[发明专利]一种具有相变蓄热及预加热功能的燃料电池热管理系统

说明书

本发明公开了一种具有相变蓄热及预加热功能的燃料电池热管理系统，包括热管换热部件、液路预热回路、液路加热回路、气路预热回路、气路加热回路；热管换热部件在极板中嵌入热管与外部液路换热；第一相变换热器与液路相连，第二相变换热器同时连接气路与液路；液路预热回路通过第一相变换热器加热液路，气路预热回路通过第二相变换热器加热气路，共同预热燃料电池；液路加热回路中燃料电池余热对相变换热器蓄热或对锂电池、乘员舱加热；气路加热回路通过冷却液间接加热进气。本发明可将燃料电池余热存储在相变换热器中，用于液路和气路预热燃料电池，或用于燃料电池保温；此外燃料电池余热可加热进气、锂电池或乘员舱，提高能量利用率。

技术领域

本发明涉及车用氢燃料电池热管理系统，具体涉及一种具有相变蓄热及预加热功能的燃料电池热管理系统。

背景技术

质子交换膜燃料电池因直接将化学能转化为电能，不经过热机过程，不受卡诺循环的限制，能量转化效率可高达40％～60％；氢燃料电池以其零污染以及功率密度高、负载响应快、能量转化效率高等优点，在电动汽车中有着广泛的应用前景；氢燃料电池最佳工作温度范围应保持在70～80℃，但在低温特别是寒冷冬季0℃以下时，必须考虑低温存储和冷启动问题，燃料电池内部的液态水结冰时体积膨胀及融合时会产生应力不均匀对电池材料造成损伤，导致燃料电池性能下降、使用寿命衰减；因此，低温冷启动以尽快达到正常工作温度也是限制燃料电池应用范围的重要因素；

在现有技术中燃料电池汽车在冬季供暖一般直接采用PTC水加热或空气加热提供暖风，会消耗大量的电能，影响整车的续航，且燃料电池运行过程中的余热都通过散热器和尾气排出，并未有效的利用，影响了整车的能量利用率；燃料电池一般与锂电池包组合使用形成混合动力系统，而锂电池最佳工作温度为25℃～40℃，冬季低温同样对锂电池性能和寿命有很大的影响，锂电池也需要进行预热以达到正常的工作温度，但现有技术也是较多采用PTC水加热，需要消耗较多的电能。

为了解决低温下冷启动及保温问题，需要一套高效的热管理系统，且尽可能的节能以减小整车电能消耗。

发明内容

为了解决低温下燃料电池冷启动、余热利用和长时间保温问题，本发明提供一种具有相变蓄热及预加热功能的燃料电池热管理系统，提高燃料电池的使用范围和能量利用率；此外，利用余热对锂电池包进行预热，提高锂电池的使用性能和寿命。

本发明的技术方案如下：

一种具有相变蓄热及预加热功能的燃料电池热管理系统，包括热管换热部件、液路预热回路、液路加热回路、气路预热回路、气路加热回路以及热管理控制系统；

所述热管换热部件包括热管组件和换热管道，热管组件使燃料电池与换热管道相连，换热管道连接在液路预热回路的第一电子水泵和电子节温器之间；

所述液路预热回路包括依次连接构成回路的第一电子水泵、热管换热部件的换热管道、电子节温器、二位换向阀、第一相变换热器、电加热器、第一三通换向阀；

所述液路加热回路包括并联的第一加热液路和第二加热液路，以及与第二加热液路连接的锂电池热管理回路；第一加热液路与所述液路预热回路共用第一电子水泵、换热管道、电子节温器、二位换向阀、第一相变换热器、第一三通换向阀，还包括依次连接在第一三通换向阀与第一电子水泵之间的电加热器和水暖换热器；第二加热液路包括与电加热器、第一三通换向阀、水暖换热器并联的第一电磁阀和板式换热器；第二加热液路与锂电池热管理回路共用板式换热器；