[发明专利]燃料电池电电混动系统的热管理系统及其控制方法

说明书

本发明公开了一种燃料电池电电混动系统的热管理系统及其控制方法，其中，该热管理系统包括：燃料电池热管理组件、动力电池热管理组件、水热再利用组件和控制组件，在系统处于燃料电池热管理工况时，控制燃料电池热管理组件对燃料电池电堆进行热管理，在系统处于动力电池热管理工况时，控制动力电池热管理组件对动力电池系统进行热管理，在系统处于水热再利用工况时，控制水热再利用组件液化降温的水蒸气，并流入水凝胶内，以通过水凝胶受热使得水凝胶内的水蒸发汽化对动力电池系统进行散热。该热管系统具有快速升温、温度可控、升温均匀性好、结构简单及成本低等优点。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种燃料电池电电混动系统的热管理系统及其控制方法。

背景技术

与传统内燃机相比，PEMFC(燃料电池)虽然具有更高的效率，但对于温度的要求也更为严苛，温度过高或过低容易产生膜干和结冰现象，损电池性能，影响使用寿命，因此需要选取更合适的热管理方法。

目前电电混动燃料电池系统通常具有电堆和电池的两套热管理系统，根据传热介质的不同，热管理系统常见的方案为风冷与液冷，液冷相对直冷成本更低，冷却效果也优于风冷，具备主流应用趋势。其中，空气冷却只需将环境中的空气通过电池阴极或是电池之间附加冷却板，需要最小的平衡设备，冷却系统的结构也相对简单。空气冷却主要应用于额定功率小于5kW的燃料电池；当功率更大时，散热要求将变得更高，实际应用过程中可能无法满足燃料电池的散热需求。与空气冷却相比，液体冷却适用于额定功率大于5kW的燃料电池，但却存在泄露的安全风险。

然而，在电电混动燃料电池系统中，由于电堆和动力电池系统散热需求较高，通常均采用液冷的方式，但常规的液冷系统也存在温度不一致性问题，且燃料电池内部产生的余热利用不充分。同时，电堆和电池的两套热管理系统独立，导致常规电电混动热管理系统的结构复杂和体积过大，且电堆中的热量没有得到充分利用，余热利用不充分。因此亟需一种能够充分利用余热且换热效果充分的新型热管理技术。

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燃料电池电电混动系统的热管理系统，该热管理系统具有快速升温、温度可控、升温均匀性好、结构简单及成本低等优点。

本发明的另一个目的在于提出一种燃料电池电电混动系统的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燃料电池电电混动系统的热管理系统，包括：燃料电池热管理组件，用于对燃料电池电堆进行热管理；动力电池热管理组件，用于对动力电池系统进行热管理，其中，所述动力电池系统由多个单体电池和水凝胶组成的模组组成；水热再利用组件，用于液化降温所述燃料电池电堆工作时产生的水蒸气；控制组件，用于在所述系统处于燃料电池热管理工况时，控制所述燃料电池热管理组件对燃料电池电堆进行热管理，在所述系统处于动力电池热管理工况时，控制所述动力电池热管理组件对动力电池系统进行热管理，在所述系统处于水热再利用工况时，控制所述水热再利用组件液化降温的水蒸气，并流入水凝胶内，以通过水凝胶受热使得水凝胶内的水蒸发汽化对所述动力电池系统进行散热。

本发明实施例的燃料电池电电混动系统的热管理系统，通过燃料电池热管理系统回路、动力电池系统热管理回路和燃料电池水热再利用回路，根据不同工况及冷却或加热的需求，切换相应的回路，实现高效散热和加热，并有效利用燃料电池电堆系统所产生的水热，具有快速升温、温度可控、升温均匀性好、结构简单及成本低等优点，有效解决了燃料电池电堆系统内部换热不充分，外部附加冷却设备体积过大，结构复杂等问题。

另外，根据本发明上述实施例的燃料电池电电混动系统的热管理系统还可以具有以下附加的技术特征：