本實用新型涉及一種燃料電池汽車整車溫度管理系統(tǒng)，屬于燃料電池系統(tǒng)及整車散熱系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在能源與環(huán)境的雙重壓力下，燃料電池汽車成為未來汽車工業(yè)發(fā)展的方向，也是汽車領(lǐng)域研究的重點。在燃料電池汽車的研究和開發(fā)過程中，對其燃料電池系統(tǒng)的冷熱管理和整車的節(jié)能效果是重點研究方向。燃料電池發(fā)電系統(tǒng)具有在一定溫度范圍內(nèi)性能達(dá)到最佳的特點，由于燃料電池結(jié)構(gòu)及工藝不同，其最佳工作溫度區(qū)域有所差異，一般燃料電池最佳工作溫度區(qū)域為60～75℃。對于一個化學(xué)反應(yīng)來說，溫度是影響其化學(xué)反應(yīng)進(jìn)程的一個重要因素，當(dāng)燃料電池處于低溫的情況下，其化學(xué)反應(yīng)進(jìn)程會變慢，也就是性能會變差，加載速度變慢，而一般燃料電池發(fā)電系統(tǒng)都是以散熱為主，燃料電池的升溫依賴自身的廢熱通過循環(huán)冷卻液不斷循環(huán)流動而實現(xiàn)緩慢的提高。

公布號為CN 103326048 A的中國專利公開了一種燃料電池快速升溫系統(tǒng)及控制方法，該系統(tǒng)包括小循環(huán)加熱系統(tǒng)和大循環(huán)冷卻系統(tǒng)，小循環(huán)加熱系統(tǒng)包括燃料電池堆、設(shè)置在燃料電池堆冷卻水出口的溫度傳感器、水箱、水泵、節(jié)溫器、三通和電加熱器；大循環(huán)冷卻系統(tǒng)包括燃料電池堆、設(shè)置在燃料電池堆冷卻水出口的溫度傳感器、水箱、水泵、節(jié)溫器、流量計、具有風(fēng)扇的散熱器、三通和電加熱器。該系統(tǒng)雖然解決了燃料電池堆的散熱問題，同時又能快速升溫燃料電池堆，但該實用新型沒有將燃料電池持續(xù)工作過程中的廢熱有效利用，在增大大氣廢熱排放量的同時，降低了能源的利用率。另外，該專利由于散熱系統(tǒng)的散熱器、水泵、水管路零部件材質(zhì)無法達(dá)到完全不析出離子化合物，導(dǎo)致燃料電池水裝置內(nèi)水電導(dǎo)率上升，冷卻水內(nèi)離子干擾燃料電池裝置內(nèi)電子生成，導(dǎo)致燃料電池裝置電子損耗，單體輸出功率下降，影響燃料電池輸出整體效率。同樣，散熱系統(tǒng)也沒有對水質(zhì)的檢測，因此無法對燃料電池散熱系統(tǒng)中的水進(jìn)行有效的管理。

公告號為CN 104078694 A的中國專利公開了一種余熱利用方法及裝置，其中的余熱利用方法包括：控制對燃料電池堆散熱后的冷卻液從燃料電池堆的輸出端流入第一三通閥，將從第一三通閥流出的冷卻液輸入散熱模塊，以使散熱模塊對輸入的冷卻液散熱，將散熱模塊對輸入的冷卻液散熱后產(chǎn)生的散熱量送入空調(diào)風(fēng)道，以使空調(diào)風(fēng)道將散熱量送入客室用于冬季供暖，該本實用新型使熱量資源得到有效利用，并降低了車輛運行能耗；但是并沒有考慮到燃料電池低溫啟動時快速升溫的問題和水質(zhì)監(jiān)控的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是提供一種燃料電池汽車整車溫度管理系統(tǒng)，用于解決車內(nèi)保溫以及燃料電池的廢熱排放造成熱量資源浪費的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供一種燃料電池汽車整車溫度管理系統(tǒng)，包括以下方案：

系統(tǒng)方案一：該系統(tǒng)包括燃料電池冷卻干路，所述燃料電池冷卻干路中串設(shè)有燃料電池加熱支路，所述燃料電池加熱支路并聯(lián)有車內(nèi)散熱支路，所述車內(nèi)散熱支路中串設(shè)有第一控制閥；所述燃料電池加熱支路中串設(shè)有第二控制閥。

系統(tǒng)方案二：在系統(tǒng)方案一的基礎(chǔ)上，所述燃料電池加熱支路還并聯(lián)有車外散熱支路，所述車外散熱支路中串設(shè)有第三控制閥。

系統(tǒng)方案三：在系統(tǒng)方案二的基礎(chǔ)上，所述第一控制閥、第二控制閥和第三控制閥為三通閥。

系統(tǒng)方案四、五、六：分別在系統(tǒng)方案一、二、三的基礎(chǔ)上，所述管理系統(tǒng)還包括用于連接動力電池以從動力電池取電的電加熱器，所述電加熱器設(shè)置在所述燃料電池冷卻干路或燃料電池加熱支路上。

系統(tǒng)方案七、八、九：分別在系統(tǒng)方案四、五、六的基礎(chǔ)上，所述燃料電池冷卻干路中還串設(shè)有用于給動力電池加熱的保溫部分。

系統(tǒng)方案十、十一、十二：分別在系統(tǒng)方案七、八、九的基礎(chǔ)上，所述保溫部分為換熱器或散熱器。

系統(tǒng)方案十三、十四、十五：分別在系統(tǒng)方案十、十一、十二的基礎(chǔ)上，所述燃料電池冷卻干路還串設(shè)有過濾系統(tǒng)。

本實用新型的有益效果是：

通過在燃料電池冷卻干路中串設(shè)車內(nèi)散熱支路，將燃料電池的廢熱通過該車內(nèi)散熱支路對車內(nèi)進(jìn)行加熱保溫，不僅有效解決了車內(nèi)保溫問題，同時解決了燃料電池的散熱問題，實現(xiàn)了廢熱再利用，減小了對大氣的廢熱排放量，提高了能源的有效利用率。

進(jìn)一步的，通過在燃料電池冷卻干路或燃料電池加熱支路中串設(shè)用于連接動力電池以從動力電池取電的電加熱器，在燃料電池低溫啟動的情況下，采用動力電池給燃料電池冷卻管路中的冷卻介質(zhì)加熱以提升燃料電池的溫度，有效解決了燃料電池的低溫啟動問題。

進(jìn)一步的，通過在燃料電池冷卻干路中串設(shè)保溫部分，采用該保溫部分給動力電池加熱保溫，有效提高了動力電池在低溫環(huán)境下的工作性能。

進(jìn)一步的，通過在燃料電池冷卻干路中串設(shè)過濾系統(tǒng)，對燃料電池冷卻干路中冷卻介質(zhì)進(jìn)行過濾，保證了冷卻介質(zhì)的純凈，避免影響燃料電池的冷卻性能。

附圖說明

圖1是小循環(huán)、車內(nèi)循環(huán)以及車外循環(huán)的結(jié)構(gòu)圖；

圖2是小循環(huán)、車內(nèi)循環(huán)以及車外循環(huán)的控制邏輯。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本實用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。

燃料電池汽車整車溫度管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，包括燃料電池溫度傳感器、動力電池溫度傳感器、車內(nèi)溫度傳感器、溫控系統(tǒng)以及燃料電池冷卻干路。其中，燃料電池冷卻干路中串設(shè)有車內(nèi)散熱支路，車內(nèi)散熱支路中設(shè)置有車內(nèi)散熱系統(tǒng)9；車內(nèi)散熱支路并聯(lián)有燃料電池加熱支路，燃料電池加熱支路中設(shè)置有加熱系統(tǒng)5；車內(nèi)散熱支路還并聯(lián)有車外散熱支路，車外散熱支路中設(shè)置有車外散熱系統(tǒng)10。

在圖1中，由水箱1、燃料電池系統(tǒng)2、循環(huán)水泵3、第二可控三通4、加熱系統(tǒng)5，過濾系統(tǒng)6以及用于給動力電池系統(tǒng)7加熱的保溫部分構(gòu)成了小循環(huán)。冷卻介質(zhì)從水箱1進(jìn)入循環(huán)水泵3，流經(jīng)第二可控三通4，然后由加熱系統(tǒng)5進(jìn)行加熱，再流經(jīng)過濾系統(tǒng)6以及用于給動力電池系統(tǒng)7加熱的保溫部分進(jìn)入燃料電池系統(tǒng)2的冷卻入口，最后經(jīng)燃料電池系統(tǒng)2的冷卻出口重新進(jìn)入循環(huán)水泵3。

其中，在小循環(huán)中，燃料電池冷卻管路中的冷卻介質(zhì)可以是水也可以是其他合適的冷卻劑。

加熱系統(tǒng)5可以是簡單的電加熱器及其輔助設(shè)備，主要采用動力電池系統(tǒng)7中的電能供電，以給冷卻管道中的冷卻介質(zhì)加熱，當(dāng)然該加熱系統(tǒng)也可以采用其他電源設(shè)備進(jìn)行供電。另外，加熱系統(tǒng)5也可以設(shè)置在燃料電池冷卻干路上，此時燃料電池加熱支路只是一條單獨的管路。

過濾系統(tǒng)6主要用于對冷卻介質(zhì)進(jìn)行過濾，保證冷卻介質(zhì)的純凈以使電導(dǎo)率長期控制在較低的工作范圍。

用于給動力電池系統(tǒng)7加熱的保溫部分可以是一段管道，該管道穿過動力電池的內(nèi)部，當(dāng)燃料電池冷卻干路中的高溫冷卻介質(zhì)流經(jīng)該管道時，通過該高溫管道給動力電池加熱保溫。為了提高保溫效果，該管道上還可以設(shè)有保溫散熱器，燃料電池冷卻管路中的高溫冷卻介質(zhì)流經(jīng)該散熱器，散熱器通過自身散熱片進(jìn)行散熱直接給動力電池加熱，或者是通過給動力電池的冷卻管道中的冷卻介質(zhì)加熱來給動力電池加熱。該保溫部分也可以是換熱器，燃料電池冷卻干路中的冷卻介質(zhì)經(jīng)過該換熱器給與給動力電池冷卻管道中的冷卻介質(zhì)進(jìn)行熱交換給動力電池保溫，提升動力電池的低溫環(huán)境適應(yīng)性。

由水箱1、燃料電池系統(tǒng)2、循環(huán)水泵3、第二可控三通4、第一可控三通8、車內(nèi)散熱系統(tǒng)9、過濾系統(tǒng)6以及用于給動力電池系統(tǒng)7加熱的保溫部分構(gòu)成了車內(nèi)循環(huán)。冷卻介質(zhì)從水箱1進(jìn)入循環(huán)水泵3，流經(jīng)第二可控三通4、第一可控三通8、車內(nèi)散熱系統(tǒng)9、過濾系統(tǒng)6以及用于給動力電池系統(tǒng)7加熱的保溫部分進(jìn)入燃料電池系統(tǒng)2的冷卻入口，最后經(jīng)燃料電池系統(tǒng)2的冷卻出口重新進(jìn)入循環(huán)水泵3。

其中，在車內(nèi)循環(huán)中，車內(nèi)散熱系統(tǒng)由散熱風(fēng)扇和散熱器組成，該散熱器設(shè)置在車內(nèi)合適的位置，燃料電池冷卻管路中的高溫冷卻介質(zhì)通過該散熱器給車內(nèi)散熱升溫。散熱風(fēng)扇用于加開散熱過程，風(fēng)扇的開啟受溫控系統(tǒng)控制，溫控系統(tǒng)根據(jù)車內(nèi)溫度傳感器的溫度值決定風(fēng)扇是否開啟。當(dāng)然，車內(nèi)散熱系統(tǒng)也可以是單獨的散熱管道。

由水箱1、燃料電池系統(tǒng)2、循環(huán)水泵3、第二可控三通4、第一可控三通8、車外散熱系統(tǒng)10、過濾系統(tǒng)6以及用于給動力電池系統(tǒng)7加熱的保溫部分構(gòu)成了車外循環(huán)，冷卻介質(zhì)從水箱1進(jìn)入循環(huán)水泵3，流經(jīng)第二可控三通4、第一可控三通8、車外散熱系統(tǒng)10、過濾系統(tǒng)6以及用于給動力電池系統(tǒng)7加熱的保溫部分進(jìn)入燃料電池系統(tǒng)2的冷卻入口，最后經(jīng)燃料電池系統(tǒng)2的冷卻出口重新進(jìn)入循環(huán)水泵3。

其中，在車外循環(huán)中，由于車外散熱系統(tǒng)屬于現(xiàn)有技術(shù)，此處不再贅述。

燃料電池溫度傳感器、動力電池溫度傳感器和車內(nèi)溫度傳感器分別用于檢測燃料電池、動力電池和車內(nèi)的溫度，并將檢測到的溫度信息發(fā)送給溫控系統(tǒng)。溫控系統(tǒng)對接收到的動力電池的溫度、燃料電池的溫度以及車內(nèi)的溫度進(jìn)行判斷比較，以確定小循環(huán)、車內(nèi)循環(huán)以及車外循環(huán)的控制策略。其中，小循環(huán)、車內(nèi)循環(huán)以及車外循環(huán)的控制策略如圖2所示。

在車輛啟動前，通過插入車輛鑰匙，準(zhǔn)備啟動車輛。燃料電池溫度傳感器、動力電池溫度傳感器和車內(nèi)溫度傳感器將檢測到的溫度信息發(fā)送給溫控系統(tǒng)。判斷動力電池、燃料電池以及車內(nèi)的溫度是否滿足第一設(shè)定點，若滿足，即當(dāng)動力電池、燃料電池以及車內(nèi)的溫度均低于各自對應(yīng)的第一設(shè)定溫度時，例如，燃料電池的第一設(shè)定溫度為0℃，動力電池的第一設(shè)定溫度為40℃，車內(nèi)溫度的第一設(shè)定溫度為18℃，此時燃料電池的溫度低于其允許啟動的最低設(shè)定溫度，溫控系統(tǒng)通過控制第二可控三通4的流通方向只開啟小循環(huán)，采用燃料電池加熱支路中的加熱系統(tǒng)5給燃料電池系統(tǒng)和動力電池系統(tǒng)加熱。由于在小循環(huán)中冷卻介質(zhì)的流程最小，相較于小循環(huán)、車內(nèi)循環(huán)和車外循環(huán)均開啟的情況，降低了加熱系統(tǒng)能耗，加快了燃料電池啟動速度。當(dāng)小循環(huán)使得燃料電池溫度達(dá)到啟動溫度后，燃料電池開始啟動工作。

當(dāng)然，當(dāng)動力電池和燃料電池的溫度較高時，燃料電池的環(huán)境溫度高于其允許啟動的最低設(shè)定溫度時，此時燃料電池?zé)o需加熱即可直接啟動，此時小循環(huán)不開啟。

燃料電池啟動后，燃料電池的溫度逐漸升高，溫控系統(tǒng)對接收到的來自燃料電池溫度傳感器、動力電池溫度傳感器以及車內(nèi)溫度傳感器的溫度信息進(jìn)行判斷，判斷動力電池、燃料電池以及車內(nèi)的溫度是否滿足第二設(shè)定點，若滿足，即當(dāng)燃料電池高于燃料電池第一設(shè)定溫度且低于燃料電池第二設(shè)定溫度，且動力電池和車內(nèi)溫度依舊均低于各自對應(yīng)的第一設(shè)定溫度時，例如，燃料電池的第二設(shè)定溫度為40℃，溫控系統(tǒng)通過控制第二可控三通4和第一可控三通8的流通方向開啟車內(nèi)循環(huán)給車內(nèi)散熱，此時小循環(huán)和車內(nèi)循環(huán)共同工作。其中，小循環(huán)的開啟實現(xiàn)燃料電池系統(tǒng)的繼續(xù)升溫，車內(nèi)循環(huán)的開啟實現(xiàn)車內(nèi)的快速制熱。另外，溫控系統(tǒng)可根據(jù)車內(nèi)實時溫度控制第二可控三通4的流量分配，實現(xiàn)小循環(huán)和車內(nèi)循環(huán)的協(xié)調(diào)工作。

隨著小循環(huán)的開啟，動力電池系統(tǒng)和燃料電池系統(tǒng)的溫度不斷上升，判斷動力電池、燃料電池以及車內(nèi)的溫度是否滿足第三設(shè)定點，若滿足，即當(dāng)燃料電池高于燃料電池電池第二設(shè)定溫度且低于燃料電池第三設(shè)定溫度、動力電池高于動力電池第一設(shè)定溫度且低于動力電池第二設(shè)定溫度、車內(nèi)溫度低于車內(nèi)第一設(shè)定溫度時，例如，當(dāng)動力電池的第三設(shè)定溫度為60℃，動力電池的第二設(shè)定溫度為60℃，溫控系統(tǒng)通過控制第二可控三通4的流通方向關(guān)閉小循環(huán)，動力電池和燃料電池不再進(jìn)行加熱，此時只開啟車內(nèi)循環(huán)，用于車內(nèi)升供暖。

隨著車內(nèi)循環(huán)的開啟，車內(nèi)溫度不斷上升，判斷動力電池、燃料電池以及車內(nèi)的溫度是否滿足第四設(shè)定點，若滿足，即當(dāng)燃料電池高于燃料電池電池第二設(shè)定溫度且低于燃料電池第三設(shè)定溫度，動力電池高于動力電池第一設(shè)定溫度且低于動力電池第二設(shè)定溫度，車內(nèi)溫度高于車內(nèi)第一設(shè)定溫度且低于車內(nèi)第二設(shè)定溫度時，例如，車內(nèi)第二設(shè)定溫度為25℃，溫控系統(tǒng)通過控制第一可控三通8的流通方向開啟車外循環(huán)，此時車內(nèi)循環(huán)和車外循環(huán)共同工作。其中，車內(nèi)循環(huán)的開啟用于車內(nèi)的繼續(xù)制熱，車外循環(huán)用于燃料電池的輔助散熱。另外，溫控系統(tǒng)可根據(jù)車內(nèi)實時溫度控制第二可控三通4的流量分配，實現(xiàn)車內(nèi)循環(huán)和車外循環(huán)的協(xié)調(diào)工作。

隨著車內(nèi)溫度的繼續(xù)升高，判斷動力電池、燃料電池以及車內(nèi)的溫度是否滿足第五設(shè)定點，若滿足，即當(dāng)燃料電池高于燃料電池電池第二設(shè)定溫度且低于燃料電池第三設(shè)定溫度、動力電池高于動力電池第一設(shè)定溫度且低于動力電池第二設(shè)定溫度、車內(nèi)溫度高于車內(nèi)第二設(shè)定溫度時，溫控系統(tǒng)通過控制第一可控三通8的流通方向關(guān)閉車內(nèi)循環(huán)，此時只開啟車外循環(huán)，用于燃料電池的散熱。當(dāng)然，在只開啟車外循環(huán)的情況下，若燃料電池和動力電池的溫度繼續(xù)升高，而車內(nèi)溫度高于車內(nèi)第二設(shè)定溫度時，也仍舊保持只開啟車外循環(huán)。

另外，該溫度管理系統(tǒng)還包括水質(zhì)檢測儀器，該水質(zhì)檢測儀器放置于水箱或水泵的輸入端，并將水質(zhì)預(yù)警信息實時傳輸給儀表盤，當(dāng)水質(zhì)檢測量值超過預(yù)警值時，儀表盤報警，提示司機(jī)換水。

需要指出的是，溫控系統(tǒng)內(nèi)存儲的燃料電池、動力電池以及車內(nèi)溫度的各個設(shè)定溫度可根據(jù)用戶需求進(jìn)行設(shè)定，并不局限于上述實施例中給出的具體數(shù)值。