[发明专利]一种车用燃料电池热管理系统及其控制方法

权利要求书

1.一种车用燃料电池热管理系统的控制方法，其特征在于：

实施对象的燃料电池热管理系统包括小循环加热系统和大循环冷却系统、去离子水循环系统、燃料电池堆(1)、蓄电池冷却回路和控制系统；

所述的小循环加热系统由燃料电池堆(1)、电堆出口温度传感器(17)、单向阀(2)、换热器(3)、旁通阀(4)、离子浓度传感器(18)、三通装置一(5)、冷却水循环泵(8)、压力传感器一(20)、三通装置二(9)、加热装置(12)、电子节温器一(13)、电子节温器二(14)、电堆入口温度传感器(24)组成；

所述的大循环冷却系统由燃料电池堆(1)、电堆出口温度传感器(17)、单向阀(2)、换热器(3)、旁通阀(4)、离子浓度传感器(18)、三通装置一(5)、冷却水循环泵(8)、压力传感器一(20)、三通装置二(9)、散热器(11)、压力传感器二(21)、流量计二(22)、温度传感器二(23)、电子节温器一(13)、电子节温器二(14)、电堆入口温度传感器(24)组成；

所述的去离子水循环系统包括三通装置一(5)、离子交换器(6)、流量计一(19)、补水箱(7)；

所述的蓄电池冷却回路包括电子节温器二(14)、蓄电池(15)、温度传感器一(16)；

所述的控制系统分别与温度传感器一(16)、电堆出口温度传感器(17)、离子浓度传感器(18)、流量计一(19)、压力传感器一(20)、压力传感器二(21)、流量计二(22)、温度传感器二(23)、电堆入口温度传感器(24)相连以检测信号；所述的控制系统分别与旁通阀(4)、三通装置一(5)、冷却水循环泵(8)、三通装置二(9)、散热器(11)、加热装置(12)、电子节温器一(13)、电子节温器二(14)相连实现不同模式的切换；

所述的燃料电池堆(1)根据负载需求，给负载提供电能，并且产生热量，所述的单向阀(2)作用是控制冷却水流动方向，保证冷却水不会回流，所述的换热器(3)利用冷却水带来的废热为车厢加热，所述的旁通阀（4）控制冷却水是否通过换热器(3)所在支路，所述的三通装置一(5)分别与小循环加热系统回路和去离子水循环系统回路连接，通过控制三个接口的开关调节冷却水流动的方向，所述的冷却水循环泵(8)用来控制冷却水流量，所述的三通装置二(9)分别与大循环冷却系统回路与小循环加热系统回路相连，用来切换不同的模式，所述的加热装置(12)能够对小循环加热系统回路中的冷却水加热，所述的电子节温器一(13)与大循环冷却系统回路、小循环加热系统回路相连，通过控制器ECU给出的信号控制不同回路中冷却水流量，所述的节温器(14)与小循环加热系统回路、蓄电池冷却回路相连，通过控制器控制两个回路中冷却水流量；

所述的温度传感器一(16)、电堆出口温度传感器(17)、温度传感器二(23)、电堆入口温度传感器(24)测量各循环回路中冷却水温度，所述的离子浓度传感器(18)检测冷却水中离子浓度，所述的流量计一(19)、流量计二(22)测量冷却水的流量，所述的压力传感器一(20)、压力传感器二(21)测量冷却水的压力，所述的补水箱(7)存储冷却水，缓冲进入散热器的冷却水温度，同时补充冷却循环过程中损失的水分，所述的散热器(11)通过调节散热风扇的转速来降低冷却水温度，所述的蓄电池(15)作为辅助能量源，保证汽车行驶时的功率需求；

所述的离子交换器(6)，过滤来自管路材料离子析出，锈蚀反应生成的离子，保证冷却液电导率在合理的范围；所述的控制方法包括以下步骤：

A.首先启动冷却水循环泵(8)，控制器ECU(10)根据冷却液压力传感器一(20)的信号调节冷却水流量，保证冷却水压力不超过设定范围，根据温度传感器一(16)、电堆出口温度传感器(17)判断当前蓄电池(15)与燃料电池堆(1)温度当前是否低于启动温度，如果低于启动温度则通过控制器ECU(10)调节电子节温器一(13)与三通装置二(9)的开度，小循环加热系统工作，系统进入加热模式，同时打开加热装置(12)，对冷却水加热，控制器ECU(10)根据蓄电池(15)与燃料电池堆(1)启动温度不同控制电子节温器二(14)的开度；

B.当温度传感器一(16)、电堆出口温度传感器(17)检测到蓄电池(15)的温度与燃料电池堆(1)的温度介于启动温度与最高温度阈值之间时，根据蓄电池(15)与燃料电池堆(1)当前工作温度与设定阈值之差控制器ECU(10)调节电子节温器一(13)，此时加热装置(12)停机，小循环加热系统仅负责冷却，且大循环冷却系统同时工作，即系统处于双循环冷却模式，同时根据蓄电池(15)与燃料电池堆(1)最佳工作温度区间的不同调节电子节温器二(14)，保证蓄电池(15)与燃料电池堆(1)同时在最佳温度区间工作；

C.当温度传感器一(16)、电堆出口温度传感器(17)检测到燃料电池堆(1)与蓄电池(15)温度高于设定温度阈值时，控制器ECU(10)调节电子节温器一(13)，大循环冷却系统工作，系统进入大循环冷却模式，同时冷却水温度传感器二(23)采集的温度信号采用PMW调节散热器(11)风扇转速，使风扇转速能跟随冷却水温度变化，使系统温度快速下降；

D.当控制器ECU(10)接收到车厢内供暖信号时，关闭旁通阀(4)，使冷却水流入换热器(3)，为车厢供暖；

E.当离子浓度传感器(18)检测到离子浓度超标时，控制器ECU(10)控制三通装置一(5)的开度，使冷却水进入去离子水循环回路，通过离子交换器(6)过滤冷却水中的离子，保证冷却水的电导率在正常范围。