感器，安装于第二电控阀与散热装置之间连接的管路，用于检测与第二电控阀连接的外部管路的第一环境温度；第四温度传感器，安装于第三电控阀与散热装置之间连接的管路，用于检测与第三电控阀连接的外部管路的第二环境温度。
在本申请的实施例中，温度传感器还包括第五温度传感器，安装于第三电控阀与水泵之间的管路，用于检测水泵与第三电控阀之间的管路中电池冷却液的第三冷却液温度。
在本申请的实施例中，在第一冷却液温度、第二冷却液温度、第一环境温度以及第二环境温度均小于第一预设数值的情况下，确定环境温度和电池冷却液的温度满足预设低温条件；在满足以下全部条件的情况下，确定环境温度和电池冷却液的温度满足预设启动条件：第一冷却液温度、第二冷却液温度、第一环境温度以及第二环境温度中的至少一个大于或等于第一预设数值；第一冷却液温度、第二冷却液温度以及第三冷却液温度均大于第一预设数值，且均小于第二预设数值。
在本申请的实施例中，在满足以下全部条件的情况下，确定环境温度和电池冷却液的温度满足第一散热条件：第二冷却液温度和第三冷却液温度均大于第一预设数值，且均小于第三预设数值；第二冷却液温度与第三冷却液温度之间的差值小于第二预设数值，其中，第二预设数值大于第一预设数值且小于第三预设数值；在满足以下任意一个条件的情况下，确定环境温度和电池冷却液的温度满足第二散热条件：第二冷却液温度和第三冷却液温度均大于第一预设数值，且均小于第四预设数值，并且第二冷却液温度与第三冷却液温度之间的差值小于第五预设数值；第二冷却液温度和第三冷却液温度均大于氢燃料电池电堆的允许最大出口温度，其中，第四预设数值大于第三预设数值，第五预设数值大于第一预设数值且小于第二预设数值。
本申请第二方面提供一种氢燃料电池车辆，包括上述的热管理系统。
通过上述技术方案，实现了热管理系统内外温度的可调可控。通过加热装置与依次串联的第一电控阀、第二电控阀的并联连接，散热装置与依次串联的第二电控阀、第三电控阀的并联连接，能够使得可以根据热管理系统的加热、散热需求分别调整三个电控阀端口连接的关系，使得管路中的电池冷却液在热管理系统中的不同循环水路中流动，从而通过电池冷却液将氢燃料电池电堆产生的热量传递至散热装置进行散热，将加热装置产生的热量传递至氢燃料电池电堆进行加热。有效平衡了热管理系统的温度，将热管理系统的温度保持在一个相对稳定的范围内，能够避免温度骤变导致的电池冷却液流入氢燃料电池电堆造成冷冲击的问题。
本申请实施例的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本申请实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本申请实施例，但并不构成对本申请实施例的限制。在附图中：
图1示意性示出了根据本申请实施例的热管理系统的结构框图；
图2示意性示出了根据本申请实施例的第一循环通道的冷却液流向图；
图3示意性示出了根据本申请实施例的第二循环通道的冷却液流向图；
图4示意性示出了根据本申请实施例的第三循环通道的冷却液流向图；
图5示意性示出了根据本申请实施例的第四循环通道的冷却液流向图。
附图标记
100 氢燃料电池电堆 200 加热装置
300 散热装置 400 控制器
500 第一电控阀 600 第二电控阀
700 第三电控阀 800 水泵
900 补水水箱 1000 去离子器
T1第一温度传感器 T2第二温度传感器
T3第三温度传感器 T4第四温度传感器
T5第五温度传感器
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本申请实施例，并不用于限制本申请实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
图1示意性示出了根据本申请实施例的热管理系统的结构框图。如图1所示，在本申请一实施例中，提供了一种热管理系统，该热管理系统包括：
氢燃料电池电堆100；
加热装置200，用于根据环境温度和电池冷却液的温度对管路中的电池冷却液进行加热；
散热装置300，用于根据环境温度和电池冷却液的温度对电池冷却液进行散热；
多个电控阀，包括依次串联的第一电控阀500、第二电控阀600和第三电控阀700；
其中，加热装置200与第一电控阀500、第二电控阀600并联，散热装置300与第二电控阀600、第三电控阀700并联。
在本技术方案中，设计了一种由三个串联的电控阀和多段管路将氢燃料电池电堆100、加热装置200以及散热装置300连接起来形成的热管理系统闭合回路。其中，氢燃料电池是一种将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置，其电化学反应过程是一种放热过程。氢燃料电池电堆100，顾名思义是由多个燃料电池单体以串联方式层叠组合构成的，是一种能够发生电化学反应的场所，是燃料电池系统(或燃料电池发动机)的核心部分。电堆工作时，氢气和氧气分别经电堆气体主通道分配至各单电池的双极板，经双极板导流均匀分配至电极，通过电极支撑体与催化剂接触进行电化学反应。加热装置200可以是指加热器，加热器是一种常用的加热器件，其原理核心的是能量转换，最广泛的就是将电能转换成热能，即为常见的电加热器，电加热器体积小，加热功率高，使用十分广泛，采用智能控制模式，控温精度高，可与计算机联网，在本技术方案中用于低温启动时迅速抬升电堆内部温度，加快启动速度。散热装置300是指用来释放热量的一系列装置的统称，在本技术方案中，散热装置300可以是指散热器。具体地，氢燃料电池电堆100的入口与第一电控阀500的第一工作口(1A)连接，氢燃料电池电堆100的出口与第三电控阀700的第三工作口(3C)连接。加热装置200与第一电控阀500和第二电控阀600并联，加热装置200的一端与第一电控阀500的第二工作口(2A)连接，加热装置200的另一端与第二电控阀的第一工作口(2A)连接。散热装置300与第二电控阀600和第三电控阀700并联，散热装置300的一端与第二电控阀的第二工作口(2B)连接，散热装置300的另一端与第三电控阀的第二工作口(3B)连接。电池冷却液温度是指在热管理系统中管路内部流动的电池冷却液的温度，环境温度可以是指热管理系统中管路外部的温度，在本技术方案中，可与管路外部环境进行直接接触的装置为散热装置300，因此，环境温度可以是指与散热装置300两端连接的管路的外部温度。此外，加热装置200与第一电控阀500和第二电控阀600通过管路并联，散热装置300与第二电控阀600和第三电控阀700通过管路并联，这种将加热、散热装置与电控阀进行并联的连接方式，能够高效地根据实际需求在加热与散热之间进行快速切换。具体地，能够根据环境温度和电池冷却液的温度情况，将加热装置200或散热装置300接入，以达到对管路中冷却液加热或散热的效果。其次，将加热装置200、散热装置300以及三个电控阀用管路进行并联，还可在加热装置200、散热装置300以及电控阀损坏的情况下，单独拆卸更换损坏的装置不会影响其余装置的正常使用。
第一电控阀500和第三电控阀700均为电控三通阀，三通阀顾名思义是指具有三个接口的阀门，第二电控阀600为电控四通阀，在本技术方案中，第一电控阀500、第二电控阀600以及第三电控阀700串联连接共同构成一个三阀组。其中，阀组为阀门的集合，即将多个阀门组合成一个，安装方便，是热工控制中不可或缺的重要配件，阀组主要分为二阀组、三阀组以及五阀组，二组阀是二个单阀组合在一起，三组阀则是三个单阀组合在一起，以此类推。其中，常见的三阀组通常由阀体、两个截止阀以及一个平衡阀组成，第一电控阀500和第三电控阀700可以是截止阀，第二电控阀600可以是平衡阀，合理利用三阀组能够有效平衡管路内部的压差值大小。
上述技术方案，实现了热管理系统内外温度的可调可控。通过加热装置与依次串联的第一电控阀、第二电控阀的并联连接，散热装置与依次串联的第二电控阀、第三电控阀的并联连接，能够使得可以根据热管理系统的需求分别调整三个电控阀端口连接的关系，使得管路中的电池冷却液在热管理系统中的不同循环水路中流动，从而通过电池冷却液将氢燃料电池电堆产生的热量传递至散热装置进行散热，将加热装置产生的热量传递至氢燃料电池电堆进行加热。有效平衡了热管理系统的温度，能够避免温度骤变导致的电池冷却液流入氢燃料电池电堆造成冷冲击的问题。
在一个实施例中，在串联连接的三阀组第一电控阀500、第二电控阀600和第三电控阀700中，第一电控阀500的第一工作口(1A)与氢燃料电池电堆100的出口通过管路连接，第一电控阀500的第二工作口(1B)与加热装置200通过管路连接，第一电控阀500的第三工作口(1C)与第二电控阀600的第四工作口(2D)通过管路连接。第二电控阀600的第一工作口(2A)与加热装置200通过管路连接，第二电控阀600的第二工作口(2B)与散热装置300连接，第二电控阀600的第三工作口(2C)与第三电控阀700的第一工作口(3A)连接。第三电控阀700的第二工作口(3B)与散热装置300连接，第三电控阀700的第三工作口(3C)与氢燃料电池电堆100的入口连接。
在一个实施例中，如图2所示，提供了第一循环通道冷却液流向图。其中，第一循环通道可以是指无需散热的小循环通道。此时，热管理系统的内外环境温度过低，为保障热管理系统能够正常启动，电池冷却液在第一循环通道中流动，从而将加热装置200产生的热量传递至氢燃料电池电堆100。
进一步地，在环境温度和电池冷却液的温度满足预设低温条件的情况下，加热装置200启动，以开启加热工作。第一电控阀500和第二电控阀600分别调整各端口的连接关系，使得电池冷却液在第一循环通道中流动，具体表现为：第一电控阀500的第一工作口(1A)和第二工作口(1B)连通，以使氢燃料电池电堆100的出口处管路中的电池冷却液在流经第一电控阀500的第一工作口(1A)和第二工作口(1B)后进入加热装置100。第二电控阀600的第一工作口(2A)和第三工作口(2C)连通，以及第三电控阀700的第一工作口(3A)和第三工作口(3C)连通，以使电池冷却液从加热装置200经第二电控阀600的第一工作口(2A)、第三工作口(2C)后流入至第三电控阀700的第一工作口(3A)，经第三电控阀700的第三工作口(3C)流入至水泵800，并经水泵800后流入至氢燃料电池电堆100，从而将加热装置200产生的热量传递至氢燃料电池电堆100，以给氢燃料电池电堆100加热。其中，水泵800是指输送液体或使液体增压的机械，在本技术方案中，用于输送和增压管路中的电池冷却液。
在一个实施例中，如图3所示，提供了第二循环通道冷却液流向图。其中，第二循环通道可以是指加热温混通道。此时，确定环境温度和电池冷却液温度达到氢燃料电池电堆100的启动温度，可通过加热装置200对电池冷却液进行加热的同时也通过散热装置300对电池冷却液进行散热，从而保障热管理系统内外环境温差平衡，避免内外环境温差过大导致电堆冷冲击的问题。
进一步地，在环境温度和电池冷却液的温度满足预设启动条件的情况下，加热装置200启动，以开启加热工作。第一电控阀500和第二电控阀600分别调整各端口的连接关系，使得电池冷却液由第一循环通道切换为在第二循环通道中流动，具体表现为：第一电控阀500的第一工作口(1A)和第一电控阀500的第二工作口(1B)连通，以使氢燃料电池电堆100的出口处管路中的电池冷却液在流经第一电控阀500的第一工作口(1A)和第二工作口(1B)后进入加热装置200。第二电控阀600的第一工作口(2A)、第二工作口(2B)以及第三工作口(2C)连通，以及第三电控阀700的第一工作口(3A)、第二工作口(3B)以及第三工作口(3C)连通，以使电池冷却液从加热装置200经第二电控阀600的第一工作口(2A)进入第二电控阀600后，经第二电控阀600的第二工作口(2B)流入至散热装置300，并经第三电控阀700的第二工作口(3B)进入第三电控阀700，以及使电池冷却液从加热装置200经第二电控阀600的第三工作口(2C)和第三电控阀700的第一工作口(3A)第三电控阀700，并经第三电控阀700的第三工作口(3C)流入至水泵800，并经水泵800后流入至氢燃料电池电堆100。
在一个实施例中，如图4所示，提供了第三循环通道冷却液流向图。其中，第三循环通道可以是指不加热温混通道。此时，热管理系统的内外温度相差不大且氢燃料电池电堆100的温度已达到无需通过电池冷却液传递过来的热量进行加热的程度。
进一步地，在环境温度和电池冷却液的温度满足第一散热条件的情况下，加热装置200关闭，以停止加热工作。第一电控阀500、第二电控阀600以及第三电控阀700分别调整各端口的连接关系，使得电池冷却液由第二循环通道切换为在第三循环通道中流动，具体表现为：第一电控阀500的第一工作口(1A)和第三工作口(1C)连通。第二电控阀600的第二工作口(2B)、第三工作口(2C)以及第四工作口(2D)连通。第三电控阀600的第一工作口(3A)、第二工作口(3B)和第三工作口(3C)连通，以使氢燃料电池电堆100的出口处管路中的电池冷却液在流经第一电控阀500的第一工作口(1A)和第三工作口(1C)后，经第二电控阀600的第四工作口(2D)进入第二电控阀600后，分别经第二电控阀600的第二工作口(2B)和第三工作口(2C)流入至散热装置300和第三电控阀700，并经第三电控阀700的第三工作口(2C)流入至水泵800，并经水泵800后流入至氢燃料电池电堆100，从而将氢燃料电池电堆100产生的热量通过管路中的电池冷却液传递至散热装置300，以给氢燃料电池电堆100散热。
在一个实施例中，如图5所示，提供了第四循环通道冷却液流向图。其中，第四循环通道可以是指只需散热的大循环通道。此时，热管理系统的内外温度达到氢燃料电池电堆100的散热温度，为防止电堆温度迟滞而散热不及时造成热管理系统超温造成氢燃料电池电堆100损坏，通过电池冷却液在第四循环通道中流动，从而使氢燃料电池电堆100产生的热量传递至散热装置300进行散热。
进一步地，在环境温度和电池冷却液的温度满足第二散热条件的情况下，加热装置200关闭，以停止加热工作。第一电控阀500和第三电控阀700分别调整各端口的连接关系，使得电池冷却液由第三循环通道切换为在第四循环通道中流动，具体表现为：第一电控阀500的第一工作口(1A)和第三工作口(1C)连通，以及第二电控阀600的第二工作口(2B)和第四工作口(2D)连通，以使氢燃料电池电堆100的出口处管路中的电池冷却液在流经第一电控阀500的第一工作口(1A)和第三工作口(1C)后，经第二电控阀600的第四工作口(2D)进入第二电控阀600，并经第二电控阀600的第二工作口(2B)流入至散热装置300。第三电控阀700的第二工作口(3B)和第三工作口(3C)连通，以使电池冷却液从散热装置300经第三电控阀700的第二工作口(3B)入第三电控阀700，并经第三电控阀700的第三工作口(3C)流入至水泵800，并经水泵800后流入至氢燃料电池电堆100，从而将氢燃料电池电堆100产生的热量通过管路中的电池冷却液传递至散热装置300，以给氢燃料电池电堆100散热。
在一个实施例中，热管理系统还包括控制器400和温度传感器。其中，温度传感器是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。温度传感器包括第一温度传感器T1、第二温度传感器T2、第三温度传感器T3以及第四温度传感器T4，控制器400可用于接收第一温度传感器T1、第二温度传感器T2、第三温度传感器T3以及第四温度传感器T4分别检测到的温度信号，以了解热管理系统内外的温度情况。第一温度传感器T1安装于水泵800与氢燃料电池电堆100之间连接的管路，用于检测氢燃料电池电堆100与水泵800之间的管路中电池冷却液的第一冷却液温度。第二温度传感器T2安装于第一电控阀500与氢燃料电池电堆100之间连接的管路，用于检测氢燃料电池电堆100与第一电控阀500之间的管路中电池冷却液的第二冷却液温度。第三温度传感器T3装于第二电控阀600与散热装置300之间连接的管路，用于检测与第二电控阀600连接的外部管路的第一环境温度。第四温度传感器T4安装于第三电控阀700与散热装置300之间连接的管路，用于检测与第三电控阀700连接的外部管路的第二环境温度。
进一步地，在第一温度传感器T1、第二温度传感器T2、第三温度传感器T3以及第四温度传感器T4检测到的第一冷却液温度、第二冷却液温度、第一环境温度以及第二环境温度均小于第一预设数值的情况下，确定环境温度和电池冷却液的温度满足预设低温条件。其中，第一预设数值可结合实际根据需求设定。在本技术方案中，第一预设值可以是指0℃，即可以是指在确定检测到的第一冷却液温度、第二冷却液温度、第一环境温度以及第二环境温度均小于0℃的情况下，确定环境温度和电池冷却液的温度满足预设低温条件，第一电控阀500和第二电控阀600分别调整各端口的连接关系，使得电池冷却液在第一循环通道中流动。加热装置200启动，以开启加热工作。具体地，第一电控阀500的第一工作口(1A)和第二工作口(1B)连通，以使氢燃料电池电堆100的出口处管路中的电池冷却液在流经第一电控阀500的第一工作口(1A)和第二工作口(1B)后进入加热装置100。第二电控阀600的第一工作口(2A)和第三工作口(2C)连通，以及第三电控阀700的第一工作口(3A)和第三工作口(3C)连通，以使电池冷却液从加热装置200经第二电控阀600的第一工作口(2A)、第三工作口(2C)后流入至第三电控阀700的第一工作口(3A)，经第三电控阀700的第三工作口(3C)流入至水泵800，并经水泵800后流入至氢燃料电池电堆100，从而将加热装置200产生的热量传递至氢燃料电池电堆100，以给氢燃料电池电堆100加热。
在一个实施例中，温度传感器还包括第五温度传感器T5，第五温度传感器T5安装于第三电控阀700与水泵800之间的管路，用于检测水泵800与第三电控阀700之间的管路中电池冷却液的第三冷却液温度。在第一温度传感器T1、第二温度传感器T2、第三温度传感器T3以及第四温度传感器T4检测到的第一冷却液温度、第二冷却液温度、第一环境温度以及第二环境温度中的至少一个大于或等于第一预设数值。且同时第一冷却液温度、第二冷却液温度以及第三冷却液温度均大于第一预设数值，且均小于第二预设数值的情况下，确定环境温度和电池冷却液的温度满足预设启动条件。其中，第二预设数值可结合实际根据需求设定。在本技术方案中，第二预设数值可以是指5℃，第一预设数值可以是指0℃，即可以是指在第一冷却液温度、第二冷却液温度以及第三冷却液温度均大于0℃，且均小于5℃的情况下，第一电控阀500和第二电控阀600分别调整各端口的连接关系，使得电池冷却液由第一循环通道切换为在第二循环通道中流动。加热装置200启动，以开启加热工作。具体地，第一电控阀500的第一工作口(1A)和第一电控阀500的第二工作口(1B)连通，以使氢燃料电池电堆100的出口处管路中的电池冷却液在流经第一电控阀500的第一工作口(1A)和第二工作口(1B)后进入加热装置200。第二电控阀600的第一工作口(2A)、第二工作口(2B)以及第三工作口(2C)连通，以及第三电控阀700的第一工作口(3A)、第二工作口(3B)以及第三工作口(3C)连通，以使电池冷却液从加热装置200经第二电控阀600的第一工作口(2A)进入第二电控阀600后，经第二电控阀600的第二工作口(2B)流入至散热装置300，并经第三电控阀700的第二工作口(3B)进入第三电控阀700，以及使电池冷却液从加热装置200经第二电控阀600的第三工作口(2C)和第三电控阀700的第一工作口(3A)第三电控阀700，并经第三电控阀700的第三工作口(3C)流入至水泵800，并经水泵800后流入至氢燃料电池电堆100。
进一步地，在第二温度传感器T2和第五温度传感器T5检测到的第二冷却液温度和第三冷却液温度均大于第一预设数值，且均小于第三预设数值。且同时第二冷却液温度与第三冷却液温度之间的差值小于第二预设数值的情况下，确保环境温度和电池冷却液的温度满足第一散热条件。其中，第二预设数值大于第一预设数值且小于第三预设数值。第三预设数值可结合实际根据需求设定，在本技术方案中，第三预设数值可以是指10℃，第二预设数值可以是指5℃，第一预设数值可以是指0℃，即在第二冷却液温度和第三冷却液温度均大于0℃，且均小于10℃，第二冷却液温度与第三冷却液温度之间的差值小于5℃的情况下，第一电控阀500、第二电控阀600以及第三电控阀700分别调整各端口的连接关系，使得电池冷却液由第二循环通道切换为在第三循环通道中流动。加热装置200关闭，以停止加热工作。具体地，第一电控阀500的第一工作口(1A)和第三工作口(1C)连通。第二电控阀600的第二工作口(2B)、第三工作口(2C)以及第四工作口(2D)连通。第三电控阀600的第一工作口(3A)、第二工作口(3B)和第三工作口(3C)连通，以使氢燃料电池电堆100的出口处管路中的电池冷却液在流经第一电控阀500的第一工作口(1A)和第三工作口(1C)后，经第二电控阀600的第四工作口(2D)进入第二电控阀600后，分别经第二电控阀600的第二工作口(2B)和第三工作口(2C)流入至散热装置300和第三电控阀700，并经第三电控阀700的第三工作口(2C)流入至水泵800，并经水泵800后流入至氢燃料电池电堆100，从而将氢燃料电池电堆100产生的热量通过管路中的电池冷却液传递至散热装置300，以给氢燃料电池电堆100散热。
进一步地，在第二温度传感器T2和第五温度传感器T5检测到的第二冷却液温度和第三冷却液温度均大于第一预设数值，且均小于第四预设数值，第二冷却液温度与所述第三冷却液温度之间的差值小于第五预设数值。或者第二冷却液温度和第三冷却液温度均大于氢燃料电池电堆100的允许最大出口温度的情况下，确定环境温度和电池冷却液的温度满足第二散热条件。其中，第四预设数值大于第三预设数值，第五预设数值大于第一预设数值且小于第二预设数值。第四预设数值、第五预设数值以及氢燃料电池电堆100的允许最大出口温度可结合实际根据需求设定。在本技术方案中，第四预设数值可以是指25℃，第五预设数值可以是指2℃，第三预设数值可以是指10℃，第二预设数值可以是指5℃，第一预设数值可以是指0℃，即在第二冷却液温度和第三冷却液温度均大于0℃，且均小于25℃，并且第二冷却液温度与第三冷却液温度之间的差值小于5℃的情况下，或者第二冷却液温度和第三冷却液温度均大于氢燃料电池电堆100的允许最大出口温度的情况下，第一电控阀500和第三电控阀700分别调整各端口的连接关系，使得电池冷却液由第三循环通道切换为在第四循环通道中流动。加热装置200关闭，以停止加热工作。具体地，第一电控阀500的第一工作口(1A)和第三工作口(1C)连通，以及第二电控阀600的第二工作口(2B)和第四工作口(2D)连通，以使氢燃料电池电堆100的出口处管路中的电池冷却液在流经第一电控阀500的第一工作口(1A)和第三工作口(1C)后，经第二电控阀600的第四工作口(2D)进入第二电控阀600，并经第二电控阀600的第二工作口(2B)流入至散热装置300。第三电控阀700的第二工作口(3B)和第三工作口(3C)连通，以使电池冷却液从散热装置300经第三电控阀700的第二工作口(3B)入第三电控阀700，并经第三电控阀700的第三工作口(3C)流入至水泵800，并经水泵800后流入至氢燃料电池电堆100，从而将氢燃料电池电堆100产生的热量通过管路中的电池冷却液传递至散热装置300，以给氢燃料电池电堆100散热。
在一个实施例中，热管理系统还包括补水水箱900和去离子器1000。其中，去离子器1000是指吸附由燃料电池电堆及冷却水路相关零部件所释放出来的阴阳离子，使冷却水路的电导率维持在较低数值，防止系统漏电的一种装置，在本技术方案中可以是指用来保证电安全和防止电堆腐蚀(降低冷却剂中的离子数目)。补水水箱900是指用于容纳补水的水箱，在本技术方案中，可以是指存储电池冷却液的水箱。具体地，补水水箱900的一端与去离子器1000连接，补水水箱900的另一端与第三电控阀700的第三工作口(3C)和水泵连接。去离子器1000的一端与补水水箱900连接，去离子器1000的另一端与第一电控阀500的第一工作口(1A)和氢燃料电池电堆100连接。
在一个实施例中，提供了一种氢燃料电池车辆，包括上述的热管理系统。其中，氢燃料电池车辆是指以氢燃料电池为能源的一系列汽车的统称。燃料电池的燃料是氢和氧，生成物是清洁的水，它本身工作不产生一氧化碳和二氧化碳，也没有硫和微粒排出。因此，氢燃料电池汽车在理论上是真正意义上的零排放、零污染的车。
本技术方案引入了两个三通温控阀、一个四通温控阀以及五个温度传感器，通过五个温度传感器实时对管路外部的环境温度与管路内部的电池冷却液温度进行监测，通过三个温控阀将热管理系统的通道细化为小循环通道、加热温混通道、不加热温混通道以及大循环通道，并将温度状态划分为四个阶段分别四种不同的循环通道。根据热管理系统内外温度的不断上升，调整三个温控阀的端口连接关系，使得管路中的电池冷却液在四种不同循环通道中切换流动，以通过电池冷却液将加热器的热量传递给电堆进行加热，或将氢燃料电池电堆的热量传递给散热器进行散热。这种可调可控的温度模式保证了热管理系统温度的平衡，能有效避免热管理系统温度骤变带来的冷却液流入电堆造成的冷冲击问题。
还需要说明的是，术语“包括”“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (10)
1.一种热管理系统，其特征在于，包括：
氢燃料电池电堆；
加热装置，用于根据环境温度和电池冷却液的温度对管路中的电池冷却液进行加热；
散热装置，用于根据所述环境温度和所述电池冷却液的温度对所述电池冷却液进行散热；
多个电控阀，包括依次串联的第一电控阀、第二电控阀和第三电控阀；
其中，所述加热装置与所述第一电控阀、所述第二电控阀并联，所述散热装置与所述第二电控阀、所述第三电控阀并联。
2.根据权利要求1所述的热管理系统，其特征在于，所述第一电控阀的第一工作口(1A)与所述氢燃料电池电堆的出口通过管路连接，所述第一电控阀的第二工作口(1B)与所述加热装置通过管路连接，所述第一电控阀的第三工作口(1C)与第二电控阀的第四工作口(2D)通过管路连接；
所述第二电控阀的第一工作口(2A)与所述加热装置通过管路连接，所述第二电控阀的第二工作口(2B)与所述散热装置连接，所述第二电控阀的第三工作口(2C)与第三电控阀的第一工作口(3A)连接；
所述第三电控阀的第二工作口(3B)与所述散热装置连接，所述第三电控阀的第三工作口(3C)与所述氢燃料电池电堆的入口连接。
3.根据权利要求1所述的热管理系统，其特征在于，在环境温度和电池冷却液的温度满足预设低温条件的情况下：
所述加热装置启动，以开启加热工作；
所述第一电控阀的第一工作口(1A)和第二工作口(1B)连通，以使所述氢燃料电池电堆的出口处管路中的电池冷却液在流经所述第一电控阀的第一工作口(1A)和第二工作口(1B)后进入所述加热装置；
所述第二电控阀的第一工作口(2A)和第三工作口(2C)连通，以及所述第三电控阀的第一工作口(3A)和第三工作口(3C)连通，以使所述电池冷却液从所述加热装置经所述第二电控阀的第一工作口(2A)、第三工作口(2C)后流入至所述第三电控阀的第一工作口(3A)，经所述第三电控阀的第三工作口(3C)流入至水泵，并经所述水泵后流入至所述氢燃料电池电堆。
4.根据权利要求1所述的热管理系统，其特征在于，在环境温度和电池冷却液的温度满足预设启动条件的情况下：
所述加热装置启动，以开启加热工作；
所述第一电控阀的第一工作口(1A)和第一电控阀的第二工作口(1B)连通，以使所述氢燃料电池电堆的出口处管路中的电池冷却液在流经所述第一电控阀的第一工作口(1A)和第二工作口(1B)后进入所述加热装置；
所述第二电控阀的第一工作口(2A)、第二工作口(2B)以及第三工作口(2C)连通，以及所述第三电控阀的第一工作口(3A)、第二工作口(3B)以及第三工作口(3C)连通，以使所述电池冷却液从所述加热装置经所述第二电控阀的第一工作口(2A)进入所述第二电控阀后，经所述第二电控阀的第二工作口(2B)流入至所述散热装置，并经所述第三电控阀的第二工作口(3B)进入所述第三电控阀，以及使所述电池冷却液从所述加热装置经所述第二电控阀的第三工作口(2C)和所述第三电控阀的第一工作口(3A)进入所述第三电控阀，并经所述第三电控阀的第三工作口(3C)流入至水泵，并经所述水泵后流入至所述氢燃料电池电堆。
5.根据权利要求1所述的热管理系统，其特征在于，在环境温度和电池冷却液的温度满足第一散热条件的情况下：
所述加热装置关闭，以停止加热工作；
所述第一电控阀的第一工作口(1A)和第三工作口(1C)连通；
所述第二电控阀的第二工作口(2B)、第三工作口(2C)以及第四工作口(2D)连通；
所述第三电控阀的第一工作口(3A)、第二工作口(3B)和第三工作口(3C)连通，以使所述氢燃料电池电堆的出口处管路中的电池冷却液在流经所述第一电控阀的第一工作口(1A)和第三工作口(1C)后，经所述第二电控阀的第四工作口(2D)进入所述第二电控阀后，分别经所述第二电控阀的第二工作口(2B)和第三工作口(2C)流入至所述散热装置和所述第三电控阀，并经所述第三电控阀的第三工作口(2C)流入至水泵，并经所述水泵后流入至所述氢燃料电池电堆。
6.根据权利要求1所述的热管理系统，其特征在于，在环境温度和电池冷却液的温度满足第二散热条件的情况下：
所述加热装置关闭，以停止加热工作；
所述第一电控阀的第一工作口(1A)和第三工作口(1C)连通，以及所述第二电控阀的第二工作口(2B)和第四工作口(2D)连通，以使所述氢燃料电池电堆的出口处管路中的电池冷却液在流经所述第一电控阀的第一工作口(1A)和第三工作口(1C)后，经所述第二电控阀的第四工作口(2D)进入所述第二电控阀，并经所述第二电控阀的第二工作口(2B)流入至所述散热装置；
所述第三电控阀的第二工作口(3B)和第三工作口(3C)连通，以使所述电池冷却液从所述散热装置经所述第三电控阀的第二工作口(3B)入所述第三电控阀，并经所述第三电控阀的第三工作口(3C)流入至水泵，并经所述水泵后流入至所述氢燃料电池电堆。
7.根据权利要求1所述的热管理系统，其特征在于，还包括温度传感器，所述温度传感器包括：
第一温度传感器，安装于水泵与所述氢燃料电池电堆之间连接的管路，用于检测所述氢燃料电池电堆与所述水泵之间的管路中电池冷却液的第一冷却液温度；
第二温度传感器，安装于所述第一电控阀与所述氢燃料电池电堆之间连接的管路，用于检测所述氢燃料电池电堆与所述第一电控阀之间的管路中电池冷却液的第二冷却液温度；
第三温度传感器，安装于所述第二电控阀与所述散热装置之间连接的管路，用于检测与所述第二电控阀连接的外部管路的第一环境温度；
第四温度传感器，安装于所述第三电控阀与所述散热装置之间连接的管路，用于检测与所述第三电控阀连接的外部管路的第二环境温度。
8.根据权利要求7所述的热管理系统，其特征在于，所述温度传感器还包括第五温度传感器，安装于所述第三电控阀与所述水泵之间的管路，用于检测所述水泵与所述第三电控阀之间的管路中电池冷却液的第三冷却液温度。
9.根据权利要求8所述的热管理系统，其特征在于，在所述第一冷却液温度、所述第二冷却液温度、所述第一环境温度以及所述第二环境温度均小于第一预设数值的情况下，确定环境温度和电池冷却液的温度满足预设低温条件；
在满足以下全部条件的情况下，确定所述环境温度和所述电池冷却液的温度满足预设启动条件：
所述第一冷却液温度、所述第二冷却液温度、所述第一环境温度以及所述第二环境温度中的至少一个大于或等于第一预设数值；
所述第一冷却液温度、所述第二冷却液温度以及所述第三冷却液温度均大于所述第一预设数值，且均小于第二预设数值。
10.一种氢燃料电池车辆，其特征在于，包括根据权利要求1至9中任意一项所述的热管理系统。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202320315274.4U CN219800934U (zh) | 2023-02-08 | 2023-02-08 | 热管理系统及氢燃料电池车辆 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202320315274.4U CN219800934U (zh) | 2023-02-08 | 2023-02-08 | 热管理系统及氢燃料电池车辆 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN219800934U true CN219800934U (zh) | 2023-10-03 |
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ID=88188346
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202320315274.4U Active CN219800934U (zh) | 2023-02-08 | 2023-02-08 | 热管理系统及氢燃料电池车辆 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN219800934U (zh) |
-
2023
- 2023-02-08 CN CN202320315274.4U patent/CN219800934U/zh active Active
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