一种氢燃料电池汽车热管理系统及控制方法与流程

1.本发明涉及燃料电池汽车热管理系统领域，尤其涉及一种氢燃料电池汽车热管理系统及控制方法。


背景技术：

2.在氢燃料电池汽车运行时需要将电堆温度维持在70
‑
80℃，并且会产生大量的废热，由于散热温度较低，因此夏季会有很大的散热压力。维持电堆正常运行的辅助零部件也需要适当的温度控制，电池包和乘员舱需要根据需求进行升温或者降温。氢燃料电池汽车的热管理系统具有控制的部件多，控制精度要求高，外部环境温度范围宽，散热量大的特点。


技术实现要素：

3.为了解决上述问题，本发明分利用氢燃料电池汽车热管理系统的特点，将燃料电池发动机产生的废热根据用车场景需求加以利用，满足乘员舱和电池的升温或者降温需求，减少整车能量消耗，达到节能、增加续航的目的，同时减少了空调压缩机等部件，可以降低整车成本。
4.本发明提供的一种氢燃料电池汽车热管理系统及控制方法，系统包括：去离子器、主回路膨胀水箱、颗粒过滤器、第一电子三通比例阀、主回路高压水泵、电池回路加热板换、电池回路水泵、电池回路降温板换、乘员舱蒸发器、乘员舱暖风芯体、电子三通比例阀、发生器、溶液泵、吸收器、储液罐、冷凝器、主回路散热器、辅助回路膨胀水箱、辅助回路水泵和辅助回路散热器；
5.以上设备共形成5个回路，分别为电堆散热回路、电池回路、辅助散热回路、制冷溶液回路和冷媒回路：各个回路之间共用不同设备，具体为：
6.所述电堆散热回路与所述电池回路共用电池回路加热板换；
7.所述电池回路与所述冷媒回路共用电池回路降温板换；
8.所述冷媒回路与所述电堆散热回路共用发生器；
9.所述冷媒回路与所述制冷溶液回路共用发生器和吸收器；
10.所述辅助散热回路为独立回路，不与其它回路共用设备。
11.进一步地，所述电堆散热回路采用燃料电池专用防冻液，具体包括：去离子器、主回路膨胀水箱、颗粒过滤器、第一电子三通比例阀、主回路高压水泵、电池回路加热板换、乘务员舱暖风芯体、第二电子三通比例阀、主回路散热器和发生器；
12.主回路散热器的输出端与去离子器和颗粒过滤器的输入端连接；去离子器的输出端与主回路膨胀水箱的输入端连接；主回路膨胀水箱的输出端与主回路高压水泵的输入端、电池回路加热板换的输入端连接；主回路高压水泵的输出端与电堆的输入端连接；电堆的输出端与电子三通比例阀的输入端连接；电子三通比例阀的输出端与第五阀门的一端、第六阀门的一端、主回路散热器的输入端和ptc加热器的输入端连接；ptc加热器的输出端
与第一电子三通比例阀的输入端连接；第五阀门的另一端与乘员舱暖风芯体的输入端连接；乘员舱暖风芯体的输出端与第二阀门的一端、第一阀门的一端连接；第二阀门的另一端与电池回路加热板换的输入端连接；第一阀门的另一端与电池回路加热板换的输入端连接；颗粒过滤器的输出端与第一电子三通比例阀的输入端连接；第一电子三通比例阀的输出端与主回路高压水泵的输入端连接；第六阀门的另一端与发生器的输入端连接；发生器的输出端与主回路高压水泵的输入端连接。
13.进一步地，所述电池回路采用普通防冻液，具体包括：电池回路加热板换、电池回路水泵、电池和电池回路降温板换；
14.电池回路加热板换的输出端与电池回路水泵的输入端连接；电池回路水泵的输出端与电池输入端连接；电池输出端与电池回路降温板换的输入端连接；电池回路降温板换的输出端与电池回路加热板换的输入端连接。
15.进一步地，所述辅助散热回路采用普通防冻液，具体包括：辅助回路膨胀水箱、辅助回路水泵、辅助回路散热器、电机、双向dc
‑
dc、中冷器和空压机及控制器；
16.辅助回路散热器的输出端与辅助回路膨胀水箱的输入端、辅助回路水泵的输入端连接；辅助回路膨胀水箱的输出端与辅助回路水泵的输入端连接；辅助回路水泵的输出端与电机的一端、双向dc
‑
dc的一端、空压机及控制器的一端连接；电机的另一端、双向dc
‑
dc的另一端、空压机及控制器的另一端与辅助回路散热器的输入端连接。
17.进一步地，所述制冷溶液回路采用溴化锂溶液，具体包括：发生器、溶液泵和吸收器；吸收器通过溶液泵与发生器连接；发生器通过第一节流阀与吸收器连接。
18.进一步地，所述冷媒回路包括：发生器、吸收器、储液罐、冷凝器、乘务员蒸发器和电池回路降温板换；
19.发生器的输出端与冷凝器的输入端连接；冷凝器的输出端与储液罐的输入端连接；储液罐的输出端与第二节流阀的一端连接；第二接节流阀的另一端与乘员舱蒸发器的输入端连接；乘员舱蒸发器的输出端与第四阀门的一端、电池回路降温板换的输入端连接；电池回路降温板换的输出端与第三阀门的一端连接；第四阀门的另一端与第三阀门的另一端连接并共同连接至吸收器的一端。
20.一种氢燃料电池汽车热管理控制方法，应用于一种氢燃料电池汽车热管理系统，包括以下功能：电堆升温、电堆降温、电堆温度维持、辅助部件降温、电池升温、乘员舱升温、制冷回路运转、电池降温和乘员舱降温。
21.进一步地，所述电堆升温、电堆降温、电堆温度维持，通过电堆散热回路进行，具体为：
22.电堆升温：控制主回路高压水泵运转，并利用第一电子三通比例阀和电子三通比例阀将电堆散热回路切换为ptc加热器工作回路，利用燃料电池专用防冻液在回路内循环，对电堆进行加热；
23.电堆降温：控制主回路高压水泵运转，并利用第一电子三通比例阀和电子三通比例阀将电堆散热回路切换为主回路散热器作用回路，对回路内的燃料电池专用防冻液进行降温，进而对电堆进行降温；
24.电堆温度维持：控制主回路高压水泵运转，通过控制主回路散热器的风量和第一电子三通比例阀的开启程度、主回路高压水泵的转速，使燃料电池专用防冻液温度处于预
设范围，进而对电堆温度进行维持。
25.进一步地，所述辅助部件降温，通过辅助散热回路进行，具体为：控制辅助回路水泵运转、辅助回路散热器运转，对辅助散热回路内的普通防冻液进行降温，进而对辅助部件进行降温；
26.所述制冷回路运转，通过制冷溶液回路和电堆散热回路进行，具体为：控制主回路高压水泵运转、利用电子三通比例阀切换到右侧回路，控制第六阀门开启；控制溶液泵运转；电堆出堆的高温水经由发生器，使溴化锂溶液的水吸热蒸发，水蒸气进入冷凝器放热冷凝，形成液态水；液态水经由第二节流阀降压节流，进入乘员舱蒸发器或者电池回路降温板换中吸热蒸发，水蒸气被14内的溴化锂溶液吸收；溶液泵使得吸收器内的溴化锂溶液进入发生器，经蒸发的溴化锂溶液从发生器中流出，经由第一节流阀进入吸收器，往复循环。
27.所述电池升温、电池降温通过电池回路和制冷回路进行，具体为：
28.电池升温：控制主回路高压水泵和电池回路水泵运转，利用电子三通比例阀切换到电池回路的右侧部分，控制第一阀门和第五阀门开启，第二阀门关闭，电堆出堆的高温水经由电池回路加热板换，对电池回路内的普通防冻液进行加热，进而对电池进行升温；
29.电池降温：控制制冷回路运转，电池回路水泵运转，开启第三阀门、关闭第四阀门；制冷器在电池回路降温板换中蒸发吸热，使普通防冻液降温，进而对电池降温；
30.所述乘员舱升温、乘员舱降温，通过冷媒回路和电堆散热回路进行，具体为：
31.乘员舱升温：控制主回路高压水泵运转，利用电子三通比例阀切换到回路右侧部分，控制第一阀门关闭，第二阀门和第五阀门开启，电堆出堆的高温水经由乘员舱暖风芯体对流进乘员舱的空气进行加热；
32.乘员舱降温：控制制冷回路运转，乘员舱蒸发器运转，开启第四阀门、关闭第三阀门；乘员舱蒸发器蒸发吸热，使进入乘员舱的空气降温。
33.本发明提供的有益效果是：充分利用氢燃料电池汽车热管理系统的特点，将燃料电池发动机产生的废热根据用车场景需求加以利用，满足乘员舱和电池的升温或者降温需求，减少整车能量消耗，达到节能、增加续航的目的，同时减少了空调压缩机等部件，可以降低整车成本。
附图说明
34.图1是本发明一种氢燃料电池汽车热管理系统的结构图；其中，1、去离子器；2、主回路膨胀水箱；3、颗粒过滤器；4、第一电子三通比例阀；5、主回路高压水泵；6、电池回路加热板换；7、电池回路水泵；8、电池回路降温板换；9、乘员舱蒸发器；10、乘员舱暖风芯体；11、第二电子三通比例阀；12、发生器；13、溶液泵；14、吸收器；15、储液罐；16、冷凝器；17、主回路散热器；18、辅助回路膨胀水箱；19、辅助回路水泵；20、辅助回路散热器。
具体实施方式
35.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
36.请参考图1，一种氢燃料电池汽车热管理系统，包括以下：去离子器1、主回路膨胀水箱2、颗粒过滤器3、第一电子三通比例阀4、主回路高压水泵5、电池回路加热板换6、电池
回路水泵7、电池回路降温板换8、乘员舱蒸发器9、乘员舱暖风芯体10、电子三通比例阀11、发生器12、溶液泵13、吸收器14、储液罐15、冷凝器16、主回路散热器17、辅助回路膨胀水箱18、辅助回路水泵19和辅助回路散热器20；
37.以上设备共形成5个回路，分别为电堆散热回路、电池回路、辅助散热回路、制冷溶液回路和冷媒回路：各个回路之间共用不同设备，具体为：
38.所述电堆散热回路与所述电池回路共用电池回路加热板换6；
39.所述电池回路与所述冷媒回路共用电池回路降温板换8；
40.所述冷媒回路与所述电堆散热回路共用发生器12；
41.所述冷媒回路与所述制冷溶液回路共用发生器12和吸收器14；
42.所述辅助散热回路为独立回路，不与其它回路共用设备。
43.所述电堆散热回路采用燃料电池专用防冻液，具体包括：去离子器1、主回路膨胀水箱2、颗粒过滤器3、第一电子三通比例阀4、主回路高压水泵5、电池回路加热板换6、乘务员舱暖风芯体10、第二电子三通比例阀11、主回路散热器17和发生器12；
44.本发明中，燃料电池专用防冻液为现有产品，非本发明核心内容，可以根据实际情况自行进行选择。
45.主回路散热器17的输出端与去离子器1和颗粒过滤器3的输入端连接；去离子器1的输出端与主回路膨胀水箱2的输入端连接；主回路膨胀水箱2的输出端与主回路高压水泵5的输入端、电池回路加热板换6的输入端连接；主回路高压水泵5的输出端与电堆的输入端连接；电堆的输出端与电子三通比例阀11的输入端连接；电子三通比例阀11的输出端与第五阀门的一端、第六阀门的一端、主回路散热器17的输入端和ptc加热器的输入端连接；ptc加热器的输出端与第一电子三通比例阀4的输入端连接；第五阀门的另一端与乘员舱暖风芯体10的输入端连接；乘员舱暖风芯体10的输出端与第二阀门的一端、第一阀门的一端连接；第二阀门的另一端与电池回路加热板换6的输入端连接；第一阀门的另一端与电池回路加热板换6的输入端连接；颗粒过滤器3的输出端与第一电子三通比例阀4的输入端连接；第一电子三通比例阀4的输出端与主回路高压水泵5的输入端连接；第六阀门的另一端与发生器12的输入端连接；发生器12的输出端与主回路高压水泵5的输入端连接。
46.所述电池回路采用普通防冻液，具体包括：电池回路加热板换6、电池回路水泵7、电池和电池回路降温板换8；
47.本发明中，普通防冻液为现有技术产品，非本发明核心内容，可以根据实际情况自行进行选择。
48.电池回路加热板换6的输出端与电池回路水泵7的输入端连接；电池回路水泵7的输出端与电池输入端连接；电池输出端与电池回路降温板换8的输入端连接；电池回路降温板换8的输出端与电池回路加热板换6的输入端连接。
49.所述辅助散热回路采用普通防冻液，具体包括：辅助回路膨胀水箱18、辅助回路水泵19、辅助回路散热器20、电机、双向dc
‑
dc、中冷器和空压机及控制器；
50.辅助回路散热器20的输出端与辅助回路膨胀水箱18的输入端、辅助回路水泵19的输入端连接；辅助回路膨胀水箱18的输出端与辅助回路水泵19的输入端连接；辅助回路水泵19的输出端与电机的一端、双向dc
‑
dc的一端、空压机及控制器的一端连接；电机的另一端、双向dc
‑
dc的另一端、空压机及控制器的另一端与辅助回路散热器20的输入端连接。
51.所述制冷溶液回路采用溴化锂溶液，具体包括：发生器12、溶液泵13和吸收器14；吸收器14通过溶液泵13与发生器12连接；发生器12通过第一节流阀与吸收器14连接。
52.所述冷媒回路包括：发生器12、吸收器14、储液罐15、冷凝器16、乘务员蒸发器9和电池回路降温板换8；
53.发生器12的输出端与冷凝器16的输入端连接；冷凝器16的输出端与储液罐15的输入端连接；储液罐15的输出端与第二节流阀的一端连接；第二接节流阀的另一端与乘员舱蒸发器9的输入端连接；乘员舱蒸发器9的输出端与第四阀门的一端、电池回路降温板换8的输入端连接；电池回路降温板换8的输出端与第三阀门的一端连接；第四阀门的另一端与第三阀门的另一端连接并共同连接至吸收器14的一端。
54.一种氢燃料电池汽车热管理控制方法，应用于一种氢燃料电池汽车热管理系统，包括以下功能：电堆升温、电堆降温、电堆温度维持、辅助部件降温、电池升温、乘员舱升温、制冷回路运转、电池降温和乘员舱降温。
55.所述电堆升温、电堆降温、电堆温度维持，通过电堆散热回路进行，具体为：
56.电堆升温：控制主回路高压水泵5运转，并利用第一电子三通比例阀4和电子三通比例阀11将电堆散热回路切换为ptc加热器工作回路，利用燃料电池专用防冻液在回路内循环，对电堆进行加热；
57.电堆降温：控制主回路高压水泵5运转，并利用第一电子三通比例阀4和第二电子三通比例阀11将电堆散热回路切换为主回路散热器17作用回路(为主回路高压水泵5、电堆、第二电子三通比例阀11、主回路散热器17、颗粒过滤器3、第一电子三通比例阀构成的回路)，对回路内的燃料电池专用防冻液进行降温，进而对电堆进行降温；
58.电堆温度维持：控制主回路高压水泵5运转，通过控制主回路散热器17的风量和第一电子三通比例阀4的开启程度、主回路高压水泵5的转速，使燃料电池专用防冻液温度处于预设范围，进而对电堆温度进行维持。
59.所述辅助部件降温，通过辅助散热回路进行，具体为：控制辅助回路水泵19运转、辅助回路散热器20运转，对辅助散热回路内的普通防冻液进行降温，进而对辅助部件进行降温；
60.所述制冷回路运转，通过制冷溶液回路和电堆散热回路进行，具体为：控制主回路高压水泵5运转、利用第二电子三通比例阀11切换到右侧回路(为主回路高压水泵、电堆、第二电子三通比例阀11、第六阀门、发生器12构成的回路)，控制第六阀门开启；控制溶液泵13运转；电堆出堆的高温水经由发生器12，使溴化锂溶液的水吸热蒸发，水蒸气进入冷凝器16放热冷凝，形成液态水；液态水经由第二节流阀降压节流，进入乘员舱蒸发器9或者电池回路降温板换8中吸热蒸发，水蒸气被14内的溴化锂溶液吸收；溶液泵13使得吸收器14内的溴化锂溶液进入发生器12，经蒸发的溴化锂溶液从发生器12中流出，经由第一节流阀进入吸收器14，往复循环。
61.所述电池升温、电池降温通过电池回路和制冷回路进行，具体为：
62.电池升温：控制主回路高压水泵5和电池回路水泵7运转，利用第二电子三通比例阀11切换到电池回路的右侧部分(为主回路高压水泵5、电堆、第二电子三通比例阀11、第五阀门、乘员舱暖风芯体10、第一阀门、电池回路加热板换6构成的回路)，控制第一阀门和第五阀门开启，第二阀门关闭，电堆出堆的高温水经由电池回路加热板换6，对电池回路内的
普通防冻液进行加热，进而对电池进行升温；
63.电池降温：控制制冷回路运转，电池回路水泵7运转，开启第三阀门、关闭第四阀门；制冷器在电池回路降温板换8中蒸发吸热，使普通防冻液降温，进而对电池降温；
64.所述乘员舱升温、乘员舱降温，通过冷媒回路和电堆散热回路进行，具体为：
65.乘员舱升温：控制主回路高压水泵5运转，利用第二电子三通比例阀11切换到回路右侧部分(为主回路高压水泵5、电堆、第二电子三通比例阀11、第五阀门、乘员舱暖风芯体10、第二阀门构成的回路)，控制第一阀门关闭，第二阀门和第五阀门开启，电堆出堆的高温水经由乘员舱暖风芯体10对流进乘员舱的空气进行加热；
66.乘员舱降温：控制制冷回路运转，乘员舱蒸发器9运转，开启第四阀门、关闭第三阀门；乘员舱蒸发器9蒸发吸热，使进入乘员舱的空气降温。
67.本发明的有益效果是：充分利用氢燃料电池汽车热管理系统的特点，将燃料电池发动机产生的废热根据用车场景需求加以利用，满足乘员舱和电池的升温或者降温需求，减少整车能量消耗，达到节能、增加续航的目的，同时减少了空调压缩机等部件，可以降低整车成本。
68.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。