本發(fā)明屬于氫能源汽車熱管理，尤其涉及一種氫燃料電池乘用車的熱管理調(diào)控系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、汽車的空調(diào)系統(tǒng)主要包括壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器和膨脹閥。其中，冷凝器將高壓氣體通過散熱片散熱轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏阂后w，通常安裝在汽車前端的進(jìn)氣格柵后面，便于空氣對流換熱實現(xiàn)散熱；膨脹閾將高壓液體經(jīng)過膨脹后變成低壓液體，低壓液體進(jìn)一步通過蒸發(fā)器內(nèi)部的管路進(jìn)行蒸發(fā)產(chǎn)生制冷效果，蒸發(fā)器通常安裝在汽車儀表盤下方，經(jīng)過蒸發(fā)器降溫的空氣經(jīng)乘員艙風(fēng)道吹入車艙內(nèi)，實現(xiàn)車內(nèi)溫度和濕度的調(diào)節(jié)。

2、對于新能源汽車而言，電池動力源在輸出電能的同時會產(chǎn)生大量熱量，若該部分熱量不及時散去或是回收利用，將會對整車的效率產(chǎn)生消極影響。同時，車內(nèi)的空調(diào)系統(tǒng)在為乘員艙制熱/制冷時會消耗大量的電能，為了降低整車能耗，設(shè)計可以回收利用電池動力源的余熱，用于處理乘員艙內(nèi)顯熱與潛熱負(fù)荷的乘員艙熱管理系統(tǒng)和可實現(xiàn)相應(yīng)功能之間切換的乘員艙風(fēng)道。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種氫燃料電池乘用車的熱管理調(diào)控系統(tǒng)，能夠解決現(xiàn)有新能源汽車的電池動力源在輸出電能的同時會產(chǎn)生大量熱量，若該部分熱量不及時散去或是回收利用，將會對整車的效率產(chǎn)生消極影響。同時，車內(nèi)的空調(diào)系統(tǒng)在為乘員艙制熱/制冷時會消耗大量的電能的問題。

2、為解決上述問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下：

3、本發(fā)明實施例提供一種氫燃料電池乘用車的熱管理調(diào)控系統(tǒng)，其包括電池組熱管理系統(tǒng)、熱泵空調(diào)系統(tǒng)和乘員艙熱管理系統(tǒng)；

4、所述熱泵空調(diào)系統(tǒng)包括壓縮機(jī)(4)、冷凝器(5)、蒸發(fā)器(6)、室外換熱器(7)、第一閥門(15)、第二閥門(16)、第三閥門(17)、第一膨脹閥(18)和第二膨脹閥(19)；其中，所述冷凝器(5)的進(jìn)料口和出料口通過制冷器管道、第一閥門(15)的出料口、第一膨脹閥(18)的進(jìn)料口連接；所述蒸發(fā)器(6)的出料口通過制冷器管道和第三閥門(17)與室外換熱器(7)的進(jìn)料口連接；所述蒸發(fā)器(6)的出料口通過制冷器管道、壓縮機(jī)(4)、第二閥門(16)與室外換熱器(7)的進(jìn)料口連接；在采暖模式中，所述室外換熱器(7)的進(jìn)料口通過制冷器管道和第一膨脹閥(18)與冷凝器(5)的出料口連接；在制冷模式中，所述室外換熱器(7)的出料口通過制冷器管道和第二膨脹閥(19)與蒸發(fā)器(6)的進(jìn)料口連接；

5、所述電池組熱管理系統(tǒng)包括第一水泵(3-1)、第二水泵(3-2)、燃料電池(8)、鋰電池(9)、除濕器(10)、散熱器(11)、循環(huán)回路模塊(13)、ptc電輔熱模塊(14)、第四閥門(20)、第五閥門(21)、第六閥門(22)和第七閥門(23)；其中，所述除濕器(10)的第一出料口通過冷卻液管道和第五閥門(21)與燃料電池(8)的進(jìn)料口連接，所述除濕器(10)的第一出料口通過冷卻液管道、所述第四閥門(20)和ptc電輔熱模塊(14)與燃料電池(8)的進(jìn)料口連接；所述燃料電池(8)的出料口通過冷卻液管道與循環(huán)回路模塊(13)的第一進(jìn)料端口連接，所述循環(huán)回路模塊(13)的第一出料口通過冷卻液管道與散熱器(11)的第二進(jìn)料口連接，所述循環(huán)回路模塊(13)的第二出料口通過冷卻液管道與除濕器(10)的第一進(jìn)料口連接；所述散熱器(11)的第一出料口通過冷卻液管道和第二水泵(3-2)與鋰電池(9)的進(jìn)料口連接，所述散熱器(11)的第一出料口通過冷卻液管道與除濕器(10)的第一進(jìn)料口連接；所述散熱器(11)的第二出料口通過冷卻液管道和第一水泵(3-1)與循環(huán)回路模塊(13)的第二進(jìn)料端口連接；所述鋰電池(9)的出料口通過冷卻液管道和第七閥門(23)與散熱器(11)的第一進(jìn)料口連接，所述鋰電池(9)的出料口通過冷卻液管道和第六閥門(22)與除濕器(10)的第二進(jìn)料口連接；

6、所述乘員艙熱管理系統(tǒng)包括第一風(fēng)機(jī)(1)、第二風(fēng)機(jī)(2)、風(fēng)扇(12)和乘員艙(24)；所述第一風(fēng)機(jī)(1)的進(jìn)風(fēng)口通過氣體管道接入新風(fēng)，第一風(fēng)機(jī)(1)的出風(fēng)口通過氣體管道與除濕器(10)的第一進(jìn)料口連接，所述除濕器(10)的第二出料口通過氣體管道與冷凝器(5)的第一進(jìn)料口連接；所述第二風(fēng)機(jī)(2)的進(jìn)風(fēng)口通過氣體管道接入新風(fēng)和回風(fēng)，所述第二風(fēng)機(jī)(2)的出風(fēng)口通過氣體管道與除濕器(10)的第一進(jìn)料口或者冷凝器(5)的第一進(jìn)料口連接；所述冷凝器(5)的第二出料口通過氣體管道與蒸發(fā)器(6)的第一進(jìn)料口連接，所述蒸發(fā)器(6)的第二出料口通過氣體管道與乘員艙(24)連接，所述乘員艙(24)輸出回風(fēng)；所述散熱器(11)的第一進(jìn)料口通過氣體管道接入新風(fēng)，所述散熱器(11)的第一出料口通過氣體管道和風(fēng)扇(12)與大氣連通。

7、根據(jù)本發(fā)明一可選實施例，所述冷卻液管道內(nèi)的冷卻液為50％的丙二醇水溶液，室外換熱器(7)為冷凝器，所述除濕器(10)為涂覆式平行流換熱器。

8、根據(jù)本發(fā)明一可選實施例，在夏季吸附除濕工況下的氫燃料電池乘用車的運(yùn)行模式：乘員艙(24)可實現(xiàn)空氣內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)，無論哪種循環(huán)模式下，車外新風(fēng)和車內(nèi)回風(fēng)均通過風(fēng)機(jī)進(jìn)入除濕器(10)，在除濕器(10)中完成吸附除濕過程，除濕后的干燥空氣進(jìn)一步進(jìn)入乘員艙(24)內(nèi)風(fēng)道；此時，熱泵空調(diào)系統(tǒng)的第一閥門(15)、第三閥門(17)和第一膨脹閥(18)關(guān)閉，第二閥門(16)和第二膨脹閥(19)開啟，制冷劑經(jīng)壓縮機(jī)(4)壓縮后進(jìn)入室外換熱器(7)放熱，經(jīng)第二膨脹閥(19)節(jié)流后進(jìn)一步進(jìn)入室內(nèi)側(cè)的蒸發(fā)器(6)，再回到壓縮機(jī)(4)中完成一個制冷循環(huán)；風(fēng)道內(nèi)的干燥空氣經(jīng)過室內(nèi)側(cè)的冷凝器(5)不進(jìn)行熱交換，室內(nèi)側(cè)的蒸發(fā)器(6)進(jìn)行熱交換，從而實現(xiàn)空氣冷卻，進(jìn)一步吹入乘員艙(24)內(nèi)；在該過程中，除濕器(10)吸附除濕產(chǎn)生吸附熱，該部分熱量通過電池組熱管理系統(tǒng)中的冷卻液循環(huán)帶走，多余的熱量通過燃料電池汽車的散熱器(11)被新風(fēng)帶走。

9、根據(jù)本發(fā)明一可選實施例，在夏季脫附再生工況下的氫燃料電池乘用車的運(yùn)行模式：除濕器(10)的干燥劑涂層在經(jīng)過一段時間的吸附除濕后會達(dá)到飽和狀態(tài)，因此需要對其進(jìn)行脫附解吸；在該過程中，車外新風(fēng)及車內(nèi)回風(fēng)通過風(fēng)機(jī)直接進(jìn)入室內(nèi)的冷凝器(5)中，在室內(nèi)側(cè)蒸發(fā)器(6)中實現(xiàn)降溫后直接吹入乘員艙(24)內(nèi)，而不再經(jīng)過除濕器(10)；此時熱泵空調(diào)系統(tǒng)的第一閥門(15)、第三閥門(17)和第一膨脹閥(18)關(guān)閉，第二閥門(16)和第二膨脹閥(19)開啟，制冷劑經(jīng)壓縮機(jī)(4)壓縮后進(jìn)入室外換熱器(7)放熱，經(jīng)第二膨脹閥(19)節(jié)流后進(jìn)一步進(jìn)入室內(nèi)側(cè)的蒸發(fā)器(6)，再回到壓縮機(jī)(4)中完成一個制冷循環(huán)；除濕器(10)脫附解吸所需的熱量由燃料電池(8)產(chǎn)生的余熱提供，經(jīng)過電池組熱管理系統(tǒng)中的冷卻液循環(huán)，燃料電池(8)的余熱被帶到除濕器(10)中，多余的熱量通過燃料電池汽車的散熱器(11)被新風(fēng)帶走。

10、根據(jù)本發(fā)明一可選實施例，在冬季余熱回收工況下的氫燃料電池乘用車的運(yùn)行模式：燃料電池(8)和鋰電池(9)的余熱通過電池組熱管理系統(tǒng)的冷卻液循環(huán)帶到除濕器(10)中，此時除濕器(10)不再進(jìn)行吸附及脫附過程，而是作為一個余熱回收換熱器使用，車外新風(fēng)及車內(nèi)回風(fēng)通過風(fēng)機(jī)進(jìn)入除濕器(10)中實現(xiàn)升溫；此時，熱泵空調(diào)系統(tǒng)中的的第一閥門(15)、第三閥門(17)和第一膨脹閥(18)開啟，第二閥門(16)和第二膨脹閥(19)關(guān)閉，制冷劑經(jīng)壓縮機(jī)(4)壓縮后進(jìn)入室內(nèi)側(cè)的冷凝器(5)放熱，經(jīng)第一膨脹閥(18)節(jié)流后進(jìn)一步進(jìn)入室外換熱器(7)，再回到壓縮機(jī)(4)中完成一個制熱循環(huán)；經(jīng)過除濕器(10)升溫后的空氣進(jìn)一步經(jīng)過室內(nèi)側(cè)的冷凝器(5)再次加熱，熱風(fēng)吹入車艙內(nèi)實現(xiàn)乘員艙(24)的制熱；在此余熱回收過程中，為避免余熱回收不充分而影響整車動力系統(tǒng)的工作效率，多余的熱量通過燃料電池汽車的散熱器(11)被新風(fēng)帶走。

11、根據(jù)本發(fā)明一可選實施例，夏季進(jìn)行除濕的乘員艙風(fēng)道下氫燃料電池乘用車的運(yùn)行模式：第一風(fēng)門的開合程度控制通過燃料電池汽車散熱器(11)的新風(fēng)量，經(jīng)過散熱器(11)的新風(fēng)帶走燃料電池(8)、鋰電池(9)發(fā)電過程產(chǎn)生的廢熱以及除濕器(10)吸附除濕過程產(chǎn)生的吸附熱；電力設(shè)備熱管理系統(tǒng)中，第二水泵(3-2)和第一水泵(3-1)控制冷卻液的流量；第二風(fēng)門控制吹入乘員艙(24)內(nèi)的新風(fēng)量與回風(fēng)量比例，當(dāng)?shù)诙L(fēng)門處于氫燃料電池乘用車的2a處時，吹入乘員艙(24)內(nèi)的空氣均為車內(nèi)回風(fēng)，此時車輛處于空氣內(nèi)循環(huán)狀態(tài)；當(dāng)?shù)诙L(fēng)門置于氫燃料電池乘用車的2b處時，吹入乘員艙(24)內(nèi)的空氣均為車外新風(fēng)，此時車輛處于空氣外循環(huán)狀態(tài)；在夏季，對吹入乘員艙(24)內(nèi)的空氣先進(jìn)行除濕，車外新風(fēng)與車內(nèi)回風(fēng)在風(fēng)道內(nèi)匯合后共同經(jīng)過除濕器(10)，此時第三風(fēng)門處于氫燃料電池乘用車的3a處，第四風(fēng)門處于關(guān)閉狀態(tài)；空氣經(jīng)過除濕器(10)后濕度降低，進(jìn)一步經(jīng)過熱泵系統(tǒng)的室內(nèi)側(cè)的蒸發(fā)器(6)，降溫后吹入乘員艙(24)內(nèi)，實現(xiàn)夏季的乘員艙(24)除濕制冷。

12、根據(jù)本發(fā)明一可選實施例，夏季進(jìn)行脫附再生的乘員艙風(fēng)道下氫燃料電池乘用車的運(yùn)行模式：除濕器(10)在經(jīng)過一定時間的吸附除濕后，需要進(jìn)行解吸脫附，其需要的解吸熱由電池組熱管理系統(tǒng)中的燃料電池(8)提供，在其冷卻液循環(huán)回路中，水泵根據(jù)除濕器(10)需要的解吸熱調(diào)節(jié)循環(huán)回路中的冷卻液流量；多余的電池廢熱由燃料電池汽車散熱器(11)通過新風(fēng)帶到大氣中；車外新風(fēng)與車內(nèi)回風(fēng)在風(fēng)道內(nèi)匯合后，一部分經(jīng)過除濕器(10)排入大氣中，一部分經(jīng)過室內(nèi)側(cè)的蒸發(fā)器(6)吹入乘員艙(24)內(nèi)，此時，第三風(fēng)門處于氫燃料電池乘用車的3b處，第四風(fēng)門的開合程度控制經(jīng)過除濕器(10)的風(fēng)量；待除濕器(10)解吸脫附完成后，再次切換回夏季吸附除濕模式，實現(xiàn)夏季乘員艙(24)間歇性除濕、連續(xù)性制冷。

13、根據(jù)本發(fā)明一可選實施例，冬季進(jìn)行余熱回收的乘員艙風(fēng)道下氫燃料電池乘用車的運(yùn)行模式：乘員艙(24)進(jìn)行冬季制熱時，可實現(xiàn)對電池組熱管理系統(tǒng)中的余熱回收利用；在電池組熱管理系統(tǒng)中，燃料電池(8)、鋰電池(9)的余熱通過冷卻液循環(huán)帶至除濕器(10)，多余的廢熱通過散熱器(11)帶至大氣中；除濕器(10)此時僅作為換熱器使用，第三風(fēng)門處于氫燃料電池乘用車的3a處，第四風(fēng)門處于關(guān)閉狀態(tài)，車外新風(fēng)與車內(nèi)回風(fēng)在風(fēng)道內(nèi)匯合后先經(jīng)過除濕器(10)，利用電池的余熱升溫后，進(jìn)一步經(jīng)過熱泵系統(tǒng)的室內(nèi)側(cè)的冷凝器(5)，最后吹入乘員艙(24)內(nèi)實現(xiàn)冬季制熱。

14、本發(fā)明的有益效果在于：

15、本發(fā)明是一種氫燃料電池乘用車的熱管理調(diào)控系統(tǒng)，相比于傳統(tǒng)的冷凝除濕方法，采用硅膠干燥劑涂覆的除濕換熱器無需進(jìn)行不必要的冷卻和加熱過程，其作為余熱回收的設(shè)備將燃料電池及鋰電池的廢熱通過冷卻水循環(huán)進(jìn)行回收再利用。艙內(nèi)除濕降低了潛熱，進(jìn)一步降低了總的冷負(fù)荷，提高了熱泵空調(diào)補(bǔ)冷的運(yùn)行效率，從而在一定程度上降低能耗，實現(xiàn)提高整車效率、能量利用率的目的。在高濕地區(qū)，潛熱占比相較于低濕地區(qū)高，因此該系統(tǒng)適用度更高。