一种燃料电池汽车整车温度管理系统的制作方法

本实用新型涉及一种燃料电池汽车整车温度管理系统，属于燃料电池系统及整车散热系统技术领域。

背景技术：

在能源与环境的双重压力下，燃料电池汽车成为未来汽车工业发展的方向，也是汽车领域研究的重点。在燃料电池汽车的研究和开发过程中，对其燃料电池系统的冷热管理和整车的节能效果是重点研究方向。燃料电池发电系统具有在一定温度范围内性能达到最佳的特点，由于燃料电池结构及工艺不同，其最佳工作温度区域有所差异，一般燃料电池最佳工作温度区域为60～75℃。对于一个化学反应来说，温度是影响其化学反应进程的一个重要因素，当燃料电池处于低温的情况下，其化学反应进程会变慢，也就是性能会变差，加载速度变慢，而一般燃料电池发电系统都是以散热为主，燃料电池的升温依赖自身的废热通过循环冷却液不断循环流动而实现缓慢的提高。

公布号为CN 103326048 A的中国专利公开了一种燃料电池快速升温系统及控制方法，该系统包括小循环加热系统和大循环冷却系统，小循环加热系统包括燃料电池堆、设置在燃料电池堆冷却水出口的温度传感器、水箱、水泵、节温器、三通和电加热器；大循环冷却系统包括燃料电池堆、设置在燃料电池堆冷却水出口的温度传感器、水箱、水泵、节温器、流量计、具有风扇的散热器、三通和电加热器。该系统虽然解决了燃料电池堆的散热问题，同时又能快速升温燃料电池堆，但该实用新型没有将燃料电池持续工作过程中的废热有效利用，在增大大气废热排放量的同时，降低了能源的利用率。另外，该专利由于散热系统的散热器、水泵、水管路零部件材质无法达到完全不析出离子化合物，导致燃料电池水装置内水电导率上升，冷却水内离子干扰燃料电池装置内电子生成，导致燃料电池装置电子损耗，单体输出功率下降，影响燃料电池输出整体效率。同样，散热系统也没有对水质的检测，因此无法对燃料电池散热系统中的水进行有效的管理。

公告号为CN 104078694 A的中国专利公开了一种余热利用方法及装置，其中的余热利用方法包括：控制对燃料电池堆散热后的冷却液从燃料电池堆的输出端流入第一三通阀，将从第一三通阀流出的冷却液输入散热模块，以使散热模块对输入的冷却液散热，将散热模块对输入的冷却液散热后产生的散热量送入空调风道，以使空调风道将散热量送入客室用于冬季供暖，该本实用新型使热量资源得到有效利用，并降低了车辆运行能耗；但是并没有考虑到燃料电池低温启动时快速升温的问题和水质监控的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种燃料电池汽车整车温度管理系统，用于解决车内保温以及燃料电池的废热排放造成热量资源浪费的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种燃料电池汽车整车温度管理系统，包括以下方案：

系统方案一：该系统包括燃料电池冷却干路，所述燃料电池冷却干路中串设有燃料电池加热支路，所述燃料电池加热支路并联有车内散热支路，所述车内散热支路中串设有第一控制阀；所述燃料电池加热支路中串设有第二控制阀。

系统方案二：在系统方案一的基础上，所述燃料电池加热支路还并联有车外散热支路，所述车外散热支路中串设有第三控制阀。

系统方案三：在系统方案二的基础上，所述第一控制阀、第二控制阀和第三控制阀为三通阀。

系统方案四、五、六：分别在系统方案一、二、三的基础上，所述管理系统还包括用于连接动力电池以从动力电池取电的电加热器，所述电加热器设置在所述燃料电池冷却干路或燃料电池加热支路上。

系统方案七、八、九：分别在系统方案四、五、六的基础上，所述燃料电池冷却干路中还串设有用于给动力电池加热的保温部分。

系统方案十、十一、十二：分别在系统方案七、八、九的基础上，所述保温部分为换热器或散热器。

系统方案十三、十四、十五：分别在系统方案十、十一、十二的基础上，所述燃料电池冷却干路还串设有过滤系统。

本实用新型的有益效果是：

通过在燃料电池冷却干路中串设车内散热支路，将燃料电池的废热通过该车内散热支路对车内进行加热保温，不仅有效解决了车内保温问题，同时解决了燃料电池的散热问题，实现了废热再利用，减小了对大气的废热排放量，提高了能源的有效利用率。

进一步的，通过在燃料电池冷却干路或燃料电池加热支路中串设用于连接动力电池以从动力电池取电的电加热器，在燃料电池低温启动的情况下，采用动力电池给燃料电池冷却管路中的冷却介质加热以提升燃料电池的温度，有效解决了燃料电池的低温启动问题。

进一步的，通过在燃料电池冷却干路中串设保温部分，采用该保温部分给动力电池加热保温，有效提高了动力电池在低温环境下的工作性能。

进一步的，通过在燃料电池冷却干路中串设过滤系统，对燃料电池冷却干路中冷却介质进行过滤，保证了冷却介质的纯净，避免影响燃料电池的冷却性能。

附图说明

图1是小循环、车内循环以及车外循环的结构图；

图2是小循环、车内循环以及车外循环的控制逻辑。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细说明。

燃料电池汽车整车温度管理系统的结构示意图如图1所示，包括燃料电池温度传感器、动力电池温度传感器、车内温度传感器、温控系统以及燃料电池冷却干路。其中，燃料电池冷却干路中串设有车内散热支路，车内散热支路中设置有车内散热系统9；车内散热支路并联有燃料电池加热支路，燃料电池加热支路中设置有加热系统5；车内散热支路还并联有车外散热支路，车外散热支路中设置有车外散热系统10。

在图1中，由水箱1、燃料电池系统2、循环水泵3、第二可控三通4、加热系统5，过滤系统6以及用于给动力电池系统7加热的保温部分构成了小循环。冷却介质从水箱1进入循环水泵3，流经第二可控三通4，然后由加热系统5进行加热，再流经过滤系统6以及用于给动力电池系统7加热的保温部分进入燃料电池系统2的冷却入口，最后经燃料电池系统2的冷却出口重新进入循环水泵3。

其中，在小循环中，燃料电池冷却管路中的冷却介质可以是水也可以是其他合适的冷却剂。

加热系统5可以是简单的电加热器及其辅助设备，主要采用动力电池系统7中的电能供电，以给冷却管道中的冷却介质加热，当然该加热系统也可以采用其他电源设备进行供电。另外，加热系统5也可以设置在燃料电池冷却干路上，此时燃料电池加热支路只是一条单独的管路。

过滤系统6主要用于对冷却介质进行过滤，保证冷却介质的纯净以使电导率长期控制在较低的工作范围。

用于给动力电池系统7加热的保温部分可以是一段管道，该管道穿过动力电池的内部，当燃料电池冷却干路中的高温冷却介质流经该管道时，通过该高温管道给动力电池加热保温。为了提高保温效果，该管道上还可以设有保温散热器，燃料电池冷却管路中的高温冷却介质流经该散热器，散热器通过自身散热片进行散热直接给动力电池加热，或者是通过给动力电池的冷却管道中的冷却介质加热来给动力电池加热。该保温部分也可以是换热器，燃料电池冷却干路中的冷却介质经过该换热器给与给动力电池冷却管道中的冷却介质进行热交换给动力电池保温，提升动力电池的低温环境适应性。

由水箱1、燃料电池系统2、循环水泵3、第二可控三通4、第一可控三通8、车内散热系统9、过滤系统6以及用于给动力电池系统7加热的保温部分构成了车内循环。冷却介质从水箱1进入循环水泵3，流经第二可控三通4、第一可控三通8、车内散热系统9、过滤系统6以及用于给动力电池系统7加热的保温部分进入燃料电池系统2的冷却入口，最后经燃料电池系统2的冷却出口重新进入循环水泵3。

其中，在车内循环中，车内散热系统由散热风扇和散热器组成，该散热器设置在车内合适的位置，燃料电池冷却管路中的高温冷却介质通过该散热器给车内散热升温。散热风扇用于加开散热过程，风扇的开启受温控系统控制，温控系统根据车内温度传感器的温度值决定风扇是否开启。当然，车内散热系统也可以是单独的散热管道。

由水箱1、燃料电池系统2、循环水泵3、第二可控三通4、第一可控三通8、车外散热系统10、过滤系统6以及用于给动力电池系统7加热的保温部分构成了车外循环，冷却介质从水箱1进入循环水泵3，流经第二可控三通4、第一可控三通8、车外散热系统10、过滤系统6以及用于给动力电池系统7加热的保温部分进入燃料电池系统2的冷却入口，最后经燃料电池系统2的冷却出口重新进入循环水泵3。

其中，在车外循环中，由于车外散热系统属于现有技术，此处不再赘述。

燃料电池温度传感器、动力电池温度传感器和车内温度传感器分别用于检测燃料电池、动力电池和车内的温度，并将检测到的温度信息发送给温控系统。温控系统对接收到的动力电池的温度、燃料电池的温度以及车内的温度进行判断比较，以确定小循环、车内循环以及车外循环的控制策略。其中，小循环、车内循环以及车外循环的控制策略如图2所示。

在车辆启动前，通过插入车辆钥匙，准备启动车辆。燃料电池温度传感器、动力电池温度传感器和车内温度传感器将检测到的温度信息发送给温控系统。判断动力电池、燃料电池以及车内的温度是否满足第一设定点，若满足，即当动力电池、燃料电池以及车内的温度均低于各自对应的第一设定温度时，例如，燃料电池的第一设定温度为0℃，动力电池的第一设定温度为40℃，车内温度的第一设定温度为18℃，此时燃料电池的温度低于其允许启动的最低设定温度，温控系统通过控制第二可控三通4的流通方向只开启小循环，采用燃料电池加热支路中的加热系统5给燃料电池系统和动力电池系统加热。由于在小循环中冷却介质的流程最小，相较于小循环、车内循环和车外循环均开启的情况，降低了加热系统能耗，加快了燃料电池启动速度。当小循环使得燃料电池温度达到启动温度后，燃料电池开始启动工作。

当然，当动力电池和燃料电池的温度较高时，燃料电池的环境温度高于其允许启动的最低设定温度时，此时燃料电池无需加热即可直接启动，此时小循环不开启。

燃料电池启动后，燃料电池的温度逐渐升高，温控系统对接收到的来自燃料电池温度传感器、动力电池温度传感器以及车内温度传感器的温度信息进行判断，判断动力电池、燃料电池以及车内的温度是否满足第二设定点，若满足，即当燃料电池高于燃料电池第一设定温度且低于燃料电池第二设定温度，且动力电池和车内温度依旧均低于各自对应的第一设定温度时，例如，燃料电池的第二设定温度为40℃，温控系统通过控制第二可控三通4和第一可控三通8的流通方向开启车内循环给车内散热，此时小循环和车内循环共同工作。其中，小循环的开启实现燃料电池系统的继续升温，车内循环的开启实现车内的快速制热。另外，温控系统可根据车内实时温度控制第二可控三通4的流量分配，实现小循环和车内循环的协调工作。

随着小循环的开启，动力电池系统和燃料电池系统的温度不断上升，判断动力电池、燃料电池以及车内的温度是否满足第三设定点，若满足，即当燃料电池高于燃料电池电池第二设定温度且低于燃料电池第三设定温度、动力电池高于动力电池第一设定温度且低于动力电池第二设定温度、车内温度低于车内第一设定温度时，例如，当动力电池的第三设定温度为60℃，动力电池的第二设定温度为60℃，温控系统通过控制第二可控三通4的流通方向关闭小循环，动力电池和燃料电池不再进行加热，此时只开启车内循环，用于车内升供暖。

随着车内循环的开启，车内温度不断上升，判断动力电池、燃料电池以及车内的温度是否满足第四设定点，若满足，即当燃料电池高于燃料电池电池第二设定温度且低于燃料电池第三设定温度，动力电池高于动力电池第一设定温度且低于动力电池第二设定温度，车内温度高于车内第一设定温度且低于车内第二设定温度时，例如，车内第二设定温度为25℃，温控系统通过控制第一可控三通8的流通方向开启车外循环，此时车内循环和车外循环共同工作。其中，车内循环的开启用于车内的继续制热，车外循环用于燃料电池的辅助散热。另外，温控系统可根据车内实时温度控制第二可控三通4的流量分配，实现车内循环和车外循环的协调工作。

随着车内温度的继续升高，判断动力电池、燃料电池以及车内的温度是否满足第五设定点，若满足，即当燃料电池高于燃料电池电池第二设定温度且低于燃料电池第三设定温度、动力电池高于动力电池第一设定温度且低于动力电池第二设定温度、车内温度高于车内第二设定温度时，温控系统通过控制第一可控三通8的流通方向关闭车内循环，此时只开启车外循环，用于燃料电池的散热。当然，在只开启车外循环的情况下，若燃料电池和动力电池的温度继续升高，而车内温度高于车内第二设定温度时，也仍旧保持只开启车外循环。

另外，该温度管理系统还包括水质检测仪器，该水质检测仪器放置于水箱或水泵的输入端，并将水质预警信息实时传输给仪表盘，当水质检测量值超过预警值时，仪表盘报警，提示司机换水。

需要指出的是，温控系统内存储的燃料电池、动力电池以及车内温度的各个设定温度可根据用户需求进行设定，并不局限于上述实施例中给出的具体数值。