[实用新型]一种采用双循环水泵的氢发动机热管理系统

说明书

本实用新型公开了一种采用双循环水泵的氢发动机热管理系统，包括软冷启动水路、小循环水路和控制系统，软冷启动水路包括主动式去离子水路和大循环水路；所述控制系统包括ECU控制器。本实用新型还公开了一种采用双循环水泵的氢发动机热管理系统的控制方法，主要控制小循环水路、大循环水路、软冷启动水路以及主动式去离子水路等不同功能、工况的切换。本实用新型采用双循环水泵技术，通过先快速加热外部管路冷却，然后通过冷却液混合的加热方式实现对氢发动机的软冷启动，加热效率高、冷启动时间短。同时，本实用新型设计的双循环水泵可实现电堆工作前冷却液的主动去离子工作模式，避免了现有被动式去离子方式对氢发动机电堆可能的损害。

【技术领域】

本发明涉及氢发动机的热管理系统的技术领域，特别是采用双循环水泵的氢发动机热管理系统的技术领域。

【背景技术】

氢发动机是一种利用氢气和氧气电化学反应产生电量的新型动力源。采用该新型动力的新能源汽车，与传统燃油汽车相比较，能够实现零排放，全生命周期内对环境污染均极小；而与纯电动汽车相比较，不存在续航里程限制等先天不足的缺点。因此，氢发动机已经成为未来新能源汽车的一个重要发展方向。

然而，氢发动机工程应用过程中，氢气和氧气电化学反应对环境温度的要求较为严苛，其工作温度范围下限值Tmin一般为60℃，上限值Tmax一般为75℃。超出该工作范围后，氢发动机工作效率和输出功率将大幅降低，直至不能工作，因此，设计合理的热管理系统对于燃料电池的可靠、高效运行尤为重要。当氢发动机工作温度高于温度上限时，热管理系统需要调节冷却水泵的流量和冷却风扇的转速以使得氢发动机工作过程中产生的反应热量能及时排除；当氢发动机工作温度低于温度下限时，尤其氢发动机需要在零下的低温环境中启动时，热管理系统需要对氢发动机及其核心部件进行加热。

目前，氢发动机热管理系统通常采用在小循环管路中串入一个一定功率的电加热器的方式直接对氢发动机电堆所在的冷却回路进行加热，进而完成低温启动。采用这种加热方式，一旦加热器功率过大，且管路中的冷却液较少、很难精准控制加热速率，加热过程中很难控制管路中冷却液的温升速率，很容易造成氢发动机局部温度过高，甚至超过氢发动机电堆的许用温度范围，对氢发动机电堆造成不可控的永久损害。

此外，现有热管理系统为解决系统中离子析出的问题，往往采用在系统并入一路去离子器水循环支路的被动式去离子方案。采用这种去离子方案，去离子能力大小严重依赖于发动机主循环水泵的工作状态以及该支路与主循环水路的流量分配比例，不能实现主动去除离子的功能，氢发动机开机前和运行过程中均存在离子浓度超标导致电堆损害的风险。

【发明内容】

本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种采用双循环水泵的氢发动机热管理系统及控制方法，能够采用双循环水泵技术，实现对氢发动机的软冷启动；同时实现了电堆工作前冷却液的主动去离子工作。

为实现上述目的，本发明提出了一种采用双循环水泵的氢发动机热管理系统及控制方法，包括软冷启动水路、小循环水路和控制系统，软冷启动水路包括主动式去离子水路和大循环水路；所述的主动式去离子水路通过辅循环电子水泵驱动冷却液依次经过电加热器、离子交换器、多风扇冷却模块、电子四通换向阀所形成的水循环回路；所述的小循环水路通过主循环电子水泵驱动冷却液依次经过电子四通换向阀、流量计、压力传感器、氢发动机电堆和氢发动机电堆出口温度传感器所形成的水循环回路；所述大循环水路通过循环电子水泵驱动冷却液依次经过电子四通换向阀、多风扇冷却模块、电导率测试仪、冷却模块出口温度传感器、流量计、压力传感器、氢发动机电堆和氢发动机电堆出口温度传感器所形成的水循环回路；所述控制系统包括ECU控制器，ECU控制器与主循环电子水泵、电子四通换向阀、多风扇冷却模块、电导率测试仪、冷却模块出口温度传感器、辅循环电子水泵、电加热器、离子交换器、流量计、压力传感器、氢发动机电堆和氢发动机电堆出口温度传感器均电性连接。

作为优选，所述主动式去离子水路、小循环水路和大循环水路中的部件之间的连接部件均为食品级硅胶管。