一种燃料电池与动力电池的热交换系统、控制方法及汽车与流程

本发明涉及燃料电池与动力电池的热交换领域，尤其是一种燃料电池与动力电池的热交换系统、控制方法及汽车。

背景技术：

电动汽车在冬季使用过程中，由于使用电阻丝PTC加热造成续航里程短等问题，并且，对于燃料电池产生的余热不能进行合理利用，造成资源浪费。

技术实现要素：

本发明实施例要解决的技术问题是提供一种燃料电池与动力电池的热交换系统、控制方法及汽车，用以实现对燃料电池的热量进行利用以及在冬季时，帮助燃料电池和动力电池快速达到正常工作温度。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供的燃料电池与动力电池的热交换系统，包括：用于与外部供电装置连接的外接充电接口；与所述外接充电接口或动力电池连接的第一加热器；与燃料电池通过管路连通的第一换热器；与所述燃料电池贴合的第二加热器，且所述第二加热器与所述动力电池或所述外接充电接口连接；与所述动力电池贴合的第二换热器和第三加热器，所述第二换热器通过管路与所述燃料电池连通，所述第三加热器与所述外接充电接口或所述动力电池连接；控制器，用于根据所述燃料电池的第一温度，向所述第二加热器输出第一控制信号，控制所述第二加热器与所述外接充电接口或所述动力电池连接；根据所述动力电池的第二温度，向所述第三加热器输出第二控制信号，控制所述第三加热器与所述外接充电接口或所述动力电池连接；根据所述燃料电池的第一温度，向所述第二换热器输出第三控制信号，控制所述第二换热器与所述燃料电池连接。

优选地，所述系统还包括：与所述控制器连接的整车控制器VCU；所述控制器还用于根据所述整车控制器VCU传输的汽车空调的工作状态，向所述第一加热器输出第四控制信号，控制所述第一加热器与所述外接充电接口或所述动力电池连接；以及根据所述整车控制器VCU传输的汽车空调的工作状态，向所述第一换热器输出第五控制信号，控制所述第一换热器与所述燃料电池连接。

优选地，所述系统还包括：用于获取所述燃料电池的第一温度的燃料电池控制器APU；用于获取所述动力电池的第二温度的电池管理装置BMS；所述燃料电池控制器APU和所述电池管理装置BMS均通过信号线与所述控制器连接。

根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种汽车，所述汽车包括上述的燃料电池与动力电池的热交换系统。

根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种采用上述燃料电池与动力电池热交换系统的控制方法，包括：

获取汽车的工作状态和充电状态、所述燃料电池的第一温度、所述动力电池的第二温度以及所述动力电池的剩余电量；

根据所述汽车的工作状态、充电状态、所述燃料电池的第一温度和所述动力电池的剩余电量，向所述第二加热器输出第一控制信号，控制所述第二加热器与所述外接充电接口或所述动力电池连接；

根据所述汽车的工作状态、充电状态、所述动力电池的第二温度和所述动力电池的剩余电量，向所述第三加热器输出第二控制信号，控制所述第三加热器与所述外接充电接口或所述动力电池连接；

根据所述汽车的工作状态、所述燃料电池的第一温度和所述动力电池的第二温度，向所述第二换热器输出第三控制信号，控制所述第二换热器与所述燃料电池连接。

优选地，所述控制方法还包括：

获取所述汽车的空调的工作状态；

根据所述汽车的充电状态、所述空调的工作状态、所述燃料电池的第一温度和所述动力电池的剩余电量，向所述第一加热器输出第四控制信号，控制所述第一加热器与所述外接充电接口或所述动力电池连接；

根据所述汽车的充电状态、所述空调的工作状态和所述燃料电池的第一温度，向所述第一换热器输出第五控制信号，控制所述第一换热器与所述燃料电池连接。

优选地，所述根据所述汽车的工作状态、充电状态、所述燃料电池的第一温度和所述动力电池的剩余电量，向所述第二加热器输出第一控制信号，控制所述第二加热器与所述外接充电接口或所述动力电池连接的步骤包括：

当所述汽车处于充电停放状态且所述第一温度小于第一预设温度值时，向所述第二加热器输出第一控制信号，控制所述第二加热器与所述外接充电接口连接；

当所述汽车处于未充电停放状态、所述第一温度小于第二预设温度值且所述动力电池的剩余电量大于第一预设电量值时，向所述第二加热器输出第一控制信号，控制所述第二加热器与所述动力电池连接；

当所述汽车处于启动状态、所述第一温度小于第三预设温度值且所述动力电池的剩余电量大于第二预设电量值时，向所述第二加热器输出第一控制信号，控制所述第二加热器与所述动力电池连接。

优选地，所述根据所述汽车的工作状态、充电状态、所述动力电池的第二温度和所述动力电池的剩余电量，向所述第三加热器输出第二控制信号，控制所述第三加热器与所述外接充电接口或所述动力电池连接的步骤包括：

当所述汽车处于充电停放状态且所述第二温度小于第一预设温度值时，向所述第三加热器输出第二控制信号，控制所述第三加热器与所述外接充电接口连接；

当所述汽车处于未充电停放状态、所述第二温度小于第二预设温度值且所述动力电池的剩余电量大于第一预设电量值时，向所述第三加热器输出第二控制信号，控制所述第三加热器与所述动力电池连接；

当所述汽车处于启动状态、所述第二温度低于第一预设温度值且所述动力电池的剩余电量大于第二预设电量值时，向所述第三加热器输出第二控制信号，控制所述第三加热器与所述动力电池连接。

优选地，所述根据所述汽车的工作状态、所述燃料电池的第一温度和所述动力电池的第二温度，向所述第二换热器输出第三控制信号，控制所述第二换热器与所述燃料电池连接的步骤包括：

当所述汽车处于启动状态、所述燃料电池的第一温度大于第四预设温度值且所述第二温度小于所述第一预设温度值时，向所述换热器输出第三控制信号，控制所述第二换热器与所述燃料电池连接。

优选地，所述根据所述汽车的充电状态、所述空调的工作状态、所述燃料电池的第一温度和所述动力电池的剩余电量，向所述第一加热器输出第四控制信号，控制所述第一加热器与所述外接充电接口或所述动力电池连接的步骤包括：

当所述汽车处于充电状态且所述空调处于启动状态时，向所述第一加热器输出第四控制信号，控制所述第一加热器与所述外接充电接口连接；

当所述汽车处于未充电状态、所述空调处于启动状态、所述第一温度小于第五预设温度值且所述动力电池的剩余电量大于第二预设电量值时，向所述第一加热器输出第四控制信号，控制所述第一加热器与所述动力电池连接。

优选地，所述根据所述汽车的充电状态、所述空调的工作状态和所述第一温度，向所述第一换热器输出第五控制信号，控制所述第一换热器与所述燃料电池连接的步骤具体为：

当所述汽车处于未充电状态、所述空调处于启动状态、所述第一温度大于第五预设温度值时，向所述第一换热器输出第五控制信号，控制所述第一换热器与所述燃料电池连接。

与现有技术相比，本发明实施例提供的燃料电池与动力电池的热交换系统，至少具有以下有益效果：

控制器通过根据燃料电池的第一温度与动力电池的第二温度的大小以及汽车的充电状态，采用不同的供热装置对燃料电池以及动力电池进行加热，实现对资源的合理运用，达到节约资源的效果。

附图说明

图1为本发明实施例所述的燃料电池与动力电池的热交换系统的结构示意图；

图2为本发明实施例所述的燃料电池与动力电池的热交换系统的控制方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是为了帮助全面理解本发明的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本发明的范围和精神。另外，为了清楚和简洁，省略了对已知功能和构造的描述。

参照图1，本发明实施例提供了一种燃料电池与动力电池的热交换系统，包括：用于与外部供电装置连接的外接充电接口1；与所述外接充电接口1或动力电池6连接的第一加热器2；与燃料电池4通过管路连通的第一换热器3；与所述燃料电池4贴合的第二加热器5，且所述第二加热器5与所述动力电池6或所述外接充电接口1连接；与所述动力电池6贴合的第二换热器7和第三加热器8，所述第二换热器7通过管路与所述燃料电池4连通，所述第三加热器8与所述外接充电接口1或所述动力电池6连接；控制器9，用于根据所述燃料电池4的第一温度，向所述第二加热器5输出第一控制信号，控制所述第二加热器5与所述外接充电接口1或所述动力电池6连接；根据所述动力电池6的第二温度，向所述第三加热器8输出第二控制信号，控制所述第三加热器8与所述外接充电接口1或所述动力电池6连接；根据所述燃料电池4的第一温度，向所述第二换热器7输出第三控制信号，控制所述第二换热器7与所述燃料电池4连接。

具体地，第一加热器2和第一换热器3设置于汽车的空调出风口处内的换热装置内部，用于在汽车空调处于启动状态时，根据燃料电池4的第一温度以及汽车是否处于充电状态，合理的选择采用第一加热器2对外界空气进行加热或者利用燃料电池4的余热对外界空气进行加热，实现对资源的合理运用。

第二加热器5用于在燃料电池4的温度较低时，对燃料电池4进行加热，帮助燃料电池4的温度快速达到正常工作状态的温度，第二加热器5根据汽车是否处于充电状态选择与动力电池6或者外接充电接口1连接。

第三加热器8用于在动力电池6的温度较低时，对动力电池6进行加热，帮助动力电池6的温度快速达到正常工作温度，第三加热器8根据汽车是否处于充电状态去选择与动力电池6或者外接充电接口1连接。

第二换热器7用于在需要对动力电池6进行加热时，且燃料电池4的温度较高的状态下，利用燃料电池4产生的热量对第二换热器7内部的介质进行加热，由于第二换热器7与动力电池6相贴合，能够实现利用燃料电池4产生的热量对动力电池6进行加热。

控制器9通过根据燃料电池4的第一温度与动力电池6的第二温度的大小以及汽车的充电状态，采用不同的供热装置对燃料电池4以及动力电池6进行加热，实现对资源的合理运用，达到节约资源的效果。

参照图1，且进一步的，本发明实施例中，所述燃料电池4与动力电池6的热交换系统还包括：与所述控制器9连接的整车控制器VCU10；所述控制器9还用于根据所述整车控制器VCU10传输的汽车空调的工作状态，向所述第一加热器2输出第四控制信号，控制所述第一加热器2与所述外接充电接口1或所述动力电池6连接；以及根据所述整车控制器VCU10传输的汽车空调的工作状态，向所述第一换热器3输出第五控制信号，控制所述第一换热器3与所述燃料电池4连接。

控制器9通过整车控制器VCU10获取汽车的工作状态、充电状态以及汽车空调的工作状态，也即，控制器9通过整车控制器VCU10获取汽车是否处于启动状态，是否处于充电状态，以及空调是否处于启动状态，根据上述获取的信号，输出相应的控制信号，控制上述各个部件之间的连接与断开。

参照图1，且进一步的，本发明实施例中，所述燃料电池4与动力电池6的热交换系统还包括：用于获取所述燃料电池4的第一温度的燃料电池控制器APU11；用于获取所述动力电池6的第二温度的电池管理装置BMS12；所述燃料电池控制器APU11和所述电池管理装置BMS12均通过信号线与所述控制器9连接。

燃料电池控制器APU11与燃料电池4通过信号线连接，电池管理装置BMS12通过信号线与动力电池6连接。

根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种汽车，所述汽车包括上述的燃料电池4与动力电池6的热交换系统。

参照图2，根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种采用上述燃料电池4与动力电池6热交换系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤101：获取汽车的工作状态；

步骤102：获取汽车的充电状态；

步骤103：获取所述燃料电池4的第一温度；

步骤104：获取所述动力电池6的第二温度；

步骤105：获取所述动力电池6的剩余电量；

步骤106：获取所述汽车的空调的工作状态；

步骤107：根据所述汽车的工作状态、充电状态、所述燃料电池4的第一温度和所述动力电池6的剩余电量，向所述第二加热器5输出第一控制信号，控制所述第二加热器5与所述外接充电接口1或所述动力电池6连接；

步骤108：根据所述汽车的工作状态、充电状态、所述动力电池6的第二温度和所述动力电池6的剩余电量，向所述第三加热器8输出第二控制信号，控制所述第三加热器8与所述外接充电接口1或所述动力电池6连接；

步骤109：根据所述汽车的工作状态、所述燃料电池4的第一温度和所述动力电池6的第二温度，向所述第二换热器7输出第三控制信号，控制所述第二换热器7与所述燃料电池4连接；

步骤110：根据所述汽车的充电状态、所述空调的工作状态、所述燃料电池4的第一温度和所述动力电池6的剩余电量，向所述第一加热器2输出第四控制信号，控制所述第一加热器2与所述外接充电接口1或所述动力电池6连接；

步骤111：根据所述汽车的充电状态、所述空调的工作状态和所述燃料电池4的第一温度，向所述第一换热器3输出第五控制信号，控制所述第一换热器3与所述燃料电池4连接。

控制器9根据上述步骤101至步骤106获取到的各个信息进行判断，能够实现对燃料电池4的产生的热量进行合理运用，将燃料电池4的产生的热量为动力电池6和汽车的乘员舱进行加热；同时，还能够实现燃料电池4与动力电池6之间的热交换，实现对资源的合理利用。

具体的，上述步骤107包括：

当所述汽车处于充电停放状态且所述第一温度小于第一预设温度值时，向所述第二加热器5输出第一控制信号，控制所述第二加热器5与所述外接充电接口1连接；

当所述汽车处于未充电停放状态、所述第一温度小于第二预设温度值且所述动力电池6的剩余电量大于第一预设电量值时，向所述第二加热器5输出第一控制信号，控制所述第二加热器5与所述动力电池6连接；

当所述汽车处于启动状态、所述第一温度小于第三预设温度值且所述动力电池6的剩余电量大于第二预设电量值时，向所述第二加热器5输出第一控制信号，控制所述第二加热器5与所述动力电池6连接。

第一预设温度值为10°，第二预设温度为5°，第三预设温度为0°。在汽车处于充电停放状态时，当燃料电池4的温度低于10°时，为了帮助燃料电池4的温度快速上升至正常工作温度，以及减少对动力电池6的电量的使用，在需要对燃料电池4进行加热时，通过外接充电接口1与第二加热器5的连接，采用外部供电装置对第二加热器5进行供电，进而使得第二加热器5工作对燃料电池4进行加热；在汽车处于未充电停放状态时，当燃料电池4的温度低于5°时此时，为了帮助燃料电池4的温度能够快速上升至正常工作温度，通过控制动力电池6为第二加热器5供电，进而实现对燃料电池4的加热，此时，为了保证动力电池6正常工作的前提下，要求动力电池6的剩余电量应当大于第一预设电量值，若动力电池6的剩余电量小于了第一预设电量值，此时，即停止采用动力电池6为第二加热器5进行加热，上述的第一预设电量值为动力电池6总电量的50％；在汽车处于启动状态时，当燃料电池4的温度低于0°时，此时，由于汽车运行过程中消耗的电量相对于汽车停放时消耗的电量更多，因而在动力电池6的剩余电量小于动力电池6总电量的70％时，即停止对第二加热器5进行加热，上述的第二预设电量值即为此处的动力电池6总电量的70％。

通过根据汽车所处的状态，以及燃料电池4的第一温度，合理的控制第二加热器5与各个部件的连接，在满足动力电池6正常用电的同时，还实现了在气温较低时帮助燃料电池4的温度快速上升至正常温度。

具体的，上述步骤108包括：

当所述汽车处于充电停放状态且所述第二温度小于第一预设温度值时，向所述第三加热器8输出第二控制信号，控制所述第三加热器8与所述外接充电接口1连接；

当所述汽车处于未充电停放状态、所述第二温度小于第二预设温度值且所述动力电池6的剩余电量大于第一预设电量值时，向所述第三加热器8输出第二控制信号，控制所述第三加热器8与所述动力电池6连接；

当所述汽车处于启动状态、所述第二温度低于第一预设温度值且所述动力电池6的剩余电量大于第二预设电量值时，向所述第三加热器8输出第二控制信号，控制所述第三加热器8与所述动力电池6连接。

第三加热器8与动力电池6或者外接充电接口1连接的原理与上述第二加热器5与具体部件的连接的原理相同，在此，不在赘述。

具体的，上述步骤109包括：

当所述汽车处于启动状态、所述燃料电池4的第一温度大于第四预设温度值且所述第二温度小于第一预设温度值时，向所述换热器输出第三控制信号，控制所述第二换热器7与所述燃料电池4连接。

上述的第四预设温度为20°，当燃料电池4的温度高于20°时，若此时，动力电池6处于需要加热的状态，通过第二换热器7与燃料电池4的连接，使得第二换热器7内部的介质被加热，进而实现对动力电池6的加热，此种方式，利用了燃料电池4产生的余热对动力电池6加热，节约了资源。

具体的，上述步骤110包括：

当所述汽车处于充电状态且所述空调处于启动状态时，向所述第一加热器2输出第四控制信号，控制所述第一加热器2与所述外接充电接口1连接；

当所述汽车处于未充电状态、所述空调处于启动状态、所述第一温度小于第五预设温度值且所述动力电池6的剩余电量大于第二预设电量值时，向所述第一加热器2输出第四控制信号，控制所述第一加热器2与所述动力电池6连接。

第一加热器2用于为将要进入汽车乘员舱内部的空气进行加热，在控制器9获取到汽车空调处于启动状态，第一加热器2在汽车处于充电状态时，利用外部供电装置对外界空气进行加热；而在汽车处于未充电状态时，利用动力电池6为第一加热器2供电实现对外界空气加热。

具体的，上述步骤111具体为：

当所述汽车处于未充电状态、所述空调处于启动状态、所述第一温度大于第五预设温度值时，向所述第一换热器3输出第五控制信号，控制所述第一换热器3与所述燃料电池4连接。

第五预设温度值为40°，当燃料电池4的温度高于40°时，通过燃料电池4产生的余热对第一换热器3内部的介质进行加热，外界空气在通过第一换热器3时被加热，进而实现利用燃料电池4的余热为乘员舱供电的效果。

通过本发明提供的燃料电池与动力电池的热交换系统的控制方法，通过根据汽车所处的不同状态以及燃料电池4的第一温度，动力电池6的第二温度，实现对燃料电池4的余热进行利用，以及实现燃料电池4与动力电池6的热交换。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。