[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

本發明公開了一種乘用車燃料電池熱管理系統及方法，所述熱管理系統包括控制器、燃料電池、入口溫度傳感器、出口溫度傳感器、PTC加熱器、暖風芯體、第一水泵、電控三通閥、去離子器、散熱器、第二水泵和中冷器；所述熱管理方法包括燃料電池停機模式下的熱管理過程、冷啟動工作模式下的熱管理過程、小功率工作模式下的熱管理過程和大功率工作模式下的熱管理過程。本發明能使燃料電池快速啟動，避免燃料電池冷啟動失敗。

技術領域

本發明屬于氫燃料電池汽車領域，具體涉及一種乘用車燃料電池熱管理系統及方法。

背景技術

燃料電池乘用車是以燃料電池消耗反應物產生電能作為全部或者一部分動力源驅動車輛前行的乘用車。近年來由于環境和能源等問題，加上燃料電池功率高、無污染等優點，燃料電池乘用車有著很好的應用前景。

質子交換膜燃料電池在80攝氏度左右的溫度下工作效率最佳，且保證燃料電池合理的工作溫度非常重要。傳統的發動機散熱，主要通過發動機機體和排氣管以尾氣的形式散出，只有少量的熱量是通過散熱器散出，與傳統的燃油發動機不同，燃料電池在散熱方面主要依靠散熱器。一般而言，在相同的車輛運行條件下，燃料電池的散熱量比傳統燃油發動機大很多，但燃料電池系統的運行溫度較低，與環境的溫差較小，這導致了燃料電池對散熱要求相比傳統車高了很多。

在現有的乘用車燃料電池熱管理技術中，由于燃料電池乘用車空間狹小，且燃料電池系統部件多，散熱需求大，因此對燃料電池的熱管理系統體積及其安裝有著很高的要求，這對燃料電池冷卻帶來更大的挑戰。此外，燃料電池熱管理系統通常使用節溫器來調節電堆的工作溫度，但節溫器的開關控制方式使得燃料電池溫度波動大，這會造成燃料電池輸出功率的不穩定，對電堆的正常工作造成影響。另一方面，燃料電池在冷啟動時，產生的熱量無法與外界低溫抗衡時，燃料電池容易啟動失敗。為了解決這一問題，現有的技術采用PTC加熱回路來給冷卻液加熱，使得燃料電池（電堆）達到啟動的溫度要求。但是由于PTC回路流動阻力大、流量小，使得燃料電池冷啟動速度慢，或是造成燃料電池從入口到出口的巨大溫差而使得冷啟動失敗。因此，如何設計更優的燃料電池熱管理系統及方法就顯得非常重要。

發明內容

本發明的目的是提供一種乘用車燃料電池熱管理系統及方法，以使燃料電池快速啟動，避免燃料電池冷啟動失敗。

本發明所述的乘用車燃料電池熱管理系統，包括控制器、燃料電池、入口溫度傳感器、出口溫度傳感器、PTC加熱器、暖風芯體、第一水泵、電控三通閥、去離子器、散熱器、第二水泵和中冷器，PTC加熱器的入口與燃料電池的出口相連，PTC加熱器的出口與暖風芯體的入口相連，暖風芯體的出口與電控三通閥的三通閥常開入口相連，第一水泵的一端與電控三通閥的三通閥第一可控出口相連、另一端與PTC加熱器的入口相連，散熱器的出口與第二水泵的入口相連，第二水泵的出口與中冷器的入口和燃料電池的入口相連，入口溫度傳感器、出口溫度傳感器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、出口溫度傳感器與控制器電連接，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，控制器與PTC加熱器、第一水泵、電控三通閥、散熱器、第二水泵電連接，控制PTC加熱器、第一水泵、電控三通閥、散熱器、第二水泵工作；該乘用車燃料電池熱管理系統還包括與控制器電連接的電控四通閥，電控四通閥的四通閥第一常開入口與燃料電池的出口相連、四通閥第二常開入口與中冷器的出口相連、四通閥第一可控出口與散熱器的入口相連、四通閥第二可控出口與第二水泵的入口相連；去離子器的入口與電控三通閥的三通閥第二可控出口相連，去離子器的出口與第二水泵的入口相連。

優選的，所述第二水泵的出口通過過濾器與燃料電池的入口相連（即第二水泵的出口與過濾器的入口相連，過濾器的出口與燃料電池的入口相連），過濾器能夠過濾冷卻液中的雜質，起到保護燃料電池，延長燃料電池壽命的作用。所述第二水泵的入口還連接有水箱，水箱通過氣管與散熱器相連，水箱起補水和方便散熱器逸氣的作用。

優選的，所述散熱器具有兩個散熱風扇，能夠實現更大更均勻的散熱空氣流量，滿足燃料電池在滿負荷和高溫天氣下的散熱需求。