[發明專利]一種燃料電池汽車熱管理系統及控制方法

有效

• 申請號: 202210015586.3
• 申請日: 2022-01-07
• 公開（公告）號: CN114347867B
• 公開（公告）日: 2023-09-19
• 發明（設計）人: 閔海濤;鄭鵬;孫維毅;王鵬宇;張照普
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B60L58/31
• 分類號: B60L58/31;B60L58/34;B60L58/33;B60H1/22;B60H1/32;B60H1/00;B60K11/02
• 代理公司: 北京盛詢知識產權代理有限公司 11901
• 代理人: 馬文巧

本發明公開一種燃料電池汽車熱管理系統及控制方法，系統包括燃料電池循環回路、電機循環回路、電池組循環回路、熱泵循環回路和氫氣循環回路；燃料電池循環回路、電機循環回路、電池組循環回路、熱泵循環回路均與氫氣循環回路獨立布置，電機循環回路與電池組循環回路獨立布置；燃料電池循環回路連接有第一換熱器，第一換熱器還分別與電機循環回路、電池組循環回路連接；熱泵循環回路與電機循環回路之間連接有用于熱交換的第三換熱器，熱泵循環回路與電池循環回路之間連接有用于熱交換的第二換熱器。在滿足各部件熱管理需求的前提下，最大程度利用電池、電機運行過程產生的廢熱，解決低溫環境中燃料電池的冷啟動等問題。

技術領域

本發明涉及燃料電池插電式混合動力汽車技術領域，特別是涉及一種燃料電池汽車熱管理系統及控制方法。

背景技術

根據國內外現有的研究基礎及市場情況可以看出，盡管純電動汽車是大部分國家和地區推廣普及的重心，但插電式混合動力電動車仍以其良好的續航性能和較好的壓縮成本潛力得到了眾多研究機構和整車企業的認可與投入，而采用燃料電池作為增程器的插電式混合動力汽車既滿足純電動汽車零排放的要求，同時又能滿足對于車輛續航里程的要求，逐漸成為了各整車生產企業今后的主要技術路線和開發方向之一。

燃料電池具有高效率、無污染、低噪聲以及便攜性好等優點，在汽車領域和電源等領域得到了大規模的應用。質子交換膜燃料電池(PEMFC)作為氫燃料電池中的典型代表，工作溫度低，響應性好，原料來源廣，但存在成本高，動態響應慢，不能回收電能等缺點，因此將燃料電池和動力電池串聯，構成搭載燃料電池插電式混合動力系統的電動車，從而充分發揮燃料電池和動力電池的各自優勢。

燃料電池的啟動問題在行業發展中一直沒有得到較好的解決，當燃料電池啟動溫度在0℃及以下時，其反應生成的水可能結冰覆蓋反應氣體流道、催化層和膜電極，阻礙電化學反應的進行。同時電極結冰，其體積發生膨脹，損壞電極結構，進一步降低燃料電池性能。燃料電池冷啟動采用較多的手段是利用外部液體加熱，使燃料電池工作在較為合適的溫度區間，但通常加熱效率較低，耗費電能較多。同時，較低溫度的氣體進入燃料電池發生反應，會一定程度上影響燃料電池的效率，因此也需要對燃料電池氣路進行加熱或者預加熱。

電動汽車乘員艙低溫制熱一般采用PTC制熱系統，盡管可靠性較高，但是制熱效率不高，制熱系數較低，導致耗能巨大，消耗大量電能。采用熱泵空調系統可以通過逆卡諾循環實現乘員艙制冷，制熱一體的功能，制熱效率更高，其COP超過2.0，能夠極大程度上降低系統消耗的電能。但是熱泵空調系統也面臨一些突出的技術難題，主要是當環境溫度降低時，系統的制熱COP值會顯著下降，同時因為換熱器結霜等問題，不能持續高效穩定運行，仍需要PTC進行輔熱，增加電能的消耗。

發明內容

本發明的目的是提供一種燃料電池汽車熱管理系統，以解決上述現有技術存在的問題。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

本發明提供一種燃料電池汽車熱管理系統，包括燃料電池循環回路、電機循環回路、電池組循環回路、熱泵循環回路和氫氣循環回路；所述燃料電池循環回路、電機循環回路、電池組循環回路、熱泵循環回路均與氫氣循環回路獨立布置，所述電機循環回路與電池組循環回路獨立布置；所述燃料電池循環回路連接有第一換熱器，所述第一換熱器還分別與電機循環回路、電池組循環回路連接；所述熱泵循環回路與電機循環回路之間連接有用于熱交換的第三換熱器，所述熱泵循環回路與燃料電池循環回路之間連接有用于熱交換的第二換熱器。