[发明专利]多级加热电电混动热管理系统及其控制方法

说明书

本发明公开了一种多级加热电电混动热管理系统及其控制方法，冷却系统输入端连接膨胀水箱，输出端连接燃料电池系统和/或动力电池系统，冷却系统用于对冷却水进行降温后输送到燃料电池系统和/或动力电池系统；多级加热系统包括多个串联的加热腔，每个加热腔内部设置有加热膜，多级加热系统输入端连接膨胀水箱，输出端连接燃料电池系统和/或动力电池系统，用于将加热膜通电后产生热量，对冷却水进行加热后输送到加热膜或动力电池系统；燃料电池系统和动力电池系统输出端连接膨胀水箱，降温或加热后的冷却水在燃料电池系统或动力电池系统内部循环结束后流回膨胀水箱。该系统实际可应用性强，结构紧凑、附加成本低、可靠性高。

技术领域

本发明涉及电池热管理技术领域，特别涉及一种多级加热电电混动热管理系统及其控制方法。

背景技术

目前针对锂离子电池热管理系统的低温加热的研究主要集中于外部加热，对于燃料电池热管理系统的低温加热研究包括外部与内部加热两种方式。车用燃料电池动力系统往往通过与锂离子电池系统混合使用的应用方式，二者由工作特性的差异，使得该种混合动力汽车的热管理系统要求较高。

锂电池热管理方案：

外部加热：外部加热主要通过外置热源的方式对热传递介质(空气、液体或相变材料)进行加热，再通过热辐射、热对流或热传导的方式实现对电池的加热。该方法的技术难度与成本均较低，但需要在电池包箱体内需预留大量空间作为气体流道，降低了整包结构紧凑性；基于液体介质的电池加热方法尽管加热效率较高，但辅助设备多、结构设计复杂、成本高，同时存在密封与绝缘等安全隐患。

内部加热：内部加热方法是利用电流通过有一定电阻值的导体所产生的焦耳热来加热动力电池，导体为动力电池本身。根据电流的正负流向可具体分为充电加热法、放电加热法和交流激励加热法；根据提供电流的电源不同，可分为自损耗型加热和外部能源供给加热，但须对动力电池单体结构进行较大的改动，一定程度上减小了电池的能量密度，且存在较大的能量消耗。

燃料电池低温冷启动解决方案：

1、氢氧直接混合催化燃烧预热：氢氧直接混合催化燃烧预热包括内部催化燃烧预热和外部催化燃烧预热。内部催化燃烧预热场所在流场内，而外部催化燃烧场所在电堆外部。

内部预热：将一定比例的氢氧混合气体通入PEMFC的阴极或阳极，利用H2在MEA催化剂上氧化放热，提高PEMFC的温度。这种方法不增加燃料电池系统的体积、质量，还可降低附加费用。但该方法使MEA存在潜在的威胁，可能出现局部温度过高而对MEA造成损害。

外部预热：氢气和氧气在燃烧室催化燃烧，利用燃烧热加热冷却水，而后加热电堆，实现冷启动。

2、控制反应条件法：通过瞬间突增电流升温预热、控制电流电压的方法，利用电堆本身。

运行发热提高电堆温度。包括电流突增发、气体饥饿法等。这些方法需要对电池堆的运行条件进行调节控制，控制策略要求较高。

3、外部能量加热电堆：通过燃料电池系统空压机压缩空气温升预热、冷却水加热循环、外电源接电堆电解冰水升温、MEA上安装电热丝加热。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种多级加热电电混动热管理系统，该系统在低温下可以快速智能均匀加热，快速的在冷却和加热需求中切换，且结构简单。

本发明的另一个目的在于提出一种多级加热电电混动热管理系统的控制方法。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种多级加热电电混动热管理系统，包括：膨胀水箱，冷却系统，多级加热系统，燃料电池系统和动力电池系统；

所述膨胀水箱用于存储冷却水；