[发明专利]一种集成式燃料电池汽车热管理系统

说明书

本发明公开了一种集成式燃料电池汽车热管理系统，系统结合了热泵空调技术，能够保证燃料电池热管理、动力电池热管理、驾驶室热管理以及电机电气热管理各子系统之间协同工作和对各子系统的热量进行协同管理。在考虑燃料电池和动力电池系统温度需求的同时，根据驾驶室的温度要求，对系统的工况模式进行分类。本发明能够有效地利用可用余热，在保证各个子系统可靠性与安全性的前提下，提高整车能源利用率，对燃料电池汽车的应用发展具有重要意义。

技术领域

本发明涉及燃料电池汽车技术领域，尤其涉及一种集成式燃料电池汽车热管理系统。

背景技术

燃料电池是一种将化学能转化为电能的发电装置，在不使用化石燃料的情况下，以氢气为燃料、空气/氧气为氧化剂，能够连续稳定地输出电能，产生水和热。伴随着燃料电池技术的发展，燃料电池汽车也得到了越来越广泛的关注，燃料电池汽车能够实现零污染、零排放，解决了纯电动汽车续航里程短等问题。

现有的燃料电池汽车热管理系统技术中，在对整车进行低温冷启动和冬季制热时，会出现能耗过大，燃料电池和动力电池易出现温度分布不均匀等问题；在整车正常工作过程中，不能很好地利用燃料电池电化学反应产生的放热，使产生的热量直接散发到空气中，造成余热浪费，整车能源利用率不高。

发明内容

综上所述，本发明设计了一种集成式燃料电池汽车热管理系统，系统结合了热泵空调技术，在保证燃料电池热管理、动力电池热管理、驾驶室热管理以及电机电气热管理各子系统之间协同工作的前提下，实现各子系统热量的协同管理。有效地利用可用余热，保证了各个子系统的可靠性与安全性，提高了整车能源利用率，对燃料电池汽车的应用发展具有重要的意义。

一种集成式燃料电池汽车热管理系统，包括燃料电池热管理系统、动力电池热管理系统、驾驶室热量管理系统以及电机电气热管理系统四个部分。整车热管理系统具体包括：气液分离器、电动压缩机、车外换热器、四通换向阀、电磁阀、电子膨胀阀、车内换热器、热泵换热器、水泵、燃料电池、动力电池、三通电池阀、电机、电子元件、冷却液膨胀罐和散热器。根据四个子系统的工作状态和对温度的需求，将整个热管理系统可以分为制冷工况模式、制热工况模式和除霜工况模式，保证各子系统能够协同工作，同时对各子系统的热量进行协同管理，在保证各个工况模式基本性能的前提下，提高整车能量利用率。

根据驾驶室的温度要求确定制冷工况，同时考虑燃料电池系统和动力电池系统的温度需求，将制冷工况模式分为两种：模式一，驾驶室、燃料电池和动力电池系统均需要降温制冷；模式二，驾驶室需要降温制冷，燃料电池和动力电池系统需要制热。考虑燃料电池相较于动力电池对冷却剂的要求高，冷却剂污染会严重影响燃料电池性能、使用寿命及使用安全性，所以燃料电池和动力电池的冷却系统分开设计，两个系统的冷却剂不存在交叉混合的情况。

在制冷工况下，三通电磁阀的自由端关闭，电机电气热管理系统通过第三水泵将电机和电子元件产生的热量经过三通电磁阀运送至散热器处进行散热，实现电机电气系统的制冷。

制冷模式一，第一电磁阀和第三电磁阀关闭，四通换向阀的第一端口和第四端口内部连通，第二端口和第三端口内部连通，电动压缩机将高温高压制冷剂气体经过四通换向阀流入车外换热器，在车外换热器处完成放热，一部分制冷剂经过第五电磁阀和第一电磁膨胀阀，在第一车内换热器吸热，完成热量交换，然后经四通换向阀，流经气液分离器返回到压缩机，整个工况循环实现了降低驾驶室内温度的目的。流出车外换热器的另一部分制冷剂，经过第二电磁阀和第二电子膨胀阀流入热泵换热器中，在热泵换热器中进行吸热，流出的制冷剂经第四电磁阀与流出第一车内换热器的制冷剂汇集。燃料电池和动力电池在工作过程中，产生的多余热量被冷却剂携带，冷却剂在第一水泵和第二水泵的作用下在热泵散热器处进行热量交换，释放多余的热量达到降低系统温度的目的。