一种适用于燃料电池汽车热系统的协同管理系统技术方案

本发明专利技术公开了一种适用于燃料电池汽车热系统的协同管理系统，该协同管理系统包括热化学储热模块、吸附式制冷模块、燃料电池散热回路、动力电池散热回路以及电机电气与空压机散热回路，各散热回路间相互独立但又都集成于热化学储热模块及吸附式制冷模块。系统对各模块进行协同管理，在满足各部件散热需求的同时不仅能够高效存储各部件产热，而且还能利用余热为乘员舱供暖或采用吸附式制冷技术供给冷气。同时，储热模块采用化学储热技术，能够对热能进行长期且几乎无热损失的存储，储存的热量可用于车辆启动时的乘员舱供暖以及低温环境下燃料电池与动力电池的冷启动加热。本发明专利技术能够显著提升燃料电池汽车核心部件的工作性能、可靠性及其使用寿命。靠性及其使用寿命。靠性及其使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于燃料电池汽车热系统的协同管理系统


[0001]本专利技术属于燃料电池汽车
，涉及一种适用于燃料电池汽车热系统的协同管理系统，特别涉及一种具有储热功能的燃料电池汽车热系统协同管理系统。

技术介绍

[0002]社会不断增长的能源需求同化石燃料短缺与环境污染严重的矛盾日益严峻，世界正处于一场“清洁、低碳、安全、高效”的能源变革之中，节能减排的大趋势催生了可持续发展的氢能经济。燃料电池被认为是最富有希望的新型能源动力系统，其研发技术不断升级，成为世界主要汽车厂商的竞争焦点之一。燃料电池汽车作为一种理想的传统汽车替代方案有着清洁无污染、安静无噪声、功率输出平稳及燃料补充方便等固有的优势，但仍存在成本过高、储氢技术不成熟、辅助设施建设不完善及热系统管理效率低等问题。
[0003]目前，国内已有部分燃料电池商用车车型实现了量产并率先进入运营阶段，但乘用车燃料电池技术同国际先进水平仍存在一定差距。燃料电池热负荷大，工作时约有一半的能量以热的形式散出，但散热途径单一且温差小，热管理难题正制约着燃料电池往更高功率密度、更节能高效的方向发展。采取合适的热管理技术保障燃料电池工作安全及使用寿命，同时开发合适的余热利用技术对于燃料电池汽车的高效节能意义重大。燃料电池汽车热系统主要包括动力电池、电机电气、燃料电池及其空压机四个核心产热部件与燃料电池、动力电池、电机电气、空压机以及乘员舱五个主要热管理系统。
[0004]对燃料电池汽车热系统进行需求分析并开发合适的热管理技术对燃料电池汽车的性能提高与高效节能意义重大，对燃料电池汽车整体热系统的高效协同管理是燃料电池汽车的一个重要研究课题。
[0005]目前对于燃料电池热管理技术的研究主要有通过改进流道结构、散热器结构以及散热回路布置来提高燃料电池电堆的散热效能；应用PTC加热或燃料电池自加热技术实现低温环境下的冷启动；通过应用热泵等余热利用技术回收利用燃料电池工作时产生的废热。但现有技术仍存在以下几点不足：
[0006]1、燃料电池汽车的热系统比较复杂，燃料电池散热负荷大却散热温差小，而动力电池的工作温度较低且控温精度要求高，电机电气及空压机的工作温度高，燃料电池及动力电池的热管理问题较为突出。
[0007]2、大多现有技术单独对燃料电池进行高效热管理的效果较为局面，需对燃料电池汽车的整体热系统进行协同的高效管理。
[0008]3、燃料电池汽车在低温环境下工作时，将面临燃料电池及动力电池的冷启动问题。若采用PTC加热器在冷启动时消耗电池电能对燃料电池及动力电池的冷却水回路进行加热，将增加系统整体能耗且有损动力电池的使用寿命。
[0009]4、大多现有技术仅对燃料电池的产热进行余热的回收及利用，而忽略了动力电池、电机电气系统以及空压机等主要产热部件废热的高效利用。
[0010]5、除现有技术中直接利用废热对乘员舱进行供暖之外，还能够通过应用热泵技术
同时实现乘员舱的供暖以及制冷，简化管路结构且能够大幅降低乘员舱空调系统的能耗。
[0011]本专利技术正是在燃料电池汽车方兴未艾的大背景下，基于燃料电池汽车热系统的工作需求及热管理研究前沿，开发了一种具有储热功能的燃料电池汽车热系统协同管理系统，通过协同管理在满足燃料电池汽车各主要产热部件散热需求的同时直接利用余热为乘员舱供暖或采用吸附式制冷技术供给冷气，且采用化学储热技术存储热能以用于车辆启动时的乘员舱供暖以及低温环境下燃料电池与动力电池的冷启动加热。本专利技术在实现可靠散热及余热高效利用的同时，能够显著提升燃料电池汽车核心部件的工作性能、可靠性及其使用寿命，对于推进燃料电池汽车的高效化、安全化及节能化发展具有重要意义。

技术实现思路

[0012]针对上述现有技术存在的不足，本专利技术要解决的技术问题是设计一种适用于燃料电池汽车热系统的协同管理系统，能够对燃料电池汽车的各大热系统进行协同管理，能够高效散热、精准控温并有效利用余热为乘客舱空调系统供能，同时对产热进行长期、高效地储存，以解决燃料电池和动力电池的冷启动难题，提高燃料电池汽车核心部件的工作性能、可靠性及其使用寿命，旨在推进燃料电池汽车的高效化、安全化及节能化发展。
[0013]本专利技术提供的技术方案如下：
[0014]本专利技术公开了一种适用于燃料电池汽车热系统的协同管理系统，其包括：燃料电池散热回路、动力电池散热回路、电机电气与空压机散热回路、热化学储热模块和吸附式制冷模块；
[0015]所述燃料电池散热回路包括燃料电池电堆本体、第一比例控制阀、燃料电池散热器和燃料电池冷却水循环泵；燃料电池电堆本体的冷却水出口端连接第二三通电磁阀的第一端口，第二三通电磁阀的第二端口经管路穿过热化学储热模块发生器然后连接第一三通电磁阀的第一端口；第一三通电磁阀的第二端口与第二三通电磁阀的第三端口合流然后连接至第一比例控制阀的入口；第一三通电磁阀的第三端口连接燃料电池冷却水循环泵的入口端，冷却水循环泵的出口与燃料电池电堆本体的冷却水入口端相连；
[0016]第一比例控制阀具有两个出口，其第一出口经燃料电池散热器后连接至冷却水循环泵的入口端；第一比例控制阀的第二出口通过管路与余热利用换热器换热后连接至冷却水循环泵的入口端；
[0017]所述动力电池散热回路包括动力电池、动力电池散热器、第二比例控制阀和动力电池冷却水循环泵；动力电池的冷却水出口端连接第三三通电磁阀的第一端口，第三三通电磁阀的第二端口经热化学储热模块发生器换热后与第三三通电磁阀的第三端口合流然后连接至第四三通电磁阀的第一端口；第四三通电磁阀的第二端口连接动力电池冷却水循环泵的入口，动力电池冷却水循环泵的出口与动力电池的冷却水入口端相连；
[0018]第四三通电磁阀的第三端口连接第二比例控制阀的入口，第二比例控制阀有两个出口，其第一出口经动力电池散热器后连接至动力电池冷却水循环泵的入口，第二出口通过管路与余热利用换热器换热后连接至动力电池冷却水循环泵的入口；
[0019]所述电机电气与空压机散热回路包括相互并联的电机电气支路与空压机支路，并联支路的出口连接至第五三通电磁阀的第一端口，第五三通电磁阀的第二端口通过管路流经热化学储热模块发生器后与其第三端口合流并连接至第三比例控制阀的入口，第三比例
控制阀具有两个出口，其第一出口经电机电气及空压机散热器后连接至并联支路的入口，第二出口通过管路与余热利用换热器换热后连接至并联支路的入口。
[0020]在一个优选实施例中，所述的吸附式制冷模包括余热利用换热器、乘员舱暖风机和吸附式制冷循环；所述乘员舱暖风机通过风管连接余热利用换热器并可鼓风带出余热利用换热器中的热量送入乘员舱；所述吸附式制冷循环与余热利用换热器换热获取余热加热循环工质，循环工质经节流蒸发产生冷量送入乘员舱。
[0021]更进一步的，所述的吸附式制冷循环包括：
[0022]吸附式制冷发生器，其与余热利用换热器相连并受余热加热产生冷剂蒸气，余下蒸发后的浓溶液；吸附式制冷发生器的入口与吸收器的出口相连；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于燃料电池汽车热系统的协同管理系统，其特征在于包括：燃料电池散热回路、动力电池散热回路、电机电气与空压机散热回路、热化学储热模块和吸附式制冷模块；所述燃料电池散热回路包括燃料电池电堆本体(1)、第一比例控制阀(601)、燃料电池散热器(101)和燃料电池冷却水循环泵(201)；燃料电池电堆本体(1)的冷却水出口端连接第二三通电磁阀(702)的第一端口，第二三通电磁阀(702)的第二端口经管路穿过热化学储热模块发生器(801)然后连接第一三通电磁阀(701)的第一端口；第一三通电磁阀(701)的第二端口与第二三通电磁阀(702)的第三端口合流然后连接至第一比例控制阀(601)的入口；第一三通电磁阀(701)的第三端口连接燃料电池冷却水循环泵(201)的入口端，冷却水循环泵(201)的出口与燃料电池电堆本体(1)的冷却水入口端相连；第一比例控制阀(601)具有两个出口，其第一出口经燃料电池散热器(101)后连接至冷却水循环泵(201)的入口端；第一比例控制阀(601)的第二出口通过管路与余热利用换热器(911)换热后连接至冷却水循环泵(201)的入口端；所述动力电池散热回路包括动力电池(2)、动力电池散热器(102)、第二比例控制阀(602)和动力电池冷却水循环泵(202)；动力电池(2)的冷却水出口端连接第三三通电磁阀(703)的第一端口，第三三通电磁阀(703)的第二端口经热化学储热模块发生器(801)换热后与第三三通电磁阀(703)的第三端口合流然后连接至第四三通电磁阀(704)的第一端口；第四三通电磁阀(704)的第二端口连接动力电池冷却水循环泵(202)的入口，动力电池冷却水循环泵(202)的出口与动力电池(2)的冷却水入口端相连；第四三通电磁阀(704)的第三端口连接第二比例控制阀(602)的入口，第二比例控制阀(602)有两个出口，其第一出口经动力电池散热器(102)后连接至动力电池冷却水循环泵(202)的入口，第二出口通过管路与余热利用换热器(911)换热后连接至动力电池冷却水循环泵(202)的入口；所述电机电气与空压机散热回路包括相互并联的电机电气支路与空压机支路，并联支路的出口连接至第五三通电磁阀(705)的第一端口，第五三通电磁阀(705)的第二端口通过管路流经热化学储热模块发生器(801)后与其第三端口合流并连接至第三比例控制阀(603)的入口，第三比例控制阀(603)具有两个出口，其第一出口经电机电气及空压机散热器(103)后连接至并联支路的入口，第二出口通过管路与余热利用换热器(911)换热后连接至并联支路的入口。2.根据权利要求1所述的适用于燃料电池汽车热系统的协同管理系统，其特征在于，所述的吸附式制冷模包括余热利用换热器(911)、乘员舱暖风机(910)和吸附式制冷循环；所述乘员舱暖风机(910)通过风管连接余热利用换热器(911)并可鼓风带出余热利用换热器(911)中的热量送入乘员舱；所述吸附式制冷循环与余热利用换热器(911)换热获取余热加热循环工质，循环工质经节流蒸发产生冷量送入乘员舱。3.根据权利要求2所述的适用于燃料电池汽车热系统的协同管理系统，其特征在于，所述的吸附式制冷循环包括：吸附式制冷发生器(901)，其与余热利用换热器(911)相连并受余热加热产生冷剂蒸气，余下蒸发后的浓溶液...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞小莉，翁昕晨，黄瑞，陈俊玄，陈沛禹，祝庆伟，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：