混合动力车辆的燃料电池热电联供系统和混合动力车辆的制作方法

本发明实施例涉及车辆动力技术领域，尤其涉及一种混合动力车辆的燃料电池热电联供系统和混合动力车辆。

背景技术：

质子交换膜燃料具备反应的生成物是水、能量密度高等特性，在车用方向具有非常好的商用化前景。燃料电池系统车载应用时，为了减少负载变化率对寿命的影响，往往采用与动力电池协同工作以共同向电机供电，完成整车驱动。

现有技术中，燃料电池混合动力车辆在冬季或者高寒地区使用时，由于气温较低，动力电池内部电化学反应速度会大幅度降低，电解液流动性减弱，内阻大幅度上升，其放电特性也会受到很大负面影响，总归而言，其电池的容量大幅度降低，耐受发电倍率下降，这导致动力电池在混合动力工作过程中，很难发挥其应有的作用。对于动力电池容量很小的车型，甚至会影响燃料电池启动过程所需的用电量，在运行过程中也会导致燃料电池的动态性变强，电流加载和减载速度变化更大，这必然会影响燃料电池的寿命控制。

技术实现要素：

本发明提供了一种混合动力车辆的燃料电池热电联供系统和混合动 力车辆，降低燃料电池和动力电池的损耗，延长燃料电池和动力电池的使用寿命。

具体地，本发明是通过如下技术方案实现的：

一方面，提供一种混合动力车辆的燃料电池热电联供系统，所述混合动力车辆的动力来源包括燃料电池和动力电池，所述燃料电池的热电联供系统包括燃料电池、动力电池和换热系统，

所述换热系统在燃料电池和动力电池之间进行热量交换，将所述燃料电池在发电过程中产生的热能用于为所述动力电池供热。

优选地，所述换热系统包括第一水泵、第一换热器和第一散热器，

所述第一水泵连接在所述第一换热器和所述燃料电池之间；

所述第一散热器连接在所述第一换热器和所述燃料电池之间；

所述第一换热器设置在所述第一水泵和所述第一散热器之间，所述来自所述燃料电池的带有热量的循环溶液与所述动力电池的循环溶液在所述第一换热器中进行换热。

优选地，所述换热系统还包括第一三通阀门，

所述第一三通阀门连接在所述第一换热器和所述动力电池之间。

优选地，所述换热系统还包括第二水泵、第二散热器和第二三通阀门，

所述第二水泵连接在所述第一换热器和所述动力电池之间；

所述第二散热器设置在所述第一散热器和所述动力电池之间；

所述第二三通阀门设置在所述第二散热器和所述动力电池之间。

优选地，所述换热系统还包括第一节温器，

所述第一节温器设置在所述第一散热器和所述第一换热器之间。

优选地，所述换热系统包括第三水泵、第三三通阀门以及第二换热器，

所述第三水泵与所述第三三通阀门连接；

所述第三三通阀门与所述第二换热器一端连接，所述第二换热器的另一端与所述燃料电池连接；

所述第二换热器安装在所述动力电池的风冷通道入口处。

优选地，所述第二换热器为气-液换热器。

优选地，所述换热系统还包括第三散热器，用于对所述燃料电池的循环溶液进行二次冷却。

优选地，所述换热系统还包括第二节温器，所述第二节温器连接在所述第三三通阀门与所述燃料电池之间。

优选地，所述第二换热器包括换热风扇。

另一方面，还提供一种混合动力车辆，所述混合动力车辆包括上述的混合动力车辆的燃料电池热电联供系统。

应用本发明实施例，利用燃料电池发电过程中产生的热量为动力电池供热，实现低温环境下动力电池性能和热量快速恢复，解决其因低温环境导致的性能和容量下降的问题，降低燃料电池和动力电池的损耗，延长燃料电池和动力电池的使用寿命，此外，实现车载热量统一管理，可以减少车载用件和降低成本。

附图说明

图1为本发明一个实施例提供的一种混合动力车辆的燃料电池热电联供系统结构框图；

图2为本发明一个实施例提供的一种混合动力车辆的燃料电池热电联供系统示意图；

图3为本发明另一个实施例提供的另一种混合动力车辆的燃料电池热电联供系统示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。

本发明是利用燃料电池的热电联供效应，在低温环境下，利用燃料电池启动发电产生电能，与此同时产生大量热为动力电池升温，从而达到快速提升动力电池性能的目的。具体而言，通过将燃料电池的循环系统与动力电池的循环系统换热，实现为动力电池升温以提升其性能的目的，在本发明中，将燃料电池的循环系统和动力电池的循环系统统称为换热系统。

图1为本发明一个实施例提供的一种混合动力车辆的燃料电池热电联供系统结构框图。

如图1所示，为本发明提供的一种混合动力车辆的燃料电池热电联供系统，其中，混合动力车辆包括燃料电池和动力电池，本技术领域人员可以理解的是，这里动力电池，如锂电池，也可以是其他与锂电池具有相同功能和能效的其他类型电池，本发明中提供的热电联供系统包括燃料电池、动力电池和换热系统，换热系统可以设置在燃料电池和动力电池之间，用于燃料电池与动力电池之间进行热量交换，比如，燃料电池的循环系统将燃料电池产生的热能(比如，带有热量的循环溶液)带入动力电池的循环系统，给动力电池供热。

本发明中换热系统可以根据具体需求，相应设置水泵、散热装置(比如，散热器)等，在以下实施例中将具体描述两种可选实施例，基于下属可选实施例的任一种结构的变形都属于本发明的保护范围。具体如图2和图3所示的实施例。

图2为本发明一个实施例提供的一种混合动力车辆的燃料电池热电联供系统示意图。

如图2所示，示出本发明的一种可选实施例，根据该可选实施例，换热系统可以包括第一水泵、第一换热器和第一散热器，其中，如图中所示，第一水泵连接在第一换热器和燃料电池之间，第一散热器连接在第一换热器和燃料电池之间，第一换热器设置在第一水泵和第一散热器之间，来自燃料电池的带有热量的循环溶液与动力电池的循环溶液在第一换热器中进行换热。获取到热量的动力电池的循环溶液将通过设置的循环系统(比如，循环溶液管道，这些管道可以设置包围在动力电池外部)流经动力电池外围，使动力电池充分受热，快速提升温度。而通过第一换热器后的燃料电池的循环溶液由于将热量散尽或者部分散尽，温度将下降，通过燃料电池循环系统为燃料电池降温。优选地，换热系统还可以包括第一三通阀门，第一三通阀门连接在第一换热器和动力电池之间，在低温环境下，燃料电池的升温速度远大于动力电池，其循环系统温度也率先升高，此时，若打开第一三通阀门，分别流经第一换热器的燃料电池的循环溶液与动力电池的循环溶液由于温度差实现快速换热，热量由燃料电池的循环溶液传向动力电池的循环溶液，实现动力电池的电芯温度上升，电解液流动性加强，电池性能和容量快速回升，最终提高了车辆的整体动力性。如果燃料电池的循环溶液流经第一换热器后温度仍 较高，则可以通过系统中设置的第一散热器进行二次散热，以保障燃料电池的循环溶液温度更低，可以快速降低燃料电池的温度，保障燃料电池正常工作。

换热系统还可以包括第二水泵、第二散热器和第二三通阀门，其中，第二水泵连接在第一换热器和动力电池之间，第二散热器设置在第一散热器和动力电池之间，第二三通阀门设置在第二散热器和动力电池之间。第二水泵可以加速动力电池在第一换热器中的流动速度，以加速换热速度，而第二散热器优选在当动力电池循环溶液超过最佳控制温度值，不用再与燃料电池通过循环溶液换热获取热量时，对动力电池自身产生的热量进行散热，使得动力电池的工作温度不超过额定温度。相反地，第二三通阀门可以是在动力电池温度较低时，通过第二三通阀门的控制将循环溶液的热量尽可能地保持在动力电池所在位置，减少热量的消耗，另一方面，可以阻止循环溶液流经第二散热器(截流)，而直接进入第一换热器，快速进如换热过程。

可选地，换热系统还可以包括第一节温器，第一节温器设置在第一散热器和所述第一换热器之间。若燃料电池的工作温度低于或者等于其额定温度，则可以通过第一节温器阻止燃料电池的循环溶液流动，从而保证燃料电池的温度不至于过低。例如，假设节温器为蜡式节温器，当燃料电池的工作温度低于额定温度时，蜡式节温器感温体内的精致石蜡呈固态，节温器阀在弹簧的作用下关闭燃料电池与第一散热器之间的通道，燃料电池的循环溶液经第一水泵返回燃料电池，进行燃料电池内的内小循环，从而保障燃料电池的工作温度不低于额定温度。

图3为本发明另一个实施例提供的另一种混合动力车辆的燃料电池热 电联供系统示意图。

如图3所示，为本发明提供的另一种可选实施例。在该可选实施例中，换热系统可以包括第三水泵、第三三通阀门以及第二换热器，第三水泵与第三三通阀门连接，第三三通阀门与第二换热器一端连接，第二换热器的另一端与燃料电池连接，第二换热器安装在动力电池的风冷通道入口处。可选地，第二换热器为气-液换热器，比如，翅片式换热器。在该可选实施例中，在燃料电池的循环系统管路上串联气-液换热器，例如翅片式换热器，向动力电池空冷的风道入口送风，降低动力电池的工作温度，在低温环境下，燃料电池的循环溶液温度迅速升高后，在换热作用下，动力电池内的温度得到快速升高，通过第三三通阀门的开度控制流经气-液换热器的流量，即动力电池的换热量，以有效控制动力电池舱的温度，例如，动力电池工作温度接近额定温度时，关闭第三三通阀门，减少流经第二换热器的燃料电池循环溶液流量，进而减少换热量。第三水泵可以加速燃料电池的循环溶液的流动，从而加快换热，使动力电池的温度快速升高。优选地，第二换热器可以包括换热风扇，

换热系统还可以包括第三散热器，可以用于对燃料电池的循环溶液进行二次冷却，该实施例中的第三散热器与图2所示实施例中的第一散热器的结构和功能原理可以相同，在此不再赘述。可选地，换热系统还可以包括第二节温器，第二节温器连接在第三三通阀门与燃料电池之间，其与图2所示实施例中的第一节温器的结构和功能原理可以相同，在此不再赘述。

本发明还提供一种混合动力车辆，该混合动力电池包括上述实施例中任一种结构的混合动力车辆的燃料电池热电联供系统。

应用本发明实施例，利用燃料电池发电过程中产生的热量为动力电池供热，实现低温环境下动力电池性能和热量快速恢复，解决其因低温环境导致的性能和容量下降的问题，降低燃料电池和动力电池的损耗，延长燃料电池和动力电池的使用寿命，此外，实现车载热量统一管理，可以减少车载用件和降低成本。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围。