[發明專利]一種車用燃料電池熱管理系統及其控制方法

有效

• 申請號: 201811114719.2
• 申請日: 2018-09-25
• 公開（公告）號: CN109244505B
• 公開（公告）日: 2023-08-11
• 發明（設計）人: 宋大鳳;王愷;曾小華;紀人桓;雷宗坤;李廣含;王越;牛超凡;崔臣;孫可華
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: H01M8/04007
• 分類號: H01M8/04007;H01M8/04029;H01M8/04044
• 代理公司: 長春市恒譽專利代理事務所(普通合伙) 22212
• 代理人: 李榮武

1.一種車用燃料電池熱管理系統的控制方法，其特征在于：

實施對象的燃料電池熱管理系統包括小循環加熱系統和大循環冷卻系統、去離子水循環系統、燃料電池堆(1)、蓄電池冷卻回路和控制系統；

所述的小循環加熱系統由燃料電池堆(1)、電堆出口溫度傳感器(17)、單向閥(2)、換熱器(3)、旁通閥(4)、離子濃度傳感器(18)、三通裝置一(5)、冷卻水循環泵(8)、壓力傳感器一(20)、三通裝置二(9)、加熱裝置(12)、電子節溫器一(13)、電子節溫器二(14)、電堆入口溫度傳感器(24)組成；

所述的大循環冷卻系統由燃料電池堆(1)、電堆出口溫度傳感器(17)、單向閥(2)、換熱器(3)、旁通閥(4)、離子濃度傳感器(18)、三通裝置一(5)、冷卻水循環泵(8)、壓力傳感器一(20)、三通裝置二(9)、散熱器(11)、壓力傳感器二(21)、流量計二(22)、溫度傳感器二(23)、電子節溫器一(13)、電子節溫器二(14)、電堆入口溫度傳感器(24)組成；

所述的去離子水循環系統包括三通裝置一(5)、離子交換器(6)、流量計一(19)、補水箱(7)；

所述的蓄電池冷卻回路包括電子節溫器二(14)、蓄電池(15)、溫度傳感器一(16)；

所述的控制系統分別與溫度傳感器一(16)、電堆出口溫度傳感器(17)、離子濃度傳感器(18)、流量計一(19)、壓力傳感器一(20)、壓力傳感器二(21)、流量計二(22)、溫度傳感器二(23)、電堆入口溫度傳感器(24)相連以檢測信號；所述的控制系統分別與旁通閥(4)、三通裝置一(5)、冷卻水循環泵(8)、三通裝置二(9)、散熱器(11)、加熱裝置(12)、電子節溫器一(13)、電子節溫器二(14)相連實現不同模式的切換；

所述的燃料電池堆(1)根據負載需求，給負載提供電能，并且產生熱量，所述的單向閥(2)作用是控制冷卻水流動方向，保證冷卻水不會回流，所述的換熱器(3)利用冷卻水帶來的廢熱為車廂加熱，所述的旁通閥（4）控制冷卻水是否通過換熱器(3)所在支路，所述的三通裝置一(5)分別與小循環加熱系統回路和去離子水循環系統回路連接，通過控制三個接口的開關調節冷卻水流動的方向，所述的冷卻水循環泵(8)用來控制冷卻水流量，所述的三通裝置二(9)分別與大循環冷卻系統回路與小循環加熱系統回路相連，用來切換不同的模式，所述的加熱裝置(12)能夠對小循環加熱系統回路中的冷卻水加熱，所述的電子節溫器一(13)與大循環冷卻系統回路、小循環加熱系統回路相連，通過控制器ECU給出的信號控制不同回路中冷卻水流量，所述的節溫器(14)與小循環加熱系統回路、蓄電池冷卻回路相連，通過控制器控制兩個回路中冷卻水流量；

所述的溫度傳感器一(16)、電堆出口溫度傳感器(17)、溫度傳感器二(23)、電堆入口溫度傳感器(24)測量各循環回路中冷卻水溫度，所述的離子濃度傳感器(18)檢測冷卻水中離子濃度，所述的流量計一(19)、流量計二(22)測量冷卻水的流量，所述的壓力傳感器一(20)、壓力傳感器二(21)測量冷卻水的壓力，所述的補水箱(7)存儲冷卻水，緩沖進入散熱器的冷卻水溫度，同時補充冷卻循環過程中損失的水分，所述的散熱器(11)通過調節散熱風扇的轉速來降低冷卻水溫度，所述的蓄電池(15)作為輔助能量源，保證汽車行駛時的功率需求；

所述的離子交換器(6)，過濾來自管路材料離子析出，銹蝕反應生成的離子，保證冷卻液電導率在合理的范圍；所述的控制方法包括以下步驟：

A.首先啟動冷卻水循環泵(8)，控制器ECU(10)根據冷卻液壓力傳感器一(20)的信號調節冷卻水流量，保證冷卻水壓力不超過設定范圍，根據溫度傳感器一(16)、電堆出口溫度傳感器(17)判斷當前蓄電池(15)與燃料電池堆(1)溫度當前是否低于啟動溫度，如果低于啟動溫度則通過控制器ECU(10)調節電子節溫器一(13)與三通裝置二(9)的開度，小循環加熱系統工作，系統進入加熱模式，同時打開加熱裝置(12)，對冷卻水加熱，控制器ECU(10)根據蓄電池(15)與燃料電池堆(1)啟動溫度不同控制電子節溫器二(14)的開度；

B.當溫度傳感器一(16)、電堆出口溫度傳感器(17)檢測到蓄電池(15)的溫度與燃料電池堆(1)的溫度介于啟動溫度與最高溫度閾值之間時，根據蓄電池(15)與燃料電池堆(1)當前工作溫度與設定閾值之差控制器ECU(10)調節電子節溫器一(13)，此時加熱裝置(12)停機，小循環加熱系統僅負責冷卻，且大循環冷卻系統同時工作，即系統處于雙循環冷卻模式，同時根據蓄電池(15)與燃料電池堆(1)最佳工作溫度區間的不同調節電子節溫器二(14)，保證蓄電池(15)與燃料電池堆(1)同時在最佳溫度區間工作；

C.當溫度傳感器一(16)、電堆出口溫度傳感器(17)檢測到燃料電池堆(1)與蓄電池(15)溫度高于設定溫度閾值時，控制器ECU(10)調節電子節溫器一(13)，大循環冷卻系統工作，系統進入大循環冷卻模式，同時冷卻水溫度傳感器二(23)采集的溫度信號采用PMW調節散熱器(11)風扇轉速，使風扇轉速能跟隨冷卻水溫度變化，使系統溫度快速下降；

D.當控制器ECU(10)接收到車廂內供暖信號時，關閉旁通閥(4)，使冷卻水流入換熱器(3)，為車廂供暖；

E.當離子濃度傳感器(18)檢測到離子濃度超標時，控制器ECU(10)控制三通裝置一(5)的開度，使冷卻水進入去離子水循環回路，通過離子交換器(6)過濾冷卻水中的離子，保證冷卻水的電導率在正常范圍。