[發明專利]混合動力汽車燃料電池熱管理系統及其控制方法

有效

• 申請號: 202010426855.6
• 申請日: 2020-05-19
• 公開（公告）號: CN111717076B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 陳明;史建鵬;李洪濤;陳明;蔣委
• 申請（專利權）人: 東風汽車集團有限公司
• 主分類號: B60L58/33
• 分類號: B60L58/33;B60L58/34;B60H1/03
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 俞鴻

本發明公開了一種混合動力汽車燃料電池熱管理系統，其特征在于：包括燃料電池水回路、PTC加熱水回路、空調制冷系統和乘員艙進風通道，所述燃料電池水回路和PTC加熱水回路通過中間換熱器換熱，所述乘員艙進風通道分別與PTC加熱水回路和空調制冷系統換熱。本發明還提供一種混合動力汽車燃料電池熱管理系統的控制方法，包括燃料電池冷啟動模式和燃料電池余熱回收模式。本發明當燃料電池冷啟動且環境溫度較低時，PTC加熱水回路可以同時給燃料電池和乘員艙加熱，當燃料電池溫度過高時，通過PTC加熱水回路進行余熱回收，并與PTC加熱器一道給乘員艙加熱，提高了燃料電池的能量利用率，在保證燃料電池冷啟動的同時又可以給乘員艙加熱。

技術領域

本發明涉及燃料電池熱管理技術領域，具體地指一種混合動力汽車燃料電池熱管理系統及其控制方法。

背景技術

溫度是燃料電池系統工作在最佳性能必備參數之一，燃料電池系統最佳運行溫度在55～70℃之間，可以達到額定功率。但是在低溫環境狀態中，燃料電池需要很較長時間才能達到最佳工作性能，導致燃料電池系統啟動需要很長時間，增加了乘客對于車輛的抱怨程度；并且，乘員艙加熱緩慢，極大的影響了駕駛員及其乘客的乘坐舒適性。而且燃料電池在低溫環境下工作時會產生水，對燃料電池內部的質子交換膜結構產生損害。同時，催化劑的活性降低，嚴重影響催化效果，降低反應速率，影響燃料電池性能。

在環境溫度較低狀態下，需要滿足乘員艙中的駕駛員和乘客的舒適度需求，通常使用PTC部件用于乘員艙加熱，此部件的功率很大，加大了氫氣的用量，減小了整車續航里程。

此外，燃料電池車輛在工作時，燃料電池電堆會產生大量的熱，現有方法較少利用這部分熱能，而是利用冷卻液將多余熱帶走，只能白白浪費掉這些熱，以保持燃料電池電堆在正常工作溫度。

中國專利在201410093593.0公開了一種燃料電池冷啟動快速加熱系統及方法，只描述了冷啟動快速加熱，而中國專利201610878789.X公開了一種燃料電池余熱利用系統及控制方法，該專利描述了燃料電池的余熱利用，但還沒有專利充分考慮基于燃料電池混合動力車輛的冷啟動以及余熱利用。

發明內容

本發明的目的就是要克服上述現有技術存在的不足，提供一種既可以回收燃料電池余熱、又可以同時給燃料電池和乘員艙供熱的混合動力汽車燃料電池熱管理系統及其控制方法。

為實現上述目的，本發明提供一種混合動力汽車燃料電池熱管理系統，其特征在于：包括燃料電池水回路、PTC加熱水回路、空調制冷系統和乘員艙進風通道，所述燃料電池水回路和PTC加熱水回路通過中間換熱器換熱，所述乘員艙進風通道分別與PTC加熱水回路和空調制冷系統換熱；

所述燃料電池水回路包括第一比例閥和第二比例閥，所述第一比例閥的入口與燃料電池連接，所述第一比例閥的第一出口連接有電池自循環管路，所述第一比例閥的第二出口與第二比例閥的入口連接，所述第二比例閥的第一出口連接有燃料電池散熱器的入口，所述第二比例閥的第二出口與中間換熱器的入口連接；

所述PTC加熱水回路包括串聯的PTC加熱器、暖風芯體、第二水泵和中間換熱器。

進一步地，所述PTC加熱水回路還包括第一三通閥和第二三通閥，所述第一三通閥的入口連接有第二水泵，所述第一三通閥的第二出口與中間換熱器的入口連接，所述第一三通閥的第一出口和所述中間換熱器的出口均連接著PTC加熱器的入口，所述PTC加熱器的出口與第二三通閥的入口連接，所述第二三通閥的第二出口與依次與第三溫度傳感器和暖風芯體的入口連接，所述第二三通閥的第一出口和暖風芯體的出口均分別連接著第二水泵。

進一步地，所述電池自循環管路、燃料電池散熱器的出口和中間換熱器的出口均連接著第一水泵的入口，所述燃料電池散熱器的出口還并聯有膨脹水箱的入口，所述膨脹水箱的出口連接著第一水泵的入口，所述第一水泵的出口連接著燃料電池；所述燃料電池與第一比例閥的入口之間旁通有第一溫度傳感器，所述第一水泵的入口與燃料電池散熱器之間還旁通有第二溫度傳感器。