CN108859661A - 一种氢燃料电池客车暖风***及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种氢燃料电池客车暖风***，包括整车控制器、氢燃料电池、热交换器、暖风传热回路、温度传感器；其中，氢燃料电池带有电池热循环回路；所述热交换器内包括互相传热的两条独立的通道，分别与所述电池热循环回路与暖风传热回路连通；所述温度传感器设于热交换器中连通暖风传热回路的通道中；所述暖风传热回路包括暖风介质管路、暖风水泵、加热器及车内暖风装置；所述温度传感器、氢燃料电池分别信号连接整车控制器；所述整车控制器连接并控制氢燃料电池、暖风水泵、加热器的开启和关闭。本发明还提供了所述暖风***的控制方法，包括三种工况。本发明通过新的回路设计，解决了现有技术中存在的问题，具有积极的技术意义。

Description

一种氢燃料电池客车暖风***及控制方法

技术领域

本发明涉及一种氢燃料电池客车暖风***及控制方法，属于新能源客车技术领域。

背景技术

在目前的汽车行业，新能源汽车已经成为发展的方向。新能源客车中，包括多个技术方向，其中氢燃料电池客车以其运行部件少、排放完全无害的特点，成为极具发展前景的一类。但同时，氢燃料电池客车也具有冷却***散热量大、低温启动困难、对冷却液要求苛刻等工作特点，使得氢燃料电池客车的附属***在具体要求上与普通的内燃机客车差别较大。

客车中，为了乘客的冬季乘坐舒适性，都配有暖风***；目前常见的客车车载暖风***，一般采用冷却水暖风***、独立暖风***或者电暖风***。对于氢燃料电池客车，由于氢燃料电池对冷却液杂质及电导率等要求极其苛刻，因此燃料电池传热水需与外界隔离运行，不能直接进入车辆暖风***作为整车暖风热源来加热空气；独立暖风***需要额外消耗独立燃料，不但会造成整车有害废气排放增加，还会提高整车运行成本；电暖风***则需要消耗极多的电能，会大大降低整车续航里程和整车行驶性能。因此，现有技术中常见的车载暖风***均不太适合于氢燃料电池客车应用。

综上所述，设计一种能规避上述不足的适合氢燃料电池客车情况的暖风***，供车载使用，是本领域技术人员亟待解决的问题。同时，还需要设计一种符合运行需要的暖风***控制方法。

目前尚未发现有关类似技术的报道。

发明内容

现有技术中，常见的客车暖风***存在不适用于循环***、会导致排放增加、影响整车性能等问题，因此不适合于氢燃料电池客车应用；为解决这些问题，本发明提供一种氢燃料电池客车暖风***及控制方法，通过新设计的热交换***及相应的控制流程，不但可以有效回收利用氢燃料电池的余热，将氢燃料电池的余热转化为整车暖风***的热源，还可以降低氢燃料电池的散热负荷，提高氢燃料客车的环境适应性，同时还可以对氢燃料电池进行反向加热，提升氢燃料电池的启动性能。

本发明采用下述技术方案：

一种氢燃料电池客车暖风***，其特征在于，包括：整车控制器、氢燃料电池、热交换器、暖风传热回路、温度传感器；

其中，氢燃料电池带有电池热循环回路；

所述热交换器内包括互相传热的两条独立的通道，分别与所述电池热循环回路与暖风传热回路连通；

所述温度传感器设于热交换器中连通暖风传热回路的通道中；

所述暖风传热回路包括暖风介质管路和设置于暖风介质管路上的暖风水泵、加热器及车内暖风装置；

所述温度传感器、氢燃料电池分别信号连接整车控制器；

所述整车控制器连接并控制氢燃料电池、暖风水泵、加热器的开启和关闭。

优选的，所述加热器为PTC加热器，由车载电源供电；所述车内暖风装置包括风机和暖风换热器。

优选的，所述热交换器内，电池热循环回路与暖风传热回路的介质流向相反。

本发明还提供如下技术方案：

一种上述任一氢燃料电池客车暖风***控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1 工况选择：整车控制器接收到暖风***启动信号后，控制暖风水泵开启，持续采集氢燃料电池工作反馈信号K值与暖风介质管路内温度T；

当K=0时，判定氢燃料电池处于停机状态，进入启动工况，转入步骤2；

当K=1时，判定氢燃料电池处于工作状态，将T与设定温度T1进行比较；当T≤T1，进入复合加热工况，转入步骤3；当T＞T1时，进入单加热工况，转入步骤4；

步骤2 启动工况：将T与氢燃料电池启动温度设定值T0进行比较；

当T≤T0时，整车控制器控制加热器启动；

当T＞T0时，整车控制器控制加热器关闭、暖风水泵运行；

步骤3 复合加热工况：整车控制器控制加热器开启、暖风水泵运行；

步骤4 单加热工况：整车控制器控制加热器关闭、暖风水泵运行。

本发明具有以下的优点：

（1）可以有效回收利用氢燃料电池的余热，将氢燃料电池的余热转化为整车暖风***的热源，降低暖风***能耗；

（2）还可以降低氢燃料电池的散热负荷，提高氢燃料客车的环境适应性；

（3）可以对氢燃料电池进行反向加热，提升氢燃料电池的启动性能。

附图说明

图1 是本发明的实施例原理示意图；

图2 是本发明实施例启动工况热量传递示意框图；

图3 是本发明实施例复合加热工况热量传递示意框图；

图4 是本发明实施例单加热工况热量传递示意框图；

图5 是本发明实施例控制逻辑示意框图；

其中：1、氢燃料电池，2、热交换器，3、温度传感器，4、整车控制器，5、PTC加热器 ，6、车内暖风装置，7、暖风水泵，8、电池热循环回路，9、暖风传热回路，10、暖风介质管路。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1所示，本实施例为一种氢燃料电池客车暖风***，包括：整车控制器4、氢燃料电池1、热交换器2、暖风传热回路9、温度传感器3；

其中，所述整车控制器4采用原车所用整车控制器4，为CAN总线型；所述温度传感器3、氢燃料电池1分别信号连接整车控制器4；

所述氢燃料电池1启动也是采用原车所用电池，引出有开关控制线束与工作状态反馈线束，分别连接于整车控制器4的信号输入输出口。

氢燃料电池1一般都带有电池热循环回路；本实施例中的电池热循环回路8进行了部分改动，增设了热交换器2；所述热交换器2采用了双回路换热器，内部包括互相传热的两条独立的通道，分别与所述电池热循环回路8与暖风传热回路9连通。所述热交换器2为内换热装置，外部采用真空绝热结构，保证热交换器2不与外界环境进行热量交换；内部结构为铝板翅热交换结构。

在所述热交换器2与电池热循环回路8与暖风传热回路9连接时，还可以使两回路在热交换器2内部的流向相反，这样的设置可以进一步提升热交换效率。因为同向流动的介质，在流速相同的情况下，是同一部分介质在持续传热；随着热交换，两个回路中做热交换的这部分介质温度差越来越小，热交换效率也会越来越低。而流向相反的时候，则是不同部分介质在不断进行热交换，温差不会明显变小，热交换效率不会变低。

电池热循环回路8中原本即设置有独立的散热器，燃料电池冷却液在吸收燃料电池中的反应热量后，先经过热交换器2然后再经过原本的散热器。在本实施例的暖风***停止工作的情况下，热交换器2不对外传热，燃料电池内部热量由原本的散热器与外界环境进行热交换；当本实施例的暖风***工作时，热交换器2可以分担一部分燃料电池原有散热***的散热负荷。

本实施例中所述电池热循环回路8中采用的传热介质为常见的燃料电池专用冷却液；暖风传热回路9所用的传热介质为普通防冻液。

所述温度传感器3为热敏电阻型，设于热交换器2中连通暖风传热回路9的通道中，穿过管壁后将信号连接线连接于整车控制器4的温度传感器口；为了使设计和控制得到简化，本发明只设置了一个温度传感器3，运行时实测的是暖风传热回路9所用的传热介质（可简称暖风介质）的温度；将该温度传感器3设置于靠近电池热循环回路8的位置，可以利用该测定温度来推定电池热循环回路8的温度，从而推定氢燃料电池1内部的温度。由于热交换一直在电池内部与电池热循环回路8之间、电池热循环回路8与暖风传热回路9之间持续进行，因此可以认为氢燃料电池1内部的温度与温度传感器3实测值之间的差值较小，直接推定不影响使用。如为了更精确地控制，对于推定温度与实际温度之间微小的温差，还可以通过实验测定一个补偿系数，在进行T0设定的时候加入，以便于产品实际使用时直接采用。

所述暖风传热回路9包括暖风介质管路10和设置于暖风介质管路10上的暖风水泵7、加热器及车内暖风装置6；所述加热器为PTC加热器5；暖风水泵7、加热器及车内暖风装置6均由车载电源供电；所述车内暖风装置6包括风机和暖风换热器，均采用已有的通用部件，其中暖风换热器提供暖风的热源，风机提供暖风的风源。本实施例中所述风机为直径305无刷风机；暖风换热器可以为单回路翅片式换热器，内部回路接入暖风介质管路10，利用从燃料电池传递来的热量使暖风换热器的翅片升温，风机的吹出的风流经翅片即受到加热，至车内暖风装置6的出口处即变为暖风，进入车内。

所述暖风介质管路10所采用的管材为三元乙丙橡胶。

本实施例中所述暖风水泵7为无刷电子水泵、PTC加热器5为高压陶瓷加热器，加热功率为5KW，PTC加热器进出口通过胶管卡箍与暖风介质管路连接，均设有控制线；所述控制线分别连接整车控制器4的水泵控制口、PTC加热器控制口，使暖风水泵7和PTC加热器5可以在整车控制器4的信号控制下开启和关闭。

本发明包括三种工况：启动工况、复合加热工况、单加热工况，

启动工况：整车控制器4控制PTC加热器5和暖风水泵7工作，对暖风传热回路9中的传热介质进行加热，然后通过热交换器2与电池热循环回路8进行反向热交换，从而达到快速热机的目的，使燃料电池的温度尽快达到启动所需，此时暖风***是帮助原有加热***共同作用；此工况整车热量流动方向如图2所示；

复合加热工况：当环境温度较低或者氢燃料电池1处于较低热负荷工况时，整车控制器4控制PTC加热器5工作，与氢燃料电池1共同作为整车暖风***的热源；此时热量传递方向如图3所示；

单加热工况：当环境温度较高，或者氢燃料电池1处于较高热负荷工况下时，可以仅使用热交换器2作为整车暖风***的热源；热量传递方向如图4所示。

本实施例所述暖风***的控制方法，如图5所示，包括如下步骤：

步骤1 工况选择：整车控制器4接收到暖风开关发来的暖风***启动信号后，向暖风水泵7发送开机信号，持续采集氢燃料电池1工作反馈信号K值与暖风传热介质温度T；

当K=0时，判定氢燃料电池1处于停机状态，进入启动工况，转入步骤2；

当K=1时，判定氢燃料电池1处于工作状态，将T与设定温度T1（T1设定值为5℃，当温度低于5℃时，燃料电池内部会结冰，无法正常启动）进行比较；当T≤T1，进入复合加热工况，转入步骤3；当T＞T1时，进入单加热工况，转入步骤4；

步骤2 启动工况：将T与氢燃料电池1启动温度设定值T0（由燃料电池自身特性决定）进行比较；

当T≤T0时，整车控制器4向PTC加热器5发送开机信号，控制其启动；同时不给暖风水泵7发送控制指令，使其保持运行；

当T＞T0时，整车控制器4向PTC加热器5发送关机信号，控制其关闭；同时不给暖风水泵7发送控制指令，使其保持运行；

步骤3 复合加热工况：整车控制器4向PTC加热器5发送开机信号，控制其启动；同时不给暖风水泵7发送控制指令，使其保持运行；

步骤4 单加热工况：整车控制器4向PTC加热器5发送关机信号，使其关闭；同时不给暖风水泵7发送控制指令，使其保持运行；

步骤5 关闭：当整车控制器4接收到暖风开关发来的关闭信号时，分别向PTC加热器5和暖风水泵7发送关闭信号，从而停止暖风***的运行。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现，未予以详细说明和局部放大呈现的部分，为现有技术，在此不进行赘述。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种氢燃料电池客车暖风***，其特征在于，包括：整车控制器（4）、氢燃料电池（1）、热交换器（2）、暖风传热回路（9）、温度传感器（3）；

其中，氢燃料电池（1）带有电池热循环回路（8）；

所述热交换器（2）内包括互相传热的两条独立的通道，分别与所述电池热循环回路（8）与暖风传热回路（9）连通；

所述温度传感器（3）设于热交换器（2）中连通暖风传热回路（9）的通道中；

所述暖风传热回路（9）包括暖风介质管路（10）和设置于暖风介质管路（10）上的暖风水泵（7）、加热器及车内暖风装置（6）；

所述温度传感器（3）、氢燃料电池（1）分别信号连接整车控制器（4）；

所述整车控制器（4）连接并控制氢燃料电池（1）、暖风水泵（7）、加热器的开启和关闭。

2.根据权利要求1所述的氢燃料电池客车暖风***，其特征在于，所述加热器为PTC加热器（5），由车载电源供电；所述车内暖风装置（6）包括风机和暖风换热器。

3.根据权利要求1所述的氢燃料电池客车暖风***，其特征在于，所述热交换器（2）内，电池热循环回路（8）与暖风传热回路（9）的介质流向相反。

4.一种权利要求1至3所述的任一氢燃料电池客车暖风***的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1 工况选择：整车控制器（4）接收到车辆启动信号后，控制暖风水泵（7）开启，持续采集氢燃料电池（1）工作反馈信号K值与暖风介质管路（10）内温度T；

当K=0时，判定氢燃料电池（1）处于停机状态，进入启动工况，转入步骤2；

当K=1时，判定氢燃料电池（1）处于工作状态，将T与设定温度T1进行比较；当T≤T1，进入复合加热工况，转入步骤3；当T＞T1时，进入单加热工况，转入步骤4；

步骤2 启动工况：将T与氢燃料电池（1）启动温度设定值T0进行比较；

当T≤T0时，整车控制器（4）控制加热器启动；

当T＞T0时，整车控制器（4）控制加热器关闭、暖风水泵（7）运行、氢燃料电池（1）启动；

步骤3 复合加热工况：整车控制器（4）控制加热器开启、暖风水泵（7）运行；

步骤4 单加热工况：整车控制器（4）控制加热器关闭、暖风水泵（7）运行。