[發明專利]一種乘用車燃料電池熱管理系統及方法

有效

• 申請號: 202110246819.6
• 申請日: 2021-03-05
• 公開（公告）號: CN113054220B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 楊磊;鄧承浩;陳金銳;樊敏;楊毅
• 申請（專利權）人: 重慶長安新能源汽車科技有限公司
• 主分類號: H01M8/04007
• 分類號: H01M8/04007;H01M8/04029;H01M8/04044;H01M8/04223;H01M8/04225;H01M8/04302;H01M8/0432;H01M8/04701;H01M8/04955
• 代理公司: 重慶華科專利事務所 50123
• 代理人: 唐錫嬌

1.一種乘用車燃料電池熱管理系統，包括控制器（15）、燃料電池（14）、入口溫度傳感器（13）、出口溫度傳感器（6）、PTC加熱器（1）、暖風芯體（2）、第一水泵（3）、電控三通閥（8）、去離子器（7）、散熱器（9）、第二水泵（10）和中冷器（11），PTC加熱器（1）的入口與燃料電池（14）的出口相連，PTC加熱器（1）的出口與暖風芯體（2）的入口相連，暖風芯體（2）的出口與電控三通閥（8）的三通閥常開入口（82）相連，第一水泵（3）的一端與電控三通閥（8）的三通閥第一可控出口（84）相連、另一端與PTC加熱器（1）的入口相連，散熱器（9）的出口與第二水泵（10）的入口相連，第二水泵（10）的出口與中冷器（11）的入口和燃料電池（14）的入口相連，入口溫度傳感器（13）、出口溫度傳感器（6）分別安裝在燃料電池的入口處管路、出口處管路上；入口溫度傳感器（13）、出口溫度傳感器（6）與控制器（15）電連接，將檢測的燃料電池入口處、燃料電池出口處的冷卻液溫度發送給控制器，控制器（15）與PTC加熱器（1）、第一水泵（3）、電控三通閥（8）、散熱器（9）、第二水泵（10）電連接，控制其工作；其特征在于：還包括與控制器（15）電連接的電控四通閥（5），電控四通閥（5）的四通閥第一常開入口（54）與燃料電池（14）的出口相連、四通閥第二常開入口（55）與中冷器（11）的出口相連、四通閥第一可控出口（52）與散熱器（9）的入口相連、四通閥第二可控出口（53）與第二水泵（10）的入口相連；去離子器（7）的入口與電控三通閥（8）的三通閥第二可控出口（85）相連，去離子器（7）的出口與第二水泵（10）的入口相連。

2.根據權利要求1所述的乘用車燃料電池熱管理系統，其特征在于：所述第二水泵（10）的出口通過過濾器（12）與燃料電池（14）的入口相連；所述第二水泵（10）的入口還連接有水箱（4），水箱（4）通過氣管與散熱器（9）相連。

3.根據權利要求1或2所述的乘用車燃料電池熱管理系統，其特征在于：所述散熱器（9）具有兩個散熱風扇。

4.一種乘用車燃料電池熱管理方法，采用如權利要求1至3任一項所述的乘用車燃料電池熱管理系統，其特征在于，該方法包括：

在燃料電池停機模式下，控制器（15）控制第二水泵（10）關閉，控制三通閥第一可控出口（84）打開、三通閥第二可控出口（85）關閉，如果暖風芯體（2）需要供熱，則控制器（15）控制PTC加熱器（1）和第一水泵（3）工作，冷卻液在PTC加熱器（1）、暖風芯體（2）、電控三通閥（8）、第一水泵（3）形成的回路內循環流動；

在冷啟動工作模式下，控制器（15）控制第一水泵（3）關閉、第二水泵（10）工作，控制四通閥第一可控出口（52）關閉、四通閥第二可控出口（53）打開，控制三通閥第一可控出口（84）關閉、三通閥第二可控出口（85）打開，控制PTC加熱器（1）工作，冷卻液從燃料電池（14）的出口流出分兩路，一路經電控四通閥（5）流到第二水泵（10）的入口，另一路經PTC加熱器（1）、暖風芯體（2）、電控三通閥（8）、去離子器（7）流到第二水泵（10）的入口，匯合后從第二水泵（10）的出口流出，流出的冷卻液一部分經中冷器（11）流入電控四通閥（5）、另一部分流入燃料電池（14）；在此過程中，控制器（15）通過調節PTC加熱器（1）的功率來控制燃料電池的冷卻液升溫速度，通過調節第二水泵（10）的轉速和/或調節四通閥第二可控出口（53）的開度來控制燃料電池出口處與燃料電池入口處的冷卻液溫差，如果燃料電池出口處的冷卻液溫度到達燃料電池正常工作的溫度范圍，則進入小功率工作模式；

在小功率工作模式下，控制器（15）控制第二水泵（10）工作，控制三通閥第一可控出口（84）打開、三通閥第二可控出口（85）關閉，控制電控四通閥（5）的四通閥閥芯（51）由四通閥第一可控出口（52）逐漸向四通閥第二可控出口（53）轉動，冷卻液從燃料電池（14）的出口流出經電控四通閥（5）分為兩路，一路直接流到第二水泵（10）的入口，另一路經散熱器（9）流到第二水泵（10）的入口，匯合后從第二水泵（10）的出口流出，流出的冷卻液一部分經中冷器（11）流入電控四通閥（5）、另一部分流入燃料電池（14）；在此過程中，控制器（15）通過調節四通閥閥芯（51）的轉動角度來控制分別流過四通閥第一可控出口（52）與四通閥第二可控出口（53）的冷卻液流量，通過調節散熱器（9）的散熱風扇轉速來控制燃料電池出口處的冷卻液溫度，通過調節第二水泵（10）的轉速來控制燃料電池出口處與燃料電池入口處的冷卻液溫差；如果暖風芯體（2）需要供熱，則控制器（15）控制PTC加熱器（1）和第一水泵（3）工作，用于暖風芯體供熱的冷卻液在PTC加熱器（1）、暖風芯體（2）、電控三通閥（8）、第一水泵（3）形成的回路內循環流動；

在大功率工作模式下，控制器（15）控制第一水泵（3）關閉、第二水泵（10）工作，控制四通閥第一可控出口（52）全開、四通閥第二可控出口（53）關閉，控制三通閥第一可控出口（84）打開、三通閥第二可控出口（85）關閉，冷卻液從燃料電池（14）的出口流出經電控四通閥（5）、散熱器（9）流到第二水泵（10）的入口，然后從第二水泵（10）的出口流出，流出的冷卻液一部分經中冷器（11）流入電控四通閥（5）、另一部分流入燃料電池（14）；在此過程中，控制器（15）通過調節散熱器（9）的散熱風扇轉速來控制燃料電池出口處的冷卻液溫度，通過調節第二水泵（10）的轉速來控制燃料電池出口處與燃料電池入口處的冷卻液溫差；如果暖風芯體（2）需要供熱，則控制器（15）控制PTC加熱器（1）工作，控制三通閥第一可控出口（84）關閉、三通閥第二可控出口（85）打開，從燃料電池（14）的出口流出的冷卻液一部分經PTC加熱器（1）、暖風芯體（2）、電控三通閥（8）、去離子器（7）流到第二水泵（10）的入口，利用燃料電池的產熱和PCT加熱器的加熱通過暖風芯體（2）供熱，同時控制器（15）根據暖風芯體（2）的供熱需求大小控制PTC加熱器（1）的功率。