热量管理系统及车辆的制作方法

1.本实用新型属于新能源技术领域，尤其是涉及一种热量管理系统及车辆。


背景技术：

2.氢燃料电池发动机利用氢气和空气中的氧气反应发电，为汽车提供行驶所需的动力。作为一种清洁能源动力设备，氢燃料电池发动机越来越受到国家和汽车生产厂家的重视。氢燃料电池发动机发电的同时会产生大量的热，氢燃料电池汽车热管理系统同其他新能源汽车类似，除独有的氢燃料电池发动机外还包含动力电池、电机、电机控制器、空调系统等。
3.现有技术的热量管理包括，利用电堆发热产生的热量用于乘员舱加热、同时给动力电池加热，并使用ptc为燃料电池加热，使用空调压缩机为动力电池降温。或者通过燃料发动机前舱的翅片式散热器散热；动力电池通过换热器与空调制冷循环回路相互耦合散热；乘员舱及燃料电池有加热需求时，分别通过相应的水暖ptc进行加热。
4.上述技术存在以下问题：当动力电池需要加热时，需通过燃料电池进行加热，当燃料电池温度低时，需先给燃料电池冷却液加热，再由燃料电池冷却液为动力电池冷却液加热，加热效果缓慢，或部分工况不需启动燃料电池发动机时，但为了满足动力电池还需强制启动燃料电池发动机，造成不必要的氢耗；当动力电池需要冷却时，只能启动压缩机进行冷却，造成能量消耗；当乘员舱需要加热时也需要氢燃料电池先将水温升高后再为乘员舱提供加热需求，造成乘员舱舒适性差，或不必要的氢耗。
5.动力电池和乘员舱分别由相应的水暖进行加热，燃料电池热管理系统与乘员舱热管理系统、动力电池热管理系统彼此独立，能量利用率低。
6.综上所述，现有技术至少存在能量利用效率低的问题。


技术实现要素：

7.针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种热量管理系统及车辆，至少部分的解决现有技术中存在的能量利用效率低的问题。
8.第一方面，本公开实施例提供了一种热量管理系统，包括：
9.燃料电池主散热管理装置、燃料电池辅散及电机电控热管理装置、动力电池热管理装置和空调及乘员舱热管理装置；
10.所述燃料电池主散热管理装置的热量通过暖风装置为空调及乘员舱热管理装置提供热量；
11.所述燃料电池辅散及电机电控热管理装置包括第二散热器，所述动力电池热管理装置包括第三散热器，所述第二散热器和第三散热器共用第二风扇；
12.所述燃料电池主散热管理装置的管道与动力电池热管理装置的管道之间设置换热器；
13.所述空调及乘员舱热管理装置的管道与动力电池热管理装置的管道之间设置电
池冷却器。
14.可选的，所述暖风装置包括鼓风机、暖风芯体、蒸发器和风暖ptc，所述鼓风机用于使暖风芯体得热量扩散到乘员舱。
15.可选的，所述燃料电池主散热管理装置，包括燃料电池、第一水泵、第一三通阀、第二三通阀、第一散热装置、暖风芯体、两通阀和换热器；
16.所述第一水泵用于使第一流动介质在燃料电池主散热管理装置内流动，燃料电池的出口处连接两个管路，一个管路与第一三通阀的入口连通，另一个管路与两通阀的入口连接，两通阀的出口与第一水泵入口之间的管路上设置换热器；
17.所述第一三通阀的一个出口通过管道与第一水泵入口连通，所述第一三通阀的另一个出口与第二三通阀的入口连通，所述第二三通阀的一个出口与第一水泵入口之间的管路上设置第一散热装置，所述第二三通阀的另一个出口与第一水泵入口之间的管路上设置暖风芯体。
18.可选的，所述第一散热装置包括第一散热器和第一风扇。
19.可选的，所述燃料电池辅散及电机电控热管理装置，包括第二电子水泵、第三三通阀、电机控制器、驱动电机和第二散热器和第二风扇；
20.所述第二电子水泵用于使第二流动介质在燃料电池辅散及电机电控热管理装置内流动，所述第三三通阀的一个出口通过管道与燃料电池辅散入口连通，所述第三三通阀的另一个出口通过管道与电机控制器的入口连通，电机控制器出口通过管道与驱动电机入口连通，所述第三三通阀的入口与第二电子水泵出口通过管道连接，所述燃料电池辅散出口与驱动电机出口通过管道连接第二散热器入口，第二散热器出口通过管道与第二电子水泵入口相连。
21.可选的，所述动力电池热管理装置，包括动力电池、第三水泵、水暖ptc、第四三通阀、第五三通阀、换热器、第三散热器和电池冷却器；
22.所述第三水泵用于使第三流动介质在动力电池热管理装置内流动，动力电池出口与第四三通阀的入口连通，第四三通阀的一个出口与第三水泵的入口的管路上设置水暖ptc，水暖ptc出口与第三水泵的入口的管路与换热器连通，第四三通阀的另一个出口与第五三通阀的入口连通，第五三通阀的一个出口与第三水泵的入口的管路上设置第三散热器，第五三通阀的另一个出口与第三水泵的入口的管路上设置电池冷却器。
23.可选的，所述空调及乘员舱热管理装置，包括冷凝器、空调压缩机、第三风扇、蒸发器、风暖ptc、第一电子膨胀阀和第二电子膨胀阀，所述蒸发器、空调压缩机、冷凝器和第一电子膨胀阀依次通过管道连通，风暖ptc用于对乘员舱加热，第三风扇用于对冷凝器散热；第二电子膨胀阀出口与电池冷却器的入口连通，空调压缩机的入口与电池冷却器的出口连通。
24.可选的，所述燃料电池主散热管理装置内的第一流动介质为燃料电池冷却液；所述燃料电池辅散及电机电控热管理装置内的第二流动介质为水和乙二醇的混合溶液；所述动力电池热管理装置内的第三流动介质水和乙二醇的混合溶液；所述空调及乘员舱热管理装置内的第四流动介质为车用空调制冷剂。
25.可选的，所述换热器为板式换热器。
26.第二方面，本公开实施例还提供了一种车辆，使用第一方面任一所述的热量管理
系统。
27.本实用新型提供的热量管理系统及车辆，其中热量管理系统，通过燃料电池主散热管理装置的管道与动力电池热管理装置的管道之间设置换热器，优先使用燃料电池主散热管理装置为动力电池热管理装置加热，当燃料电池主散热管理装置不满足要求时，使用水暖ptc为动力电池热管理装置加热。并在燃料电池主散热管理装置设置暖风装置，当燃料电池主散热管理装置热量满足要求时，通过暖风装置为乘员舱提供热量，从而利用燃料电池产生的热量，当燃料电池主散系统不满足要求时，使用风暖ptc为乘员舱加热。在动力电池热管理装置中设置风冷散热器，当动力电池需要降温时，优先通过第三散热器进行降温，当第三散热器不能满足需求时，再通过空调及乘员舱热管理装置的管道与动力电池热管理装置的管道之间设置的电池冷却器为动力电池进行冷却。达到提高能源利用效率的目的。
附图说明
28.通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
29.图1为本公开实施例提供的一种热量管理系统的原理框图。
30.其中：
31.101-暖风芯体；102-鼓风机；103-第一散热器；104-第一风扇；105-第二三通阀；106-第一三通阀；107-两通阀；108-第一水泵；109-换热器；201-第二电子水泵；202-第三三通阀；203-第二风扇；204-第二散热器； 301-第三水泵；302-第三散热器；303-水暖ptc；304-第四三通阀；305-第五三通阀；306-电池冷却器； 401-第三风扇；402-冷凝器；403-空调压缩机；404-第二电子膨胀阀；405-风暖ptc；406-蒸发器；407-第一电子膨胀阀。
具体实施方式
32.下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。
33.应当明确，以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，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，都属于本公开保护的范围。
34.还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图式中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
35.另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
36.本实施例内涉及的名词含义如下：
37.热管理：根据具体对象的要求，利用加热或冷却手段对其温度或温差进行调节和控制的过程；
38.氢燃料汽车：以氢为主要能量作为移动的汽车，燃料电池和电动机会取代一般的引擎；
39.fc：氢燃料电池发动机，将氢和氧经过电化学反应将化学能转变成电能的发动机系统；
40.燃料电池发动机主散系统：主要负责对燃料电池发动机电堆产生的热量进行控制；
41.燃料电池发动机辅散系统：主要负责对维持燃料电池发动机电堆正常工作的相关附件产生的热量进行控制；
42.动力电池：存储氢燃料电池发动机产生的电能，并为驱动电机及其他高压附件提供所需的电能；
43.驱动电机：将氢燃料电池发动机和动力电池发出的电能转化为动能，驱动汽车行驶；
44.风暖ptc:利用高压电发热，对流经ptc表面的空气进行加热，满足乘员舱加热相关需求；
45.暖风芯体：通过流经暖风芯体内部的高温冷却液，加热流经暖风芯体外部的空气，加热后的空气进入乘员舱，满足乘员舱的加热及除霜除雾相关需求；
46.水暖ptc：利用高压电发热，对流经ptc内部的冷却液进行加热，满足动力电池的低温加热需求；
47.电动空调压缩机：在空调制冷剂回路中起压缩驱动制冷剂的作用，空调压缩机把低温低压的气态制冷剂从低压区抽取来经压缩机压缩后变为高温高压过热蒸汽制冷剂；
48.冷凝器：属于换热器的一种，经压缩机压缩成为高温高压的过热蒸汽制冷剂，进入冷凝器中冷却，并向周边空气放出热量，然后冷却为过冷液态制冷剂；
49.电子膨胀阀：使中温高压的液体制冷剂通过其节流成为低温低压的湿蒸汽；
50.蒸发器：经过电子膨胀阀的制冷剂在蒸发器中进行气化吸热，与流经蒸发器外部的空气进行热交换，对空气降温；
51.鼓风机：鼓风机通过叶轮的旋转，将车内或车外的空气吸入鼓风机，并在离心力的作用下进入空调箱；
52.chiller(电池冷却器)：引入空调系统中的制冷剂，电子膨胀阀节流后的制冷剂在电池冷却器中蒸发，吸收电池冷却回路中冷却液的热量，起到给电池降温的作用；
53.电子水泵：通过叶轮的旋转提高系统中冷却液压力，实现冷却液在系统中的循环流动；
54.三通阀：在冷却回路中，用于改变冷却液的流向，实现不同冷却回路的连通；
55.两通阀：在冷却回路中，用于实现冷却路的通断；
56.散热器：冷却液在散热器芯体内部流动，空气在散热器芯体外侧通过。热的冷却液通过与空气经过热量交换而冷却；
57.电子风扇：通过风扇叶轮的旋转，带动散热器、冷凝器周边的空气流经其表面；
58.板式换热器：由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种高效换热器，
不同温度的冷却液经过板式换热器的不同流道，实现热量的交换。
59.为了便于理解，如图1所示，本实施例公开了一种热量管理系统，包括：
60.燃料电池主散热管理装置、燃料电池辅散及电机电控热管理装置、动力电池热管理装置和空调及乘员舱热管理装置；
61.如图1中，燃料电池主散热管理装置为细实线连接部分，燃料电池辅散及电机电控热管理装置为虚线连接部分，动力电池热管理装置为点划线连接部分，空调及乘员舱热管理装置为粗实线连接部分。
62.燃料电池主散热管理装置内的第一流动介质为燃料电池冷却液；所述燃料电池辅散及电机电控热管理装置内的第二流动介质为水和乙二醇的混合溶液；所述动力电池热管理装置内的第三流动介质水和乙二醇的混合溶液；所述空调及乘员舱热管理装置内的第四流动介质为车用空调制冷剂。
63.所述燃料电池主散热管理装置的热量通过暖风装置为空调及乘员舱热管理装置提供热量；
64.所述燃料电池辅散及电机电控热管理装置包括第二散热器204，所述动力电池热管理装置包括第三散热器302，所述第二散热器204和第三散热器302共用第二风扇203；
65.所述燃料电池主散热管理装置的管道与动力电池热管理装置的管道之间设置换热器109；
66.所述空调及乘员舱热管理装置的管道与动力电池热管理装置的管道之间设置电池冷却器306。
67.可选的，所述暖风装置包括鼓风机102、暖风芯体101、蒸发器406和风暖ptc405，所述鼓风机102用于将经过暖风芯体101或风暖ptc405加热后及经过蒸发器406冷却后的空气吹入乘员舱。
68.可选的，所述燃料电池主散热管理装置，包括燃料电池、第一水泵108、第一三通阀106、第二三通阀105、第一散热装置、暖风芯体101、两通阀107和换热器109；
69.所述第一水泵108用于使第一流动介质在燃料电池主散热管理装置内流动，燃料电池的出口处连接两个管路，一个管路与第一三通阀106的入口连通，另一个管路与两通阀107的入口连接，两通阀107的出口与第一水泵108入口之间的管路上设置换热器109；
70.所述第一三通阀106的一个出口通过管道与第一水泵108入口连通，所述第一三通阀106的另一个出口与第二三通阀105的入口连通，所述第二三通阀105的一个出口与第一水泵108入口之间的管路上设置第一散热装置，所述第二三通阀105的另一个出口与第一水泵108入口之间的管路上设置暖风芯体101。
71.可选的，所述第一散热装置包括第一散热器103和第一风扇104，所述第一风扇104为电子风扇。
72.可选的，所述燃料电池辅散及电机电控热管理装置，包括第二电子水泵201、第三三通阀202、电机控制器、驱动电机和第二散热器204、第二风扇203；
73.所述第二电子水泵201用于使第二流动介质在燃料电池辅散及电机电控热管理装置内流动，所述第三三通阀202的一个出口通过管道与燃料电池辅散入口连通，所述第三三通阀202的另一个出口通过管道与电机控制器的入口连通，电机控制器出口通过管道与驱动电机入口连通，所述第三三通阀202的入口与第二电子水泵201出口通过管道连接，所述
燃料电池辅散出口与驱动电机出口通过管道连接第二散热器204入口，第二散热器204出口通过管道与第二电子水泵201入口相连。
74.可选的，所述动力电池热管理装置，包括动力电池、第三水泵301、水暖ptc303、第四三通阀304、第五三通阀305、第三散热器302和电池冷却器306；
75.所述第三水泵301用于使第三流动介质在动力电池热管理装置内流动，动力电池出口与第四三通阀304的入口连通，第四三通阀304的一个出口与第三水泵301的入口的管路上设置水暖ptc303，水暖ptc303出口与第三水泵301的入口的管路与换热器109连通，第四三通阀304的另一个出口与第五三通阀305的入口连通，第五三通阀305的一个出口与第三水泵301的入口的管路上设置第三散热器302，第五三通阀305的另一个出口与第三水泵301的入口的管路上设置电池冷却器306。
76.可选的，所述空调及乘员舱热管理装置，包括冷凝器402、空调压缩机403、第三风扇401、蒸发器406、风暖ptc405、第一电子膨胀阀407和第二电子膨胀阀404，所述蒸发器406、空调压缩机403、冷凝器402和第一电子膨胀阀407依次通过管道连通，风暖ptc405用于对乘员舱加热，第三风扇401用于对冷凝器402散热；第二电子膨胀阀404出口与电池冷却器306的入口连通，空调压缩机403的入口与电池冷却器306的出口连通。
77.第一水泵108和第三水泵301为电子水泵，第一风扇104、第二风扇203和第三风扇401为电子风扇。换热器109为板式换热器。
78.燃料电池主散热管理装置的工作过程具体如下：
79.当燃料电池开始工作时，第一水泵108运转为系统中的燃料电池专用冷却液提供动力，系统中的冷却液从冷却水泵开始依次流经fc、第一三通阀106、第二三通阀105，根据fc的温度及系统中冷却液温度，调整第一三通阀106的开度大小，使第一流动介质流经第一散热器103或直接流回第一水泵108，流经第一散热器103中的高温第一流动介质流出散热器后变为低温第一流动介质再流经fc时，对fc进行冷却。
80.燃料电池辅散及电机电控热管理装置的工作过程具体如下：
81.当燃料电池发动机、驱动电机、电机控制器开始工作，第二电子水泵201开始运转为装置中的第二流动介质提供动力，第二流动介质分别由第三三通阀202流经fc上的辅散系统及整车上的电机控制器和驱动电机对其进行冷却，高温的冷却液流经第二散热器204降温后，后再流回第二电子水泵201。
82.动力电池热管理装置的工作过程具体如下：
83.动力电池开始工作，第三水泵301开始运转，驱动系统中的第三流动介质流经动力电池，调整第四三通阀304、第五三通阀305的开度使第三流动介质依次流过第四三通阀304、第五三通阀305、chiller306，再流回第三电子水泵301，此时chiller306不工作。
84.当动力电池需要加热时，第四三通阀304调整开度，使第三流动介质流经水暖ptc303和板式换热器109，经水暖ptc303或板式换热器109加热后的第三流动介质流回第三水泵301，经第三水泵301驱动后再流经动力电池时，对动力电池进行加热。若燃料电池发动机冷却液温度较高，则开启两通阀107，使燃料电池发动机装置高温第一流动介质为板式换热器109中的动力电池装置低温第三流动介质加热。若燃料电池第一流动介质温度较低，则直接由高压电启动水暖ptc303为第三流动介质加热。
85.当动力电池需要降温时，调整第四三通阀304开度，使高温第三流动介质流经第五
三通阀305，第五三通阀305调整开度使第三流动介质流经第三散热器302进行散热，降温后的第三流动介质再流回第三水泵301，由第三水泵301驱动流经动力电池，对动力电池进行降温。
86.当依靠第三散热器302不能满足动力电池的冷却需求时，第五三通阀305调整开度，使高温第三流动介质流经电池冷却器306，通过电池冷却器306中的低温空调装置冷媒与高温第三流动介质进行热交换，流出电池冷却器306后的低温第三流动介质再流回第三水泵301，经第三水泵301驱动后再流经动力电池对动力电池进行冷却。此时启动空调压缩机403及第二电子膨胀阀404，空调装置的第四流动介质经空调压缩机403压缩后流经冷凝器402冷凝为液态，经第二电子膨胀阀404节流后在电池冷却器306中气化吸收第三流动介质中的热量后再流回空调压缩机403。
87.空调及乘员舱热管理装置的工作过程具体如下：
88.当乘员舱需要进行加热时，如果燃料电池发动机第一流动介质温度较高，控制第一水泵108运转，调整第一三通阀106及第二三通阀105的开度使部分第一流动介质流经暖风芯体101，通过鼓风机102将流经暖风芯体101加热后的空气吹入乘员舱，满足乘员舱的加热需求；如果燃料电池发动机的第一流动介质温度较低，则启动风暖ptc405，通过鼓风机102将流经风暖ptc405加热后的空气吹入乘员舱，满足乘员舱的加热需求。
89.当乘员舱需要进行降温时，启动空调压缩机403，经空调压缩机403压缩后的制冷剂经过冷凝器402冷凝为液体。液体制冷剂流经第一电子膨胀阀407时雾化，雾化后的制冷剂进入蒸发器406时气化，吸收蒸发器406表面空气的热量，经过蒸发器406的制冷剂再流回空调压缩机403。启动后的鼓风机102将蒸发器406冷却后的空气吹入乘员舱，满足乘员舱冷却需求。
90.本实施例中控制器中运行的软件均为现有技术，本实施例没有对软件进行改动。
91.在本公开中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序，本公开中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。
92.另外，如在此使用的，在以“至少一个”开始的项的列举中使用的“或”指示分离的列举，以便例如“a、b或c的至少一个”的列举意味着a或b或c，或ab或ac或bc，或abc（即a和b和c）。此外，措辞“示例的”不意味着描述的例子是优选的或者比其他例子更好。
93.提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本公开。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本公开的范围。因此，本公开不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。
94.为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本公开的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技
术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。