[发明专利]燃料电池汽车及其制冷制热一体化热管理系统和控制方法

说明书

本发明提供了一种燃料电池汽车及其制冷制热一体化热管理系统和控制方法，属于燃料电池汽车领域。该系统的第一换热器的通道一串联在电机及电机控制器冷却液循环支路中，第二换热器的通道一串联在燃料电池冷却液循环支路中；余热利用循环支路包括并联的制冷支路和制热支路，制冷支路由第一两通阀和吸收式制冷空调串联构成，制热支路由第二两通阀和车内水暖散热器模块串联构成；其中，经过吸收式制冷空调和车内水暖散热器模块的冷却液在水泵的作用下流经第一换热器的通道二和/或第二换热器的通道二后进入制冷支路或制热支路。该系统能充分利用车辆各种余热，同时具备制冷、制热功能。

技术领域

本发明涉及一种燃料电池汽车及其制冷制热一体化热管理系统和控制方法，属于燃料电池汽车技术领域。

背景技术

燃料电池汽车上的燃料电池系统/发动机包括燃料电池电堆和燃料电池辅助系统，在外接氢源的条件下可以正常工作，燃料电池辅助系统主要包括：冷却系统、氢气系统、空气系统、电气系统、控制系统等。

燃料电池汽车在运行过程中会产生大量余热，包括燃料电池余热、电机及电机控制器余热和整车其他余热；其中，(1)燃料电池余热是燃料电池汽车最大的余热来源，燃料电池在通过电化学反应发电的过程中会产生大量的热，即余热或废热。对于氢燃料电池来讲，其电效率约50％，即燃料电池每产生1kW的电也伴随产生1kW的废热。对于燃料电池汽车，如果燃料电池平均电功率为30kW，那余热量也为30kW。燃料电池余热温度多在60-80℃。目前燃料电池产生的废热绝大部分通过两种途径被传递到环境中：a、由冷却液带出燃料电池后被散热器散掉；b、通过尾排气体直接排放至大气中，燃料电池尾气中包含大量水蒸气，其中蕴含较多潜热。(2)电机及电机控制器余热是燃料电池汽车第二大余热来源，电机及电机控制器工作时，电效率不能达到100％，剩下的电能转化为了热能，对于燃料电池客车，常用电机及电机控制器的余热量约为15kW，电机及控制器余热温度多在60-100℃。(3)整车其他余热，燃料电池汽车还有其他余热来源，比如燃料电池空压机+DC/DC余热，动力电池余热等等，相较于燃料电池余热和电机及电机控制器余热，整车其他余热量较少。

现有燃料电池汽车的夏季制冷和冬季制热通过以下方式实现：(1)夏季制冷通过电动车载空调实现，具体制冷原理为传统压缩式制冷；(2)冬季制热通过电动车载空调或电暖风实现，电动车载空调制热原理为热泵原理，即压缩式制冷的逆过程；电暖风即PTC电加热，直接加热空气。这种制冷制热方式存在以下缺陷：乘客舱夏季制冷、冬季制热均会耗费大量的电量，会大幅度增加整车能耗，缩短车辆续驶里程。而且，燃料电池、电机及电机控制器等部件的废热并无利用，直接排放到环境空气中，造成能量浪费。

目前也有利用余热实现制冷的方法，例如利用吸收式制冷系统进行制冷，吸收式制冷系统主要有以下几个特点：(1)主要以余热、废气等热能为能量源，能够大量降低能耗；(2)使用水为制冷剂，较为环保；(3)系统功率可以在30％～100％范围内进行调节，制冷功率调节范围较广，能够适应多种热源。公布号为CN109458750A的中国发明专利申请文件中，公开了一种利用电机电控余热和燃料电池余热的溴化锂吸收式制冷系统，该系统将电机电控余热和燃料电池余热通过并联的方式进入换热器，将热量传递给吸收式制冷空调，实现制冷。由于电机电控余热和燃料电池余热存在温度差，该专利将这两种余热通过并联的方式引入同一个换热器，会导致车辆余热利用不充分，余热利用效率低，而且，该专利只能实现余热制冷，不能实现余热制热，另外，该专利无法实现燃料电池尾气余热利用，也没有制冷、制热一体化集成和控制，并且没有对余热利用过程进行精细化管理和控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃料电池汽车及其制冷制热一体化热管理系统和控制方法，能够充分利用车辆各种余热，提高余热利用率，既能实现余热制冷也能实现余热制热。

为了实现上述目的，本发明提供了一种制冷制热一体化热管理系统，该系统包括：控制器、第一换热器、第二换热器、余热产生循环支路和余热利用循环支路，余热产生循环支路至少包括电机及电机控制器冷却液循环支路和燃料电池冷却液循环支路；