[发明专利]一种燃料电池‑锂电池混合动力热管理系统及运行方式

说明书

技术领域

本发明属于燃料电池领域，涉及一种燃料电池-锂电池混合动力热管理系统及运行方式。

背景技术

随着世界经济的快速发展，因能源消耗的激增和资源的浪费所引起的“能源危机”已经引起了全世界的关注。内燃机新能源的发展也越来越收到科学家们的重视。所以开发新能源来代替传统的化石燃料成为了越来越多的国家一项长期重要的能源发展战略。在所开发的新能源中，氢能被认为是最有潜力的新能源之一，其优点在于：储量大，热值高；与化石燃料燃烧后所释放的碳氧化物、氮氧化物、粉尘颗粒相比，氢气燃烧反应后所释放的只有水，不会造成环境的污染，是零污染的清洁能源。同时也是替代现有化石燃料最理想的能源之一。而以氢气为燃料的质子交换膜燃料电池(PEMFC)成为了未来最有可能替代传统内燃机的动力源之一。

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种在低温(60℃-80℃)状态下可直接将储存在氢气与氧气中的化学能直接转化为电能，释放热和水的化学装置。由于燃料电池不受卡诺循环的限制，其能量转化率高。与传统的化学电池不同，只要有足够的氢气及氧化剂，就可以持续的工作，类似于传统内燃机。同时，PEMFC具有机械结构设计简单、比能量高、使用寿命长、排水简单、工作温度低等特点，其发展和应用前景被世界各国看好，也被看作是替代传统内燃机的最佳方案。

燃料电池作为一种清洁的动力装置，虽有诸多优点，但是当其单独应用在车辆中为其提供能量时，会存在一定的不足。燃料电池在车辆中单独工作时，会增加系统的体积，提高了车辆成本。同时还由于车辆在行驶中的负荷变化，导致燃料电池的输出特性时常发生变化，损害燃料电池，缩短其工作寿命。此外，燃料电池为单向供电电源，无法在车辆制动时回收制动能量。由于锂电池对负荷的变化响应速度快、高倍率充放电能力较强且可回收制动能量，因此采用燃料电池-锂电池的混合动力系统的方案可以充分发挥燃料电池及锂电池各自的特点，既可以在车辆制动时回收制动能量，又可以弥补在车辆负荷突变时燃料电池的输出不稳定的缺点，从而提高系统能量的稳定性和可靠性。

然而，在实际环境中，低温条件下，燃料电池所产生水，加湿用水以及其中的冷却水会产生涨冻现象，从而对燃料电池内部的质子交换膜结构产生损害。同时，低温环境中，催化剂的活性降低，影响催化效果，使得反应速率降低，影响燃料电池整体性能。而在高温环境中，锂电池在高倍率充放电过程中会产生热量，使得锂电池偏离最佳工作温度，造成性能下降。

现有质子交换膜燃料电池热管理系统，例如(中国发明专利CN106602105A)公开了一种质子交换膜燃料电池热管理系统，通过至少两个单体电池以串联方式层叠组合而成的燃料电池堆，每个单体电池的一侧对应设有散热装置，且单体电池与散热装置间隔叠设，用于供应冷却液并控制冷却液流动的控制系统。该质子交换膜燃料电池热管理系统能够保证燃料电池在运行过程中处于合适的温度范围内以及燃料电池内部的均温性。现有锂电池热管理系统，例如(中国发明专利CN206040906U)涉及动力锂电池组热管理控制装置，通过电池管理系统和温度传感器对动力电池箱内温度环境进行检测，再根据温度异常情况发出降温或升温指令，启动加热组件或制冷组件进行温度控制，使电池箱体内温度达到规定范围，确保外界温度对锂电池组影响因素减少到最小，让锂电池组的系统性能达到最佳状态的动力锂电池组温度控制装置。上述两种系统可分别进行热管理，但缺少燃料电池-锂电池混合动力的热管理系统，用以实现燃料电池-锂电池的热量协同管理。

发明内容

本发明的目的在于提出的一种燃料电池-锂电池混合动力热管理系统及运行方式，以解决现有的燃料电池-锂电池混合动力系统热管理的问题，以提高燃料电池低温启动速度，保护燃料电池；维持锂电池在适宜温度运行；并在低温环境下将余热用于加热驾驶室，使驾驶员处在适当的温度中。通过电控系统监控各个传感器的信号，控制不同电磁阀的开关使冷却水流经不同的流道，使热量走向不同的目的，实现提高燃料电池启动速度，维持锂电池适宜温度，并且控制驾驶室温度的目的。

针对上述技术的不足之处，本发明提供一种燃料电池-锂电池混合动力热管理系统及运行方式，包括燃料电池氢气供气系统、燃料电池电堆、冷却水流量传感器、冷却水温度传感器、循环水泵、冷却水水箱、锂电池包、加热电阻丝、单向电磁阀、冷却水流道、信号电气连接、气体流道、驾驶室模型、散热器、风扇、电控模块、燃料电池空气供气系统。

所述燃料电池氢气供气系统(1)选用高纯度氢气(99.99％)，为燃料电池提供稳定可靠的供给。