[发明专利]一种车用燃料电池余热管理系统及方法

说明书

本发明公开了一种车用燃料电池余热管理系统及方法，涉及汽车技术领域，其在满足原有功能的基础上，通过换热板块、三通阀、电子水阀等特殊零部件，组成一个车用低成本方案的热电联供系统，利用燃料电池系统工作产生的余热，协调控制燃料电池系统的升温、冷却和车内水暖等。同时通过余热管理系统及各控制策略解决因换热板块两侧冷却介质的温度差较大，引起的燃料电池系统冷却介质温度急剧下降、发电性能变差、夏天增大制冷负荷等问题。通过第一温度传感器和第二温度传感器信号的判断策略，实时智能调节第一水泵、燃料电池散热器的电子风扇、电加热器等，可以避免温度滞后或超前的控制，同时可以降低整车热管理的电能消耗。

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，具体是指一种车用燃料电池余热管理系统及方法。

背景技术

燃料电池直接通过电化学反应将燃料中的化学能转换为电能的高效发电系统，这种电化学反应属于一种没有物体运动就获得电力的静态发电方式，不受卡诺循环的限制。因此，燃料电池具有效率高、噪音低、无污染等优点，这确保了燃料电池能够在汽车上使用，并将成为真正意义上的高效、清洁汽车。

车用燃料电池工作温度范围在60-80℃，能量转换效率一般在50%以上，剩余的能量主要以热量的形式向外散发，产生与发电量相当的废热，现在燃料电池汽车对这部份的废热利用率极低，基本采用冷却介质直接带走多余的热量，以保持燃料电池电堆内部温度的相对恒定。

然而，在冬季行车，新能源汽车驾驶舱和/或乘客舱取暖一般采用燃油加热器、电加热器、电暖风、冷暖空调等方案，以上车内暖风方案均存在采购成本高、整车布置难度大、整车冬季能耗大等显著缺点，甚至有尾气排放和噪音污染。车用燃料电池系统在正常运行后可以产生持续的热量，去离子冷却介质的最高温度达到80℃，产生的热量与燃料电池系统的运行功率、环境温度、整车布置方案等有关，可以满足整车乘客舱取暖的需求，实现燃料电池系统余热循环利用，提高能源有效利用效率，降低整车能耗。

发明内容

本发明提供一种车用燃料电池余热管理系统及方法，以解决现有技术中存在的上述问题。

本发明采用如下技术方案：

一种车用燃料电池余热管理系统，包括冷却系统和水暖系统，所述冷却系统包括第三水循环回路，所述第三水循环回路包括依次首尾连接的燃料电池系统、换热板块、燃料电池散热器以及第一水泵，并在燃料电池系统的出水端和进水端分别设有第一温度传感器和第二温度传感器；所述水暖系统包括水暖循环回路，该水暖循环回路包括依次首尾连接的第一电子水阀、电加热器、车内散热器、第二水泵、第二电子水阀以及所述换热板块。

进一步，所述冷却系统还包括节温器和电子三通阀，在所述第三水循环回路中，所述燃料电池散热器经节温器的入水口、节温器的第二出水口、电子三通阀的入水口，电子三通阀的出水口二连接至所述换热板块；所述电子三通阀的出水口一连接至所述第一水泵，由依次首尾连接的所述燃料电池系统、节温器、电子三通阀、燃料电池散热器以及第一水泵构成所述冷却系统的第二水循环回路；所述节温器的第一出水口连接至所述第一水泵，由依次首尾连接的所述燃料电池系统、节温器以及第一水泵构成所述冷却系统的第一水循环回路。

一种车用燃料电池余热管理方法，使用上述车用燃料电池余热管理系统，并且在冷却系统中使用第一冷却介质，在水暖系统中使用第二冷却介质，设定第一温度传感器的信号为第一温度信号，第二温度传感器的信号为第二温度信号，设置阈值T1、阈值T2以及阈值T3，该车用燃料电池余热管理方法包括以下内容：（1）当第一温度信号低于阈值T1时，节温器的入水口与其第一出水口相通，第一冷却介质在第一水循环回路内流动；（2）当第一温度信号达到阈值T2，且环境温度高于阈值T3时，节温器的入水口与其第二出水口相通，电子三通阀的入水口与其出水口一相通，使第一冷却介质在第二水循环系统内流动，同时降低燃料电池散热器的电子风扇和第一水泵的转速；（3）当第一温度信号达到阈值T2，且环境温度低于阈值T3时，节温器的入水口与其第二出水口相通，电子三通阀的入水口与其出水口二相通，使第一冷却介质在第三水循环回路系统内流动。