一种利用燃料电池余热和热泵耦合供热的汽车空调系统技术方案

本发明专利技术公开了一种利用燃料电池余热和热泵耦合供热的汽车空调系统，板式换热器通过四根连接管分别对应与燃料电池冷却液箱、室外换热器、电动涡旋压缩机和燃料电池散热器相连，燃料电池冷却液箱与水暖PTC相连，燃料电池散热器与燃料电池相连，水暖PTC和燃料电池分别对应与暖风芯体相连；电动涡旋压缩机与气液分离器相连，气液分离器和室外换热器分别对应与蒸发器相连；暖风芯体和蒸发器均设于空调箱内，鼓风机设于空调箱的底部。热泵和燃料电池耦合运行可以大幅降低电能的消耗，对于延长动力电池寿命，节能减排都有着巨大的作用。将燃料电池产生的余热利用起来，作为热泵的部分热源，进而减少对空气中热量的吸收，可以降低室外换热器结霜的概率。

A Vehicle Air Conditioning System Using Fuel Cell Waste Heat and Heat Pump Coupled Heating

The invention discloses an automobile air conditioning system which uses fuel cell waste heat and heat pump to couple heating. Plate heat exchanger is connected with fuel cell cooling tank, outdoor heat exchanger, electric scroll compressor and fuel cell radiator through four connecting tubes, fuel cell cooling tank is connected with water-heated PTC, fuel cell radiator is connected with fuel cell, water-heated PTC and fuel cell. Material batteries should be connected with warm air core, electric scroll compressor and gas-liquid separator, gas-liquid separator and outdoor heat exchanger should be connected with evaporator respectively, warm air core and evaporator are located in air conditioning box, blower is located at the bottom of air conditioning box. Coupled operation of heat pump and fuel cell can greatly reduce the consumption of electric energy, which has a great role in prolonging the life of power batteries, energy saving and emission reduction. Utilizing the waste heat generated by fuel cell as part of heat source of heat pump can reduce the heat absorption in air and reduce the probability of frosting in outdoor heat exchanger.

【技术实现步骤摘要】
一种利用燃料电池余热和热泵耦合供热的汽车空调系统
：本专利技术涉及一种利用燃料电池余热和热泵耦合供热的汽车空调系统。
技术介绍
：汽车热泵是一种节能装置。它吸收空气(或其他热源)中的热量，加之压缩机的功耗，一并送入乘员舱内，用于冬季供热。电动汽车使用热泵之所以节能，是因为其消耗1kWh的电能，可以得到大约1.5～3kWh的热能；然而传统电动车的PTC加热取暖消耗1kWh的电能最多可以得到0.9kWh的热能。相比之下，热泵比传统PTC节能效果好。此外，在冬季开启PTC的时候会大量消耗动力电池的电能，据统计冬季开启PTC的时候大约有1/3～1/2的电能都用来乘员舱供暖，大幅降低了电动汽车的续航里程，造成了大部分电动汽车在冬季的“续航里程焦虑”问题。但是在采用热泵技术以后，续航里程大概可以提高49％～68％。鉴于此，热泵既可以节能，又可以相对提高电动汽车的续航里程，所以其在电动汽车领域的应用成为一大热点。然而，由于冬季热泵吸收的是外界空气中的热能，室外换热器当作蒸发器，其表面温度会降低。当蒸发器表面温度降低至结霜点时，会在蒸发器表面结霜，影响蒸发器换热效率，进而影响热泵的正常工作。质子交换膜燃料电池(Protonexchangemembranefuelcell)是一种高能量密度、无污染、体积小、质量轻、运行噪音低、维护方便的动力源，近些年来成为新能源汽车动力提供的热门选择之一。其正常工作温度范围为45～80℃。燃料电池在工作时候可以产生大量余热，目前常用的方式是通过散热器+散热风扇的方式将其排放至大气。然而，在冬季可以将燃料电池所产生的余热作为热泵的部分热源，这样可以减少热泵对于空气中热量的吸收，可以降低室外换热器结霜的概率。利用燃料电池的余热对于实现能量的循环利用、节能减排以及减少热泵室外换热器结霜都有很大的好处。传统电动车采用PTC加热用于冬季供暖，既不节能又对动力电池寿命有影响，还会降低续航里程。采用热泵可以有效解决这一问题。但是汽车热泵在冬季工作时，吸收空气中的热量用于乘员舱供暖，室外换热器当作蒸发器来使用，其表面温度会降低。当蒸发器表面温度降低至结霜点时，会在蒸发器表面结霜，影响蒸发器换热效率，进而影响热泵的正常工作。燃料电池在工作时候会产生大量余热，传统方式是通过散热器将其排放至大气，造成了能量的浪费。可以考虑将燃料电池产生的余热利用起来，作为热泵的部分热源，进而减少对空气中热量的吸收，可以降低室外换热器结霜的概率。目前对于燃料电池余热的处理方式主要是采用散热风扇将热量排出，会造成一定程度的热量浪费。并且目前大多数纯电动汽车冬季取暖方式主要是使用PTC加热，这样对于动力电池耗能巨大，会缩短续驶里程。采用热泵可以解决取暖和续驶里程问题，但是由于热泵吸收空气中的热量，会导致室外蒸发器结霜。
技术实现思路
：本专利技术是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种利用燃料电池余热和热泵耦合供热的汽车空调系统。本专利技术所采用的技术方案有：一种利用燃料电池余热和热泵耦合供热的汽车空调系统，包括板式换热器、燃料电池冷却液箱、电子变频水泵、水暖PTC、暖风芯体、蒸发器、鼓风机、空调箱、气液分离器、室外换热器、电动涡旋压缩机、燃料电池散热器、燃料电池和连接管，所述板式换热器上连接四根连接管，四根连接管分别对应与燃料电池冷却液箱、室外换热器、电动涡旋压缩机和燃料电池散热器相连，燃料电池冷却液箱通过电子变频水泵与水暖PTC相连，燃料电池散热器通过连接管与燃料电池相连，水暖PTC和燃料电池分别对应通过一根连接管与暖风芯体相连；电动涡旋压缩机与气液分离器相连，气液分离器和室外换热器分别对应通过一根连接管与蒸发器相连；暖风芯体和蒸发器均设于空调箱内，鼓风机设于空调箱的底部。进一步地，所述板式换热器与室外换热器之间的连接管上连接有第一电子膨胀阀。进一步地，所述室外换热器与蒸发器之间的连接管上连接有第二电子膨胀阀。进一步地，所述气液分离器与室外换热器之间设有第一电磁阀。进一步地，所述水暖PTC与燃料电池之间设有第三电磁阀，燃料电池与暖风芯体之间设有第二电磁阀。进一步地，所述室外换热器和燃料电池散热器一侧均设有冷却风扇。本专利技术具有如下有益效果：热泵和燃料电池耦合运行，燃料电池在冷启动的时候需要的热源可由热泵提供，热泵在运行过程中的热源也可以由燃料电池的余热来提供。热泵和燃料电池耦合运行可以大幅降低电能的消耗，对于延长动力电池寿命，节能减排都有着巨大的作用。同时，将燃料电池产生的余热利用起来，作为热泵的部分热源，进而减少对空气中热量的吸收，可以降低室外换热器结霜的概率。附图说明：图1为本专利技术结构图。图2为本专利技术系统在制冷过程中的控制流程图。图3为本专利技术系统在制热过程中的控制流程图。图4为本专利技术系统在除湿过程中的控制流程图。1：第一电子膨胀阀；2：板式换热器；3：燃料电池冷却液箱；4：电子变频水泵；5：水暖PTC；6：暖风芯体；7：蒸发器；8：鼓风机；9：空调箱；10：第二电子膨胀阀；11：第一电磁阀；12：气液分离器；13：室外换热器；14：电动涡旋压缩机；15：燃料电池散热器；16：燃料电池；17：第二电磁阀；18：第三电磁阀。具体实施方式：下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。如图1至图4，本专利技术一种利用燃料电池余热和热泵耦合供热的汽车空调系统，包括板式换热器2、燃料电池冷却液箱3、电子变频水泵4、水暖PTC5、暖风芯体6、蒸发器7、鼓风机8、空调箱9、气液分离器12、室外换热器13、电动涡旋压缩机14、燃料电池散热器15、燃料电池16和连接管，板式换热器2上连接四根连接管，四根连接管分别对应与燃料电池冷却液箱3、室外换热器13、电动涡旋压缩机14和燃料电池散热器15相连，燃料电池冷却液箱3通过电子变频水泵4与水暖PTC5相连，燃料电池散热器15通过连接管与燃料电池16相连，水暖PTC5和燃料电池16分别对应通过一根连接管与暖风芯体6相连；电动涡旋压缩机14与气液分离器12相连，气液分离器12和室外换热器13分别对应通过一根连接管与蒸发器7相连；暖风芯体6和蒸发器7均设于空调箱9内，鼓风机8设于空调箱9的底部。板式换热器2与室外换热器13之间的连接管上连接有第一电子膨胀阀1。室外换热器13与蒸发器7之间的连接管上连接有第二电子膨胀阀10。气液分离器12与室外换热器13之间设有第一电磁阀11。水暖PTC5与燃料电池16之间设有第三电磁阀18，燃料电池16与暖风芯体6之间设有第二电磁阀17。室外换热器13和燃料电池散热器15一侧均设有冷却风扇。本专利技术利用燃料电池余热和热泵耦合供热的汽车空调系统的组成：该系统由燃料电池、压缩机、板式换热器、电磁阀、室外换热器、电子膨胀阀、蒸发器、暖风芯体、鼓风机、水暖PTC、冷却液箱、气液分离器、燃料电池散热器等组成。该系统功能：当燃料电池堆温度低于45℃的时候，先通过水暖PTC为燃料电池加热进行冷启动，然后当燃料电池工作后，系统上高压启动压缩机后，通过压缩机压缩后的过热蒸汽的热量为燃料电池冷启动提供热量，燃料电池温度逐步上升，当燃料电池冷却液温度高于压缩机出口制冷剂温度时，反应逐渐加剧后产生的高温热量可以用于提供制冷剂所需的过热度。然后通过空调控制面板上的制冷、制热及除湿功能，来进行相应的阀门的控制。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用燃料电池余热和热泵耦合供热的汽车空调系统，其特征在于：包括板式换热器(2)、燃料电池冷却液箱(3)、电子变频水泵(4)、水暖PTC(5)、暖风芯体(6)、蒸发器(7)、鼓风机(8)、空调箱(9)、气液分离器(12)、室外换热器(13)、电动涡旋压缩机(14)、燃料电池散热器(15)、燃料电池(16)和连接管，所述板式换热器(2)上连接四根连接管，四根连接管分别对应与燃料电池冷却液箱(3)、室外换热器(13)、电动涡旋压缩机(14)和燃料电池散热器(15)相连，燃料电池冷却液箱(3)通过电子变频水泵(4)与水暖PTC(5)相连，燃料电池散热器(15)通过连接管与燃料电池(16)相连，水暖PTC(5)和燃料电池(16)分别对应通过一根连接管与暖风芯体(6)相连；电动涡旋压缩机(14)与气液分离器(12)相连，气液分离器(12)和室外换热器(13)分别对应通过一根连接管与蒸发器(7)相连；暖风芯体(6)和蒸发器(7)均设于空调箱(9)内，鼓风机(8)设于空调箱(9)的底部。

【技术特征摘要】
1.一种利用燃料电池余热和热泵耦合供热的汽车空调系统，其特征在于：包括板式换热器(2)、燃料电池冷却液箱(3)、电子变频水泵(4)、水暖PTC(5)、暖风芯体(6)、蒸发器(7)、鼓风机(8)、空调箱(9)、气液分离器(12)、室外换热器(13)、电动涡旋压缩机(14)、燃料电池散热器(15)、燃料电池(16)和连接管，所述板式换热器(2)上连接四根连接管，四根连接管分别对应与燃料电池冷却液箱(3)、室外换热器(13)、电动涡旋压缩机(14)和燃料电池散热器(15)相连，燃料电池冷却液箱(3)通过电子变频水泵(4)与水暖PTC(5)相连，燃料电池散热器(15)通过连接管与燃料电池(16)相连，水暖PTC(5)和燃料电池(16)分别对应通过一根连接管与暖风芯体(6)相连；电动涡旋压缩机(14)与气液分离器(12)相连，气液分离器(12)和室外换热器(13)分别对应通过一根连接管与蒸发器(7)相连；暖风芯体(6)和蒸发器(7)均设于空调箱(9)内，鼓...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈俊超，王扬满，张蒙阳，
申请(专利权)人：开沃新能源汽车集团有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32