[发明专利]一种电电混合的燃料电池汽车水热管理系统及其控制方法

说明书

本发明公开了一种电电混合的燃料电池汽车水热管理系统及其控制方法，包括燃料电池电堆、动力电池系统、动力电池热管理系统、燃料电池冷却系统、控制器与检测单元；动力电池热管理系统包括第一电动三通阀、PTC加热器、第二电动三通阀、动力电池系统、第二水泵、第三电动三通阀、散热器风扇与散热器；燃料电池冷却系统包括第一水泵、第一电动三通阀、散热器、散热器风扇、第三电动三通阀、保温储水箱、燃料电池电堆与冷凝器；检测单元包括两个温度检测单元和一个压力检测单元。控制器根据温度检测单元的检测结果控制PTC加热器、水泵、散热器风扇的工作状态，进而进行燃料电池系统与动力电池系统的低温冷启动以及恒温运行状态控制。

技术领域

本发明属于燃料电池热管理技术领域，特别是一种电电混合的燃料电池汽车水热管理系统结构及其控制方法。

背景技术

随着化石能源的紧缺，世界各个国家与各大汽车企业也逐渐将研发重点转向新能源动力汽车的开发。氢能源由于其高效、降低温室气体排放和无污染等特点，逐渐进入各大车企的研发重点领域。

质子交换膜燃料电池由于其工作温度在60～65℃、电流密度大及反应生成物只有水等优点，在交通运输和车辆领域得到了广泛的应用。但目前燃料电池汽车由于受其核心部件燃料电池电堆的低温冷启动性能差和动态响应性差等问题，难以在我国大范围的推广与应用。针对这一问题，行业内普遍采用锂离子动力电池系统与燃料电池系统相混合作为能量来源的技术方案来弥补，但该方案依然存在结构复杂与水热管理系统冗余与设计难度较高等技术难关。

水凝胶是一种含水量高、易塑形、具有一定机械性能的高分子聚合物。其比热容与导热率等相关热物性参数与水相当，但在使用水凝胶时，需要单独设计与安装冷却液补充系统，本发明拟将水凝胶用于电电混合燃料电池汽车中电池模组散热，将燃料电池电堆系统中排出的水用于锂离子动力电池系统中，避免了冷却液添加系统的安装与设计，提高了燃料电池能源与物质的利用效率。

发明内容

本发明公开的是一种电电混合的燃料电池汽车水热管理系统及其控制方法，其主要目的在于克服现有技术存在的上述不足与缺点，提供一种电电混合的燃料电池汽车的水热管理方法，它不仅可以有效提高动力电池系统的散热能力，提高动力电池系统的安全性，而且还可以有效利用燃料电池系统产生的水与动力电池系统的产热，系统结构更加简化实用，能源利用效率跟高且环保节能。

本发明采用的技术方案如下：

一种电电混合的燃料电池汽车水热管理系统，包括：

燃料电池电堆、动力电池系统、动力电池热管理系统、燃料电池热管理系统、控制器与检测单元；所述的燃料电池电堆至少是由两个单体燃料电池以串联方式层叠而成。

所述的动力电池系统由若干个动力电池模组、电池箱体组成。

所述动力电池热管理系统由第一电动三通阀、PTC加热器、第二电动三通阀、动力电池系统、第二水泵、第三电动三通阀、散热器风扇与散热器组成；通过外部管路向水凝胶内部注入冷却水，水凝胶内部的冷却水通过贴在电芯与电芯之间或模组四周来吸收电池产热发生热传递或相变来对动力电池系统进行加热或冷却。

所述的燃料电池热管理系统由第一水泵、第一电动三通阀、散热器、冷却风扇组成第三电动三通阀、保温储水箱、燃料电池电堆与冷凝器组成；所述保温储水箱是由保温材料构成的保温箱体，保温储水箱存储上次运行时流出的高温冷却液，在低温工况下，将保存好的高温冷却液流入水凝胶中对动力电池系统进行加热；冷凝器安装在散热器前方，冷凝器用于将燃料电池排出的饱和水蒸气冷凝为液态水，随后液态水流入动力电池热管理系统的水凝胶体中；散热器用于冷却燃料电池的冷却液，与第二水泵、保温储水箱构成冷却回路。

所述控制器包括嵌入式处理器。

控制器根据温度检测单元的检测结果控制PTC加热器、水泵、散热器风扇的工作状态，进而进行燃料电池系统与动力电池系统的低温冷启动以及恒温运行状态控制。