[发明专利]一种燃料电池车辆的热管理系统及方法

说明书

本发明涉及一种燃料电池车辆的热管理系统及方法，属于新能源汽车技术领域。本发明以乘客舱舒适性和整车经济性为优化目标，根据获取的环境温度，针对不同的环境温度，判断整车取暖模式，结合设定温度，对不同加速速率、能效比的加热系统进行组合，按照设定优先级形成不同的取暖方案，实现整车智能化取暖，提高整车舒适性和经济性。

技术领域

本发明涉及一种燃料电池车辆的热管理系统及方法，属于新能源汽车技术领域。

背景技术

燃料电池汽车具有能量转化效率高、零排放、比功率高、氢燃料来源广泛等优点，是新能源汽车重要发展方向。燃料电池在新能源方面逐渐开始示范，其燃料电池系统在提供电能的同时能够提供热源，在我国北方寒冷地区使用时，可以提升氢气的利用率，因此如何利用好燃料电池的热源为驾乘人员提供舒适的环境显得尤为重要。

燃料电池汽车是在纯电动汽车的基础上引入燃料电池系统、燃料电池专用DC/DC、散热系统及氢系统，相比纯电动车辆拥有更多热源，因此对燃料电池汽车多种热源进行集中管理，合理控制各个热源部件的工作模式，保证燃料电池关键零部满足热管理需求的情况下，如何快速提高乘客舱的温升速率，改善整车取暖效果，降低整车能耗，是提升整车环境适应性、提高燃料电池汽车品质，推动燃料电池汽车商业化的重要途径。

目前冬季低温环境下，燃料电池车辆乘客舱取暖方式主要有壁挂水暖+PTC、电暖器、燃料电池余热和冷暖空调等，整车取暖时采用壁挂水暖时，乘客舱温升慢，取暖效果差，整车经济性差；采用电暖或冷暖空调，乘员感受差，整车经济性差；整车采用燃料电池余热，燃料电池启动时间长，整车取暖效果差，单一热源难以满足低温环境下乘客舱快速温升需求，多热源同时工作会增加整车能耗。申请公布号为CN109542088A的中国专利申请文件公开了一种将燃料电池汽车综合热管理方法和快速控制原型系统，提出以热泵为核心，包括燃料电池热管理、辅助能源热管理、电机及功率电子热管理、成员舱热管理等部分集成在一起进行综合管理，协调控制。其公开的方案虽然能够实现综合热管理，通过设定29种工作模式进行冷暖控制，但是整个控制过程未考虑整车实际应用需求，没有兼顾经济性和舒适性。

发明内容

本发明的目的是提供一种燃料电池车辆的热管理系统及方法，以解决目前燃料电池热管理中没有兼顾经济性和舒适性的问题。

本发明为解决上述技术问题而提供一种燃料电池车辆的热管理系统，该热管理系统包括：

加热系统，包括燃料电池余热利用装置、乘客舱电取暖装置和空调取暖装置，燃料电池余热利用装置、乘客舱电取暖装置和空调取暖装置温度采集系统均与控制系统连接，由控制系统控制；

温度采集系统，温度采集系统与控制系统连接，用于将采集到的乘客舱内的环境温度发送给控制系统；

控制系统，用于根据获取的环境温度和设定温度按照设定的优先级大小控制加热系统，所述的优先级是根据加热系统中各装置的热源能效比、加热温升速率和热舒适度确定的。

本发明采用多热源方式进行热管理，根据热源能效比、加热温升速率和热舒适度确定各热源的优先级，根据环境温度和设定温度的差值大小逐级选择最优的加热方式，实现加热速度快，满足舒适需求，同时还提高了整车经济性。

进一步地，为进一步提高舒适性和经济性，所述的空调取暖装置包括空调热泵和空调PTC，所述的优先级顺序为燃料电池余热利用装置、空调热泵、乘客舱电取暖装置和空调PTC，燃料电池余热利用装置的优先级最高，空调PTC最低，优先级最高的最先使用。

进一步地，为保证余热利用的高效性，所述的电池余热利用装置包括燃料电池散热回路和乘客舱余热利用回路，燃料电池散热回路和乘客舱余热利用回路通过板式换热器进行热量交换。

进一步，为避免余热利用的加热效果差，所述的乘客舱余热利用回路中设置有液体加热器，该液体加热器用于在乘客舱余热利用回路中的液体温度低于设定回水温度时对客舱余热利用回路中的液体进行加热。