[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

本發明公開了一種車用燃料電池熱管理系統及其控制方法，控制系統通過傳感器進行數據采集，通過節溫器與三通裝置將冷卻回路分成大小兩個循環，采用節溫器對不同支路冷卻水流量進行控制，使燃料電池與蓄電池同時工作在最佳溫度區間，提升燃料電池系統的可靠性，所提出的加熱裝置保證了燃料電池與蓄電池在低溫下正常啟動，所提出的離子交換器使冷卻水中導電率維持在合理范圍。根據所提出的燃料電池熱管理系統進一步提出其控制方法，該方法結合熱管理系統的特點采用溫度跟隨的策略，使蓄電池與燃料電池能快速達到最佳工作溫度。

技術領域

本發明涉及汽車技術領域，具體涉及一種車用燃料電池熱管理系統及其控制方法。

背景技術

隨著新能源汽車技術的不斷發展，越來越多的動力源被應用到汽車領域。燃料電池作為一種高效、清潔的能源轉換裝置，受到了高度重視。其中質子交換膜燃料電池具有工作溫度低、啟動速度快、發電效率高、技術成熟等優點，被廣泛應用。熱管理系統是制約燃料電池系統性能和可靠性的重要因素，燃料電池工作溫度過低會使燃料電池難以啟動，電化學反應活性下降，反應物排放也會受到影響。當燃料電池工作溫度過高時，膜的含水量下降，同時膜的耐高溫性能有限，會降低系統的可靠性。因此，提升燃料熱管理系統的工作性能對整個燃料電池系統工作效率與使用壽命有重要的意義。

在已經授權的專利中，公開號為CN?104934619A中，提出一種水冷型質子交換膜燃料電池熱管理系統及其控制方法，系統采用帶有加熱裝置的水箱，簡化了冷啟動裝置，冷卻水回路采用大小雙循環模式，同時提出一種跟隨壓力變化的控制方法，通過壓力傳感器采集冷卻水壓力控制冷卻水循環泵。但所提出的系統沒有考慮到去離子水循環系統，可能會造成熱管理系統長時間工作后冷卻水電導率上升，從而影響電堆與電池內部電化學反應。中國專利號為CN?106848349?A提出了一種分布式燃料電池熱管理系統，該系統通過傳感器獲得燃料電池電堆入口處和出口處冷卻水溫度信號，采用大小雙循環水路的熱管理系統結構，整個結構簡單，易于實現熱管理系統精確控制。但所提出的系統未考慮燃料電池在低溫條件下冷啟動的情況，可能無法適應低溫環境條件，功能比較單一。中國專利號CN106945537A提出了一種燃料電池汽車熱管理系統，將蓄電池的熱管理系統與燃料電池的熱管理系統相結合，在含有雙循環冷卻水路基礎上，加入蓄熱器實現整車低溫冷啟動，但該系統缺陷在于蓄電池與燃料電池低溫冷啟動溫度不同，同時工作時的溫度區間也有差別，所以這種系統無法保證兩種動力源都處于最佳工作狀態。

本發明提出的一種車用燃料電池熱管理系統及其控制方法，將整車系統中輔助動力源的熱管理系統與燃料電池熱管理系統作為一個整體，針對蓄電池與燃料電池工作溫度區間不同的問題，通過將兩個動力源放置在不同支路，采用節溫器對不同支路冷卻水流量進行控制，使燃料電池與蓄電池同時工作在最佳溫度區間，對進一步提升燃料電池系統性能和可靠性具有重要意義。當汽車處于寒冷環境時，外界溫度低于燃料電池與蓄電池冷啟動溫度時，需要對動力源進行加熱，因此本發明在冷卻系統的小循環回路中增加加熱裝置，滿足整車低溫冷啟動時的需求。同時在大循環回路中增加了旁通閥與換熱器，當車廂內有供暖需求時，可以關閉旁通閥，使帶有廢熱的冷卻水流經換熱器，為車廂供暖，減少散熱器消耗的功率，提升整車經濟性。

發明內容

本發明目的是提供一種車用燃料電池熱管理系統及其控制方法，能保證系統在低溫下正常啟動，同時使燃料電池工作在最佳溫度區間，提高燃料電池性能和使用壽命。

為解決上述技術問題，本發明是采用如下技術方案

一種車用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包括燃料電池堆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5、冷卻水循環泵8、壓力傳感器20、三通裝置9、加熱裝置12、電子節溫器13、電子節溫器14、電堆入口溫度傳感器24；