[发明专利]一种利用燃料电池余热和热泵耦合供热的汽车空调系统

说明书

本发明公开了一种利用燃料电池余热和热泵耦合供热的汽车空调系统，板式换热器通过四根连接管分别对应与燃料电池冷却液箱、室外换热器、电动涡旋压缩机和燃料电池散热器相连，燃料电池冷却液箱与水暖PTC相连，燃料电池散热器与燃料电池相连，水暖PTC和燃料电池分别对应与暖风芯体相连；电动涡旋压缩机与气液分离器相连，气液分离器和室外换热器分别对应与蒸发器相连；暖风芯体和蒸发器均设于空调箱内，鼓风机设于空调箱的底部。热泵和燃料电池耦合运行可以大幅降低电能的消耗，对于延长动力电池寿命，节能减排都有着巨大的作用。将燃料电池产生的余热利用起来，作为热泵的部分热源，进而减少对空气中热量的吸收，可以降低室外换热器结霜的概率。

技术领域：

本发明涉及一种利用燃料电池余热和热泵耦合供热的汽车空调系统。

背景技术：

汽车热泵是一种节能装置。它吸收空气(或其他热源)中的热量，加之压缩机的功耗，一并送入乘员舱内，用于冬季供热。电动汽车使用热泵之所以节能，是因为其消耗1kWh的电能，可以得到大约1.5～3kWh的热能；然而传统电动车的PTC加热取暖消耗1kWh的电能最多可以得到0.9kWh的热能。相比之下，热泵比传统PTC节能效果好。此外，在冬季开启PTC的时候会大量消耗动力电池的电能，据统计冬季开启PTC的时候大约有1/3～1/2的电能都用来乘员舱供暖，大幅降低了电动汽车的续航里程，造成了大部分电动汽车在冬季的“续航里程焦虑”问题。但是在采用热泵技术以后，续航里程大概可以提高49％～68％。鉴于此，热泵既可以节能，又可以相对提高电动汽车的续航里程，所以其在电动汽车领域的应用成为一大热点。然而，由于冬季热泵吸收的是外界空气中的热能，室外换热器当作蒸发器，其表面温度会降低。当蒸发器表面温度降低至结霜点时，会在蒸发器表面结霜，影响蒸发器换热效率，进而影响热泵的正常工作。

质子交换膜燃料电池(Proton exchange membrane fuel cell)是一种高能量密度、无污染、体积小、质量轻、运行噪音低、维护方便的动力源，近些年来成为新能源汽车动力提供的热门选择之一。其正常工作温度范围为45～80℃。燃料电池在工作时候可以产生大量余热，目前常用的方式是通过散热器+散热风扇的方式将其排放至大气。然而，在冬季可以将燃料电池所产生的余热作为热泵的部分热源，这样可以减少热泵对于空气中热量的吸收，可以降低室外换热器结霜的概率。利用燃料电池的余热对于实现能量的循环利用、节能减排以及减少热泵室外换热器结霜都有很大的好处。

传统电动车采用PTC加热用于冬季供暖，既不节能又对动力电池寿命有影响，还会降低续航里程。采用热泵可以有效解决这一问题。但是汽车热泵在冬季工作时，吸收空气中的热量用于乘员舱供暖，室外换热器当作蒸发器来使用，其表面温度会降低。当蒸发器表面温度降低至结霜点时，会在蒸发器表面结霜，影响蒸发器换热效率，进而影响热泵的正常工作。

燃料电池在工作时候会产生大量余热，传统方式是通过散热器将其排放至大气，造成了能量的浪费。可以考虑将燃料电池产生的余热利用起来，作为热泵的部分热源，进而减少对空气中热量的吸收，可以降低室外换热器结霜的概率。

目前对于燃料电池余热的处理方式主要是采用散热风扇将热量排出，会造成一定程度的热量浪费。并且目前大多数纯电动汽车冬季取暖方式主要是使用PTC加热，这样对于动力电池耗能巨大，会缩短续驶里程。采用热泵可以解决取暖和续驶里程问题，但是由于热泵吸收空气中的热量，会导致室外蒸发器结霜。

发明内容：

本发明是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种利用燃料电池余热和热泵耦合供热的汽车空调系统。