[發(fā)明專利]一種車用燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)及其控制方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110448038.5
• 申請日: 2021-04-25
• 公開（公告）號: CN113071376A
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 閔海濤;王鵬宇;于遠(yuǎn)彬;張照普;蔣俊宇;黃世佩
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號: B60L58/34
• 分類號: B60L58/34;B60L58/33;B60H1/22;B60H1/00;B60H1/32;H01M8/04007;H01M8/04029;H01M8/04223
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責(zé)任公司 22201
• 代理人: 杜森垚

本發(fā)明公開了一種車用燃料電池水熱管理系統(tǒng)，包括第一采暖回路、第二采暖回路、第三采暖回路、第一冷卻回路、第二冷卻回路、去離子水循環(huán)系統(tǒng)、燃料電池堆和控制系統(tǒng)；第一采暖回路為燃料電池堆加熱回路，通過PTC加熱裝置加熱冷卻液以提高燃料電池堆溫度；第二采暖回路為乘員艙輔助加熱回路，由PTC加熱裝置直接為乘員艙供暖；第三采暖回路為燃料電池乘員艙供暖回路，利用燃料電池堆工作產(chǎn)生的余熱加熱乘員艙；第一冷卻回路為散熱器冷卻回路，通過換熱器將燃料電池堆工作產(chǎn)生的熱量傳遞至散熱器，與外界換熱；第二冷卻回路為空調(diào)輔助冷卻回路，利用空調(diào)系統(tǒng)制冷劑相變換熱輔助燃料電池堆散熱。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于汽車技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種車用燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)

汽車技術(shù)高速發(fā)展，環(huán)保要求逐年提高，新能源汽車的研發(fā)愈漸成熟，多種動力源被應(yīng)用到汽車領(lǐng)域。燃料電池作為一種新型的能源轉(zhuǎn)換裝置，因其高效清潔等優(yōu)勢被加以重視。其中，質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)具有無污染、零排放、續(xù)駛里程長、環(huán)境適應(yīng)性強等優(yōu)點，具有廣闊的研究、應(yīng)用空間。與傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車相比，溫度是制約燃料電池系統(tǒng)性能、可靠性與使用壽命的重要因素。過低的啟動溫度導(dǎo)致電化學(xué)反應(yīng)活性下降，反應(yīng)物排放受阻，膜結(jié)構(gòu)受損，造成電池系統(tǒng)不可逆的損失；過高的工作溫度導(dǎo)致膜的含水量下降，同時由于膜的耐高溫性能有限，將會降低系統(tǒng)可靠性甚至造成嚴(yán)重事故。因此，提高燃料電池?zé)峁芾硭綄ζ涫褂眯省⒖煽啃砸约笆褂脡勖哂兄匾饬x。

公開號為CN 112208392A的發(fā)明專利提出了一種氫燃料電池汽車水熱管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)將客艙與散熱器并聯(lián)，可以利用燃料電池工作余熱對客艙進(jìn)行升溫以提高燃料電池工作效率。但該系統(tǒng)未考慮燃料電池冷啟動問題，當(dāng)外界環(huán)境溫度低于燃料電池啟動溫度時可能對燃料電池造成損害。

公開號為CN 104934619A的發(fā)明專利提出一種水冷型質(zhì)子交換膜燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)及其控制方法，該系統(tǒng)采用具有加熱功能的水箱以簡化冷啟動裝置。但沒有考慮到離子水循環(huán)系統(tǒng)，這會造成熱管理系統(tǒng)長時間工作后冷卻水電導(dǎo)率上升，進(jìn)而影響電堆和電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)。

公開號為CN 212022402U的實用新型專利提出了一種燃料電池車輛熱管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用散熱器與熱交換器并聯(lián)的方式以提高熱管理水平。但散熱器與外界空氣換熱，當(dāng)外界溫度較高時，散熱效率較低。

本發(fā)明設(shè)計了一種車用燃料電池水熱管理系統(tǒng)，將汽車乘員艙、采暖系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)，利用高效率的液-液換熱方式提高換熱效率，達(dá)到提高燃料電池工作效率、降低氫耗、提高工作可靠性、延長燃料電池壽命、提升乘員艙舒適性等目的。當(dāng)汽車所處寒冷環(huán)境溫度低于燃料電池啟動溫度時，通過第一采暖回路對燃料電池進(jìn)行加熱，滿足冷啟動要求；同時通過第二采暖回路對暖風(fēng)芯體進(jìn)行加熱，可以對乘員艙空氣進(jìn)行升溫，提升舒適性；燃料電池啟動后，通過第三采暖回路對暖風(fēng)芯體進(jìn)行加熱、第一冷卻回路進(jìn)行散熱，在保證工作溫度合理的同時加熱乘員艙，提高了能量利用率。當(dāng)外界溫度較高時，在第一冷卻回路工作的同時通過第二冷卻回路輔助散熱，通過空調(diào)制冷劑相變換熱提高散熱能力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有熱管理系統(tǒng)低溫環(huán)境下啟動的問題，提供一種車用燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)及其控制方法，將汽車乘員艙、采暖系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)，使啟動后的燃料電池在合適的溫度區(qū)間工作，利用高效率的液-液換熱方式提高換熱效率，達(dá)到提高燃料電池工作效率、降低氫耗、提高工作可靠性、延長燃料電池壽命、提升乘員艙舒適性等目的。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下，結(jié)合附圖：

一種車用燃料電池水熱管理系統(tǒng)，包括第一采暖回路、第二采暖回路、第三采暖回路、第一冷卻回路、第二冷卻回路、去離子水循環(huán)系統(tǒng)、燃料電池堆1和控制系統(tǒng)；