[发明专利]一种乘用车燃料电池热管理系统及方法

说明书

本发明公开了一种乘用车燃料电池热管理系统及方法，所述热管理系统包括控制器、燃料电池、入口温度传感器、出口温度传感器、PTC加热器、暖风芯体、第一水泵、电控三通阀、去离子器、散热器、第二水泵和中冷器；所述热管理方法包括燃料电池停机模式下的热管理过程、冷启动工作模式下的热管理过程、小功率工作模式下的热管理过程和大功率工作模式下的热管理过程。本发明能使燃料电池快速启动，避免燃料电池冷启动失败。

技术领域

本发明属于氢燃料电池汽车领域，具体涉及一种乘用车燃料电池热管理系统及方法。

背景技术

燃料电池乘用车是以燃料电池消耗反应物产生电能作为全部或者一部分动力源驱动车辆前行的乘用车。近年来由于环境和能源等问题，加上燃料电池功率高、无污染等优点，燃料电池乘用车有着很好的应用前景。

质子交换膜燃料电池在80摄氏度左右的温度下工作效率最佳，且保证燃料电池合理的工作温度非常重要。传统的发动机散热，主要通过发动机机体和排气管以尾气的形式散出，只有少量的热量是通过散热器散出，与传统的燃油发动机不同，燃料电池在散热方面主要依靠散热器。一般而言，在相同的车辆运行条件下，燃料电池的散热量比传统燃油发动机大很多，但燃料电池系统的运行温度较低，与环境的温差较小，这导致了燃料电池对散热要求相比传统车高了很多。

在现有的乘用车燃料电池热管理技术中，由于燃料电池乘用车空间狭小，且燃料电池系统部件多，散热需求大，因此对燃料电池的热管理系统体积及其安装有着很高的要求，这对燃料电池冷却带来更大的挑战。此外，燃料电池热管理系统通常使用节温器来调节电堆的工作温度，但节温器的开关控制方式使得燃料电池温度波动大，这会造成燃料电池输出功率的不稳定，对电堆的正常工作造成影响。另一方面，燃料电池在冷启动时，产生的热量无法与外界低温抗衡时，燃料电池容易启动失败。为了解决这一问题，现有的技术采用PTC加热回路来给冷却液加热，使得燃料电池（电堆）达到启动的温度要求。但是由于PTC回路流动阻力大、流量小，使得燃料电池冷启动速度慢，或是造成燃料电池从入口到出口的巨大温差而使得冷启动失败。因此，如何设计更优的燃料电池热管理系统及方法就显得非常重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种乘用车燃料电池热管理系统及方法，以使燃料电池快速启动，避免燃料电池冷启动失败。

本发明所述的乘用车燃料电池热管理系统，包括控制器、燃料电池、入口温度传感器、出口温度传感器、PTC加热器、暖风芯体、第一水泵、电控三通阀、去离子器、散热器、第二水泵和中冷器，PTC加热器的入口与燃料电池的出口相连，PTC加热器的出口与暖风芯体的入口相连，暖风芯体的出口与电控三通阀的三通阀常开入口相连，第一水泵的一端与电控三通阀的三通阀第一可控出口相连、另一端与PTC加热器的入口相连，散热器的出口与第二水泵的入口相连，第二水泵的出口与中冷器的入口和燃料电池的入口相连，入口温度传感器、出口温度传感器分别安装在燃料电池的入口处管路、出口处管路上；入口温度传感器、出口温度传感器与控制器电连接，将检测的燃料电池入口处、燃料电池出口处的冷却液温度发送给控制器，控制器与PTC加热器、第一水泵、电控三通阀、散热器、第二水泵电连接，控制PTC加热器、第一水泵、电控三通阀、散热器、第二水泵工作；该乘用车燃料电池热管理系统还包括与控制器电连接的电控四通阀，电控四通阀的四通阀第一常开入口与燃料电池的出口相连、四通阀第二常开入口与中冷器的出口相连、四通阀第一可控出口与散热器的入口相连、四通阀第二可控出口与第二水泵的入口相连；去离子器的入口与电控三通阀的三通阀第二可控出口相连，去离子器的出口与第二水泵的入口相连。

优选的，所述第二水泵的出口通过过滤器与燃料电池的入口相连（即第二水泵的出口与过滤器的入口相连，过滤器的出口与燃料电池的入口相连），过滤器能够过滤冷却液中的杂质，起到保护燃料电池，延长燃料电池寿命的作用。所述第二水泵的入口还连接有水箱，水箱通过气管与散热器相连，水箱起补水和方便散热器逸气的作用。

优选的，所述散热器具有两个散热风扇，能够实现更大更均匀的散热空气流量，满足燃料电池在满负荷和高温天气下的散热需求。