[发明专利]一种车用燃料电池水热管理系统及其控制方法

说明书

本发明公开了一种车用燃料电池水热管理系统及其控制方法，车用燃料电池水热管理系统包括并联在燃料电池上的小循环加热系统，大循环冷却系统、湿度调节系统以及控制系统,燃料电池上分别设有进气管路和排气管路，进气管路上分别设有氢气泵和空气泵，控制系统包括ECU，各温度传感器和各湿度传感器的信号线分别并联在ECU的信号输入端，水泵、三通阀、比例阀、加热器和风扇的电控线分别并联在ECU的信号输出端。本发明，可根据燃料电池不同工况进行加热和加湿的水热管理系统，利用尾气中的热量和水分，通过热交换器对冷却液进行加热，并通过比例阀将尾气中的部分水蒸气引回到阴极对空气进行加湿。

技术领域

本发明涉及车用燃料电池，具体涉及一种车用燃料电池水热管理系统及其控制方法。

背景技术

氢燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的装置，由于其具有排放无污染，工作噪声小，效率高等优点，已成为新能源汽车动力装置的主要来源。

但是氢燃料电池在工作时需要保持在一定温度范围内，并且对反应气体的湿度也有一定的要求。若在低温环境下启动时，需要使燃料电池尽快达到工作温度以保证汽车的正常启动；当燃料电池在大功率工况下工作时，会产生大量的热量并随尾气带走阴极较多的水分，导致阴极湿度下降而无法正常工作。

对于上述问题,现有技术中大多采用对冷却液直接进行电加热的方式使燃料电池快速升温，其弊端是会额外消耗大量的电能。此外，燃料电池在工作过程中排放的尾气会带走大部分的热量和水分，从而造成较多的能量损失。

综上所述，需要研制一种能够调节燃料电池的温度与湿度，可根据燃料电池不同工况进行加热和加湿的水热管理系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有的燃料电池耗能大，并且温度与湿度不易灵活高效调节的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种车用燃料电池水热管理系统，包括并联在燃料电池上的小循环加热系统，大循环冷却系统、湿度调节系统以及控制系统,所述燃料电池上分别设有进气管路和排气管路，所述进气管路上分别设有氢气泵和空气泵，

所述小循环加热系统由水泵、三通阀、第一温度传感器、热交换器、第二温度传感器、加热器和第三温度传感器顺次串联在所述燃料电池上，冷却液沿所述水泵引出于所述燃料电池并由所述第三温度传感器引入所述燃料电池，所述排气管路的前端穿过所述热交换器；

所述大循环冷却系统由所述水泵、所述三通阀、风扇和所述第三温度传感器顺次串联在所述燃料电池上，且所述风扇与所述第一温度传感器、热交换器、第二温度传感器和加热器所组成的小循环管路并联；

所述湿度调节系统由第一湿度传感器、比例阀、所述空气泵和第二湿度传感器顺次串联在所述燃料电池上，且所述第一湿度传感器和第二湿度传感器分别设置在所述进气管路的进气口和所述排气管路的排气口处；

所述控制系统包括ECU，各所述温度传感器和各所述湿度传感器的信号线分别并联在所述ECU的信号输入端，所述水泵、三通阀、比例阀、加热器和风扇的电控线分别并联在所述ECU的信号输出端。

在上述方案中，在所述小循环加热系统中，所述第一温度传感器和第二温度传感器分别布置于所述热交换器的进、出口处，所述ECU根据所述第一温度传感器和第二温度传感器的温度信号控制所述加热器的功率大小。

在上述方案中，在所述小循环加热系统中，所述加热器布置于所述热交换器之后。

在上述方案中，所述第三温度传感器布置于所述燃料电池的冷却液入口处，所述ECU由所述第三温度传感器的温度信号控制所述三通阀切换所述大循环冷却系统和小循环加热系统。

在上述方案中，所述湿度调节系统从所述热交换器之前的排气管路引出至所述比例阀。