[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水热管理系统，包括第一采暖回路、第二采暖回路、第三采暖回路、第一冷却回路、第二冷却回路、去离子水循环系统、燃料电池堆和控制系统；第一采暖回路为燃料电池堆加热回路，通过PTC加热装置加热冷却液以提高燃料电池堆温度；第二采暖回路为乘员舱辅助加热回路，由PTC加热装置直接为乘员舱供暖；第三采暖回路为燃料电池乘员舱供暖回路，利用燃料电池堆工作产生的余热加热乘员舱；第一冷却回路为散热器冷却回路，通过换热器将燃料电池堆工作产生的热量传递至散热器，与外界换热；第二冷却回路为空调辅助冷却回路，利用空调系统制冷剂相变换热辅助燃料电池堆散热。

技术领域

本发明属于汽车技术领域，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

汽车技术高速发展，环保要求逐年提高，新能源汽车的研发愈渐成熟，多种动力源被应用到汽车领域。燃料电池作为一种新型的能源转换装置，因其高效清洁等优势被加以重视。其中，质子交换膜燃料电池系统具有无污染、零排放、续驶里程长、环境适应性强等优点，具有广阔的研究、应用空间。与传统内燃机汽车相比，温度是制约燃料电池系统性能、可靠性与使用寿命的重要因素。过低的启动温度导致电化学反应活性下降，反应物排放受阻，膜结构受损，造成电池系统不可逆的损失；过高的工作温度导致膜的含水量下降，同时由于膜的耐高温性能有限，将会降低系统可靠性甚至造成严重事故。因此，提高燃料电池热管理水平对其使用效率、可靠性以及使用寿命具有重要意义。

公开号为CN 112208392A的发明专利提出了一种氢燃料电池汽车水热管理系统，该系统将客舱与散热器并联，可以利用燃料电池工作余热对客舱进行升温以提高燃料电池工作效率。但该系统未考虑燃料电池冷启动问题，当外界环境温度低于燃料电池启动温度时可能对燃料电池造成损害。

公开号为CN 104934619A的发明专利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，该系统采用具有加热功能的水箱以简化冷启动装置。但没有考虑到离子水循环系统，这会造成热管理系统长时间工作后冷却水电导率上升，进而影响电堆和电池内部化学反应。

公开号为CN 212022402U的实用新型专利提出了一种燃料电池车辆热管理系统，该系统采用散热器与热交换器并联的方式以提高热管理水平。但散热器与外界空气换热，当外界温度较高时，散热效率较低。

本发明设计了一种车用燃料电池水热管理系统，将汽车乘员舱、采暖系统、冷却系统相关联，利用高效率的液-液换热方式提高换热效率，达到提高燃料电池工作效率、降低氢耗、提高工作可靠性、延长燃料电池寿命、提升乘员舱舒适性等目的。当汽车所处寒冷环境温度低于燃料电池启动温度时，通过第一采暖回路对燃料电池进行加热，满足冷启动要求；同时通过第二采暖回路对暖风芯体进行加热，可以对乘员舱空气进行升温，提升舒适性；燃料电池启动后，通过第三采暖回路对暖风芯体进行加热、第一冷却回路进行散热，在保证工作温度合理的同时加热乘员舱，提高了能量利用率。当外界温度较高时，在第一冷却回路工作的同时通过第二冷却回路辅助散热，通过空调制冷剂相变换热提高散热能力。

发明内容

本发明旨在解决现有热管理系统低温环境下启动的问题，提供一种车用燃料电池热管理系统及其控制方法，将汽车乘员舱、采暖系统、冷却系统相关联，使启动后的燃料电池在合适的温度区间工作，利用高效率的液-液换热方式提高换热效率，达到提高燃料电池工作效率、降低氢耗、提高工作可靠性、延长燃料电池寿命、提升乘员舱舒适性等目的。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下，结合附图：

一种车用燃料电池水热管理系统，包括第一采暖回路、第二采暖回路、第三采暖回路、第一冷却回路、第二冷却回路、去离子水循环系统、燃料电池堆1和控制系统；