[发明专利]一种车用燃料电池热管理系统及其控制方法

说明书

本发明公开了一种车用燃料电池热管理系统及其控制方法，控制系统通过传感器进行数据采集，通过节温器与三通装置将冷却回路分成大小两个循环，采用节温器对不同支路冷却水流量进行控制，使燃料电池与蓄电池同时工作在最佳温度区间，提升燃料电池系统的可靠性，所提出的加热装置保证了燃料电池与蓄电池在低温下正常启动，所提出的离子交换器使冷却水中导电率维持在合理范围。根据所提出的燃料电池热管理系统进一步提出其控制方法，该方法结合热管理系统的特点采用温度跟随的策略，使蓄电池与燃料电池能快速达到最佳工作温度。

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，具体涉及一种车用燃料电池热管理系统及其控制方法。

背景技术

随着新能源汽车技术的不断发展，越来越多的动力源被应用到汽车领域。燃料电池作为一种高效、清洁的能源转换装置，受到了高度重视。其中质子交换膜燃料电池具有工作温度低、启动速度快、发电效率高、技术成熟等优点，被广泛应用。热管理系统是制约燃料电池系统性能和可靠性的重要因素，燃料电池工作温度过低会使燃料电池难以启动，电化学反应活性下降，反应物排放也会受到影响。当燃料电池工作温度过高时，膜的含水量下降，同时膜的耐高温性能有限，会降低系统的可靠性。因此，提升燃料热管理系统的工作性能对整个燃料电池系统工作效率与使用寿命有重要的意义。

在已经授权的专利中，公开号为CN 104934619A中，提出一种水冷型质子交换膜燃料电池热管理系统及其控制方法，系统采用带有加热装置的水箱，简化了冷启动装置，冷却水回路采用大小双循环模式，同时提出一种跟随压力变化的控制方法，通过压力传感器采集冷却水压力控制冷却水循环泵。但所提出的系统没有考虑到去离子水循环系统，可能会造成热管理系统长时间工作后冷却水电导率上升，从而影响电堆与电池内部电化学反应。中国专利号为CN 106848349 A提出了一种分布式燃料电池热管理系统，该系统通过传感器获得燃料电池电堆入口处和出口处冷却水温度信号，采用大小双循环水路的热管理系统结构，整个结构简单，易于实现热管理系统精确控制。但所提出的系统未考虑燃料电池在低温条件下冷启动的情况，可能无法适应低温环境条件，功能比较单一。中国专利号CN106945537A提出了一种燃料电池汽车热管理系统，将蓄电池的热管理系统与燃料电池的热管理系统相结合，在含有双循环冷却水路基础上，加入蓄热器实现整车低温冷启动，但该系统缺陷在于蓄电池与燃料电池低温冷启动温度不同，同时工作时的温度区间也有差别，所以这种系统无法保证两种动力源都处于最佳工作状态。

本发明提出的一种车用燃料电池热管理系统及其控制方法，将整车系统中辅助动力源的热管理系统与燃料电池热管理系统作为一个整体，针对蓄电池与燃料电池工作温度区间不同的问题，通过将两个动力源放置在不同支路，采用节温器对不同支路冷却水流量进行控制，使燃料电池与蓄电池同时工作在最佳温度区间，对进一步提升燃料电池系统性能和可靠性具有重要意义。当汽车处于寒冷环境时，外界温度低于燃料电池与蓄电池冷启动温度时，需要对动力源进行加热，因此本发明在冷却系统的小循环回路中增加加热装置，满足整车低温冷启动时的需求。同时在大循环回路中增加了旁通阀与换热器，当车厢内有供暖需求时，可以关闭旁通阀，使带有废热的冷却水流经换热器，为车厢供暖，减少散热器消耗的功率，提升整车经济性。

发明内容

本发明目的是提供一种车用燃料电池热管理系统及其控制方法，能保证系统在低温下正常启动，同时使燃料电池工作在最佳温度区间，提高燃料电池性能和使用寿命。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案

一种车用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包括燃料电池堆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5、冷却水循环泵8、压力传感器20、三通装置9、加热装置12、电子节温器13、电子节温器14、电堆入口温度传感器24；