[发明专利]混合动力汽车燃料电池热管理系统及其控制方法

说明书

本发明公开了一种混合动力汽车燃料电池热管理系统，其特征在于：包括燃料电池水回路、PTC加热水回路、空调制冷系统和乘员舱进风通道，所述燃料电池水回路和PTC加热水回路通过中间换热器换热，所述乘员舱进风通道分别与PTC加热水回路和空调制冷系统换热。本发明还提供一种混合动力汽车燃料电池热管理系统的控制方法，包括燃料电池冷启动模式和燃料电池余热回收模式。本发明当燃料电池冷启动且环境温度较低时，PTC加热水回路可以同时给燃料电池和乘员舱加热，当燃料电池温度过高时，通过PTC加热水回路进行余热回收，并与PTC加热器一道给乘员舱加热，提高了燃料电池的能量利用率，在保证燃料电池冷启动的同时又可以给乘员舱加热。

技术领域

本发明涉及燃料电池热管理技术领域，具体地指一种混合动力汽车燃料电池热管理系统及其控制方法。

背景技术

温度是燃料电池系统工作在最佳性能必备参数之一，燃料电池系统最佳运行温度在55～70℃之间，可以达到额定功率。但是在低温环境状态中，燃料电池需要很较长时间才能达到最佳工作性能，导致燃料电池系统启动需要很长时间，增加了乘客对于车辆的抱怨程度；并且，乘员舱加热缓慢，极大的影响了驾驶员及其乘客的乘坐舒适性。而且燃料电池在低温环境下工作时会产生水，对燃料电池内部的质子交换膜结构产生损害。同时，催化剂的活性降低，严重影响催化效果，降低反应速率，影响燃料电池性能。

在环境温度较低状态下，需要满足乘员舱中的驾驶员和乘客的舒适度需求，通常使用PTC部件用于乘员舱加热，此部件的功率很大，加大了氢气的用量，减小了整车续航里程。

此外，燃料电池车辆在工作时，燃料电池电堆会产生大量的热，现有方法较少利用这部分热能，而是利用冷却液将多余热带走，只能白白浪费掉这些热，以保持燃料电池电堆在正常工作温度。

中国专利在201410093593.0公开了一种燃料电池冷启动快速加热系统及方法，只描述了冷启动快速加热，而中国专利201610878789.X公开了一种燃料电池余热利用系统及控制方法，该专利描述了燃料电池的余热利用，但还没有专利充分考虑基于燃料电池混合动力车辆的冷启动以及余热利用。

发明内容

本发明的目的就是要克服上述现有技术存在的不足，提供一种既可以回收燃料电池余热、又可以同时给燃料电池和乘员舱供热的混合动力汽车燃料电池热管理系统及其控制方法。

为实现上述目的，本发明提供一种混合动力汽车燃料电池热管理系统，其特征在于：包括燃料电池水回路、PTC加热水回路、空调制冷系统和乘员舱进风通道，所述燃料电池水回路和PTC加热水回路通过中间换热器换热，所述乘员舱进风通道分别与PTC加热水回路和空调制冷系统换热；

所述燃料电池水回路包括第一比例阀和第二比例阀，所述第一比例阀的入口与燃料电池连接，所述第一比例阀的第一出口连接有电池自循环管路，所述第一比例阀的第二出口与第二比例阀的入口连接，所述第二比例阀的第一出口连接有燃料电池散热器的入口，所述第二比例阀的第二出口与中间换热器的入口连接；

所述PTC加热水回路包括串联的PTC加热器、暖风芯体、第二水泵和中间换热器。

进一步地，所述PTC加热水回路还包括第一三通阀和第二三通阀，所述第一三通阀的入口连接有第二水泵，所述第一三通阀的第二出口与中间换热器的入口连接，所述第一三通阀的第一出口和所述中间换热器的出口均连接着PTC加热器的入口，所述PTC加热器的出口与第二三通阀的入口连接，所述第二三通阀的第二出口与依次与第三温度传感器和暖风芯体的入口连接，所述第二三通阀的第一出口和暖风芯体的出口均分别连接着第二水泵。

进一步地，所述电池自循环管路、燃料电池散热器的出口和中间换热器的出口均连接着第一水泵的入口，所述燃料电池散热器的出口还并联有膨胀水箱的入口，所述膨胀水箱的出口连接着第一水泵的入口，所述第一水泵的出口连接着燃料电池；所述燃料电池与第一比例阀的入口之间旁通有第一温度传感器，所述第一水泵的入口与燃料电池散热器之间还旁通有第二温度传感器。