CN115916570A - 用于冷却车辆的燃料电池以及牵引和/或推进的电动马达的组件 - Google Patents
用于冷却车辆的燃料电池以及牵引和/或推进的电动马达的组件 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115916570A CN115916570A CN202180030764.3A CN202180030764A CN115916570A CN 115916570 A CN115916570 A CN 115916570A CN 202180030764 A CN202180030764 A CN 202180030764A CN 115916570 A CN115916570 A CN 115916570A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fuel cell
- temperature
- heat exchanger
- vehicle
- assembly
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
- B60K11/00—Arrangement in connection with cooling of propulsion units
- B60K11/02—Arrangement in connection with cooling of propulsion units with liquid cooling
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
- B60L58/30—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells
- B60L58/32—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells for controlling the temperature of fuel cells, e.g. by controlling the electric load
- B60L58/33—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells for controlling the temperature of fuel cells, e.g. by controlling the electric load by cooling
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
- B60K11/00—Arrangement in connection with cooling of propulsion units
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
- B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
- B60H1/00271—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit
- B60H1/00278—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit for the battery
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
- B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
- B60H1/02—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived from the propulsion plant
- B60H1/14—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived from the propulsion plant otherwise than from cooling liquid of the plant, e.g. heat from the grease oil, the brakes, the transmission unit
- B60H1/143—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived from the propulsion plant otherwise than from cooling liquid of the plant, e.g. heat from the grease oil, the brakes, the transmission unit the heat being derived from cooling an electric component, e.g. electric motors, electric circuits, fuel cells or batteries
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
- B60K1/00—Arrangement or mounting of electrical propulsion units
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
- B60L58/30—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells
- B60L58/32—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells for controlling the temperature of fuel cells, e.g. by controlling the electric load
- B60L58/34—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells for controlling the temperature of fuel cells, e.g. by controlling the electric load by heating
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
- H01M8/04029—Heat exchange using liquids
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
- H01M8/04268—Heating of fuel cells during the start-up of the fuel cells
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
- B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
- B60H1/00271—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit
- B60H2001/00307—Component temperature regulation using a liquid flow
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
- B60K1/00—Arrangement or mounting of electrical propulsion units
- B60K2001/003—Arrangement or mounting of electrical propulsion units with means for cooling the electrical propulsion units
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
- B60K1/00—Arrangement or mounting of electrical propulsion units
- B60K2001/003—Arrangement or mounting of electrical propulsion units with means for cooling the electrical propulsion units
- B60K2001/005—Arrangement or mounting of electrical propulsion units with means for cooling the electrical propulsion units the electric storage means
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
- B60K1/00—Arrangement or mounting of electrical propulsion units
- B60K2001/003—Arrangement or mounting of electrical propulsion units with means for cooling the electrical propulsion units
- B60K2001/006—Arrangement or mounting of electrical propulsion units with means for cooling the electrical propulsion units the electric motors
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
- B60Y2306/00—Other features of vehicle sub-units
- B60Y2306/05—Cooling
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
- H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Transportation (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Cooling, Air Intake And Gas Exhaust, And Fuel Tank Arrangements In Propulsion Units (AREA)
- Arrangement Or Mounting Of Propulsion Units For Vehicles (AREA)
Abstract
本发明涉及一种用于车辆、特别是用于机动车辆(1)的组件(10),该组件包括燃料电池(2)、牵引和/或推进的电动马达,组件(10)包括冷却燃料电池(2)和电动马达的单个冷却回路(5),冷却回路(5)包括两个部分:包括高温换热器的高流量和高温的第一部分,特别是被布置成冷却燃料电池(2)的第一部分;以及包括低温换热器的低流量和低温的第二部分,特别是被布置成冷却电动马达的第二部分。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于冷却车辆(特别是机动车辆)的燃料电池、牵引和/或推进的电动马达以及这种***的辅助机构的组件。本发明还涉及一种包括这种组件的车辆。本发明还涉及一种用于操作这种组件的方法。
背景技术
车辆、特别是机动车辆通常需要较大的航程,特别是对于长途旅行而言。因此,配备有电牵引和/或推进蓄电池的车辆通常包括补充的电能电源,以便限制车载蓄电池的体积、质量和价格。例如,蓄电池提供300km至400km的航程,并且补充电源(通常是燃料电池类型)提供例如大约400km的航程。通常,补充电源仅在蓄电池放电时使用,也就是在蓄电池电量达到其总电量的20%时使用。
包括电牵引和/或推进蓄电池的车辆通常包括用于对由来自蓄电池的电能驱动的电动马达进行热管理或冷却的***,更一般地,包括用于冷却电力链(电力电子器件、升压型和/或降压型DC电压转换器、充电器、(多个)电动马达等)的***。
包括用于产生电能的装置(比如燃料电池)的车辆就其本身而言也需要用于冷却这种用于产生电能的装置的***。
因此,包括为车辆的牵引和/或推进的电动马达供电的蓄电池以及燃料电池的车辆需要对电力链和燃料电池进行冷却。
然而,接线至牵引和/或推进蓄电池的电力链的操作温度范围与燃料电池的操作温度范围并不相同,甚至毫无重合。此外,燃料电池所排放的热功率比电力链所排放的热功率要大得多。
发明内容
本发明的目的是提供一种克服上述缺点的组件。特别地,本发明涉及一种用于操作这种组件的方法。
为了实现此目的,本发明涉及一种用于车辆、特别是机动车辆的组件,该组件包括:
-燃料电池,
-牵引和/或推进的电动马达,
该组件包括冷却燃料电池和电动马达的单个冷却回路,该冷却回路包括两个部分:
-包括高温换热器的高流量和高温的第一部分,特别是被设计成冷却燃料电池的第一部分,以及
-包括低温换热器的低流量和低温的第二部分,特别是被设计成冷却电动马达的第二部分。
低温换热器可以包括入口,并且高温换热器可以包括出口,高温换热器的出口能够直接连接至低温换热器的入口。
该组件可以包括这种车辆的电牵引和/或推进链,该链能够包括牵引和/或推进的电动马达、压缩机和/或进气空气冷却器、和/或一个或多个电子功率元件,该压缩机和/或进气空气冷却器特别地用于增压的进气空气,该链能够被设计成由冷却回路的第二部分冷却。
第一部分可以包括高流量泵,特别是针对介于8000l/h与9000l/h之间的高流量,并且第二部分可以包括低流量泵,特别是针对介于2000l/h与3000l/h之间的低流量。
该组件可以包括单元加热器,该单元加热器用于加热这种车辆的乘客舱,该单元加热器能够布置在回路的第一部分的分支上或者能够布置在第二部分上、特别是在链的冷却的下游。
本发明还涉及一种车辆、特别是机动车辆,该车辆包括如上文限定的组件。
本发明还涉及一种用于操作如上文限定的组件的方法,并且当车辆运行时,进入高温换热器的流体处于第一温度、特别是介于77度与83度之间的第一温度,并且以第二温度、特别是介于71度与77度之间的第二温度离开,并且进入低温换热器的流体处于或大致处于第二温度,并且以第三温度、特别是介于62度与68度之间的第三温度离开。
在燃料电池启动之前,冷却回路的第一部分和/或第二部分可以加热燃料电池和/或使燃料电池保持预定的温度。
在燃料电池启动之前,流体可以经过单元加热器以便加热乘客舱。
如果车辆使用来自蓄电池的能量来操作,则可以停用高流量泵。
当车辆仅使用来自燃料电池的能量来运行时,并且当外界温度在零下时,可以将牵引链和燃料电池所释放的热能传输至经过单元加热器的冷却流体,冷却流体经过高温散热器和低温散热器或换热器的循环能够被中断。
附图说明
本发明的这些主题、特征和优点将参考附图在以非限制性示例的方式给出的实施例的以下描述中详细地进行阐述,在附图中:
图1是根据一个实施例的车辆的示意图;
图2是根据一个实施例的冷却回路的框图;
图3是框图,展示了在使用来自燃料电池的电能来使车辆移动期间根据该实施例的冷却回路内的流;
图4是另一框图,展示了在使用来自燃料电池的电能来使车辆移动期间根据该实施例的冷却回路内的流;
图5是框图,展示了在使用牵引蓄电池和/或燃料电池来使车辆移动期间根据该实施例的冷却回路内的流;
图6是另一框图,展示了在使用牵引和/或推进蓄电池来使车辆移动期间根据该实施例的冷却回路内的流;
图7是另一框图,展示了在使用牵引和/或推进蓄电池来使车辆移动期间根据该实施例的冷却回路内的流;
图8是框图,展示了在使用牵引和/或推进蓄电池来使车辆移动期间根据该实施例的冷却回路内的流;
图9是根据实施例的变体的冷却回路的框图。
具体实施方式
图1示意性地展示了根据一个实施例的车辆、特别是机动车辆1。车辆包括乘客舱6。车辆包括用于产生电能的装置、优选是燃料电池2。车辆还包括旨在储存电能的电牵引和/或推进蓄电池3。车辆还包括电牵引和/或推进功率链40以便移动,该链能够使用由蓄电池3和/或用于产生电能的装置供应的电能。
车辆还包括组件10。
组件10包括燃料电池2以及牵引和/或推进的电动马达42。组件10还包括单个冷却回路5。有利地,组件10包括电力链40。回路5可以冷却燃料电池2和电动马达42。流体或液体、例如去离子水旨在在冷却回路5内进行循环。
应注意,车辆优选地包括独立于冷却回路5的、用于冷却蓄电池3的***。
如图2中所展示的,冷却回路5包括两个部分20、30。
第一部分20(在图2中使用实线展示)是高流量和/或高温部分。第一部分20包括高温散热器或换热器22。优选地,第一部分20被设计成冷却燃料电池2。优选地,第一部分20包括高流量泵21,例如针对介于8000l/h与9000l/h之间的高流量。
第二部分30(在图2中使用虚线展示)是低流量和/或低温部分。第二部分30包括低温散热器或换热器32。优选地,第二部分30被设计成冷却电动马达42,并且一般地,冷却整个电力链40。有利地,电牵引和/或推进链40包括电动马达42、压缩机44和/或进气空气冷却器43(例如用于增压的进气空气)、和/或一个或多个电子功率元件41。术语“(多个)电子功率元件41”意指例如功率逆变器和/或一个或两个DC电压转换器和/或充电器。若电动马达42是由油冷却的,则电动马达可以包括油/水换热器。例如,压缩机44是电动的和/或向燃料电池供应空气。优选地,第二部分30包括低流量泵31,例如针对介于2000l/h与3000l/h之间的低流量。
因此,第二部分30可以通过直接冷却链40的部件或集成在这些部件中或者适配于这些部件的冷却器或换热器来冷却这个链。优选地,如图2中所展示的,链40的部件并联布置。因此,例如,离开泵31的流可以分流以冷却每个部件,流体在供应每个部件的每个换热器的分离管道中循环。优选地,低流量泵31布置在链40的上游、并且在其附近。
换言之,回路5是用于对燃料电池2和电力链40进行热管理的装置。
更具体地,低温换热器32包括进气口或入口32E,流体通过该进气口或入口传送到换热器32中。高温换热器22包括排气口或出口22S,流体通过该排气口或出口离开换热器22。高温换热器22的出口22S直接或大致直接连接至低温换热器32的入口32E。换言之,离开高温换热器22的流体直接或大致直接进入低温换热器32。为此目的,接头J3布置在回路5的第一部分20与第二部分30之间。这个接头J3布置在出口22S与入口32E之间,以便允许离开高温换热器22的流体优选地直接或大致直接进入低温换热器32。因此,接头J3允许冷却流体从高压和/或高温下的第一部分20传送到低压和/或低温下的第二部分30。
优选地,组件10包括供暖用散热器或单元加热器51以加热乘客舱6。例如,如图2中所展示的,单元加热器51布置在回路5的第一部分20的分支50上。
替代性地,如图9中所展示的,实施例变体包括布置在回路5的第二部分30上的单元加热器。例如,单元加热器在链40的冷却的下游,优选地在第二部分30的分支70上。
优选地,组件10还包括氢气加热器53和/或去离子器52。优选地,这个氢气加热器和/或这个去离子器布置在分支50上。
有利地,第一部分20和第二部分30包括管道和/或软管,以便确保流体在要冷却的元件之间流动或传递。
因此,燃料电池得益于冷却流体的高流量,流体主要是经由这个第一部分20上的泵21来驱动的。
优选地,组件10包括冷却流体填充与脱气器皿23。优选地,回路5包括分支60,器皿23安装在该分支上。
显然,第一部分20和第二部分30包括使其完整的管道和/或软管(未指出)。
如图2至图9中所展示的,阀V1(优选地三通阀)布置在第一部分20上。例如,如图2中所展示的,阀V1的一条路径V1_1连接至泵21。路径V1_1可以阻止流体传送到、或允许流体传送到路径V1_2和/或路径V1_3。仅从路径V1_1通到路径V1_2可以将经过阀V1的所有流体送到高温换热器22。具体地,路径V1_2连接至换热器22的进气口或入口。仅从路径V1_1通到路径V1_3可以将经过阀V1的所有流体送到高压回路的其余部分而不使流体被高温换热器22冷却。换言之,不经过高温换热器22,即换热器22是旁通的。
优选地,如图2中所展示的,接头J2布置在阀V1与泵21之间。接头J2允许冷却流体从高压和/或高温下的第一部分20传送到低压和/或低温下的第二部分30。有利地,如图2至图9中所展示的,阀V2(例如两通阀)布置在回路5的第一部分20与第二部分30之间。例如,阀V2布置在高压泵21与低压泵31之间,例如布置在接头J2处或大致在此处。
有利地,特别是如图2、图7和图8中所展示的,阀V3(例如两通阀)布置在回路5的第一部分20上、在高温换热器22的下游。如下文将看到的,这个阀V3可以阻止流体在该阀所在的分支中流动。因此,通过关闭阀V3,迫使离开高温换热器22的所有流体经由第一部分20与第二部分30之间的接头J3进入低温换热器32。
优选地,如图2中所展示的,接头J1允许冷却流体从低压和/或低温下的第二部分30传送到高压和/或高温下的第一部分20。有利地,这个接头J1布置在链40的下游。
为了防止流体冷却布置在分支50上的元件,同时关闭阀V2以及阀V1的路径V1_1。因此,流体特别地循环经过在接头J1与泵21的进气口之间延伸的分支60而不被换热器22、32冷却,器皿23位于该分支上。
例如,燃料电池2布置在接头J1或大致接头J1与泵21的进气口之间。
优选地,如图2中所展示的,阀V4(例如两通阀)布置在燃料电池2的上游。阀V4在处于关闭位置时防止流体冷却燃料电池2。在这种情况下,流体从分支60排放到器皿23。
因此,优选地,泵21被定位为紧跟在燃料电池2之后,例如在流体的返回至器皿23的管线分支的点处、在连接点C处(图2中所展示的)。有利地,器皿23的这个入口点在回路5上压力最小。从这个点开始,在阀V1连接路径V1_1和V1_2的情况下,泵21使流体的压力增大以便将流体朝向高温散热器22传送。
下文描述了用于操作组件10的方法的实施例。
图6展示了实施例,其中,车辆使用储存在蓄电池3中的电能来运行。例如,外界温度较高,例如在夏天。在这种状况下,需要使链40最佳地冷却。为此目的,关闭阀V1的路径V1_3,以便关闭高温换热器22的旁通通道。关闭阀V2,同时打开阀V3和阀V4。离开高压泵21的流体直接传送到高温换热器22中、接着经由接头J3传送到低温换热器32中。接着,离开换热器32的流体经过链40,然后在接头J1处分流。一部分流从J1在经过阀V3之后传送到低温换热器32而不经过高温换热器22,因此不被该高温换热器冷却。因此,在进入低温换热器32之前,这部分流与离开高温换热器22的流体混合。另一部分流在返回换热器22之前冷却分支50。其余流从J1传送到燃料电池2,然后到达高压泵21。在这个实施例中,凭借串联布置的两个换热器22、32,电牵引和/或推进链40的所有部件均得益于最佳冷却。优选地,如有必要,使泵21参与到回路5内的流体循环中,从而提高流体的流量。在这种情况下,两个泵操作,从而进一步改进对链40的冷却。这个实施例例如在夏天较热的时候并且当车辆使用由蓄电池3所供应的电来运行时使用,在该实施例中,链的冷却得到了很大程度的改进。
图7展示了特别是在较热的状况下(例如在夏天)、当车辆使用蓄电池3所供应的电能来运行时,对链40的冷却所进行的改进。关闭从高温换热器22的主分支上的阀V3,从而遏制这个分支中的流。关闭阀V1的路径V1_3,从而防止流体从接头J1返回至换热器22。最后,关闭阀V2,从而防止流体经过该阀进入第二部分30。因此,经过高温换热器22的所有的流都进入低温换热器32。经过这两个散热器(首先是高温散热器接着是低温散热器)使流体的冷却并且因此使链40的部件的冷却程度最大化。优选地,到达接头J1处的流传送到燃料电池2中,以便使其处于给定的温度或接近这个给定的温度。以这种方式使电池保持在这个温度下有助于其后续启动。在这个构型中,链40得到最佳冷却。
如上所述,图9展示了组件10在冷却回路5、更具体地第二部分30处的变体。具体地,用于对车辆的乘客舱进行加热的散热器51的位置布置在分支70上,例如在链40的每个部件的管道的接头之后。因此,经过单元加热器51的流量更高,因为该流量与经过链40的总流量相对应。那么,包括去离子器的分支50具有更小的流。
在操作中,当车辆使用由燃料电池2产生的电能(特别是图3和图4中所展示的)和/或使用链40的一个或多个部件来运行时。由于燃料电池较热,并且一般地整个回路都较热,所以冷却是很有必要的。进入高温换热器22的流体处于第一温度。例如,这个第一温度介于77度与83度之间,优选地是大约80度。流体以第二温度离开高温换热器22。例如,第二温度介于71度与77度之间,优选地是大约74度。离开高温换热器22并进入低温换热器32的流体处于或大致处于第二温度。流体以第三温度离开低温换热器32。第三温度介于62度与68度之间,优选地是大约65度。
为此目的,阀V1允许仅从路径V1_1通到路径V1_2。接着关闭阀V2(通过叉号来展示),使得离开泵21的流体不在阀V2处进入第二部分30。因此,特别是来自燃料电池2的流体在压力之下被送到高温换热器22以便接受冷却。总流量(例如大约9000l/h)在换热器22的出口处一分为二。已经经过换热器22的流体的大部分流量(例如大约6000l/h至7000l/h)直接返回至燃料电池2。因此,打开阀V3和阀V4(图3中未示出)并允许流体经过。低流量(例如大约2000l/h至3000l/h)由第二部分30的泵31抽吸。这个低流量循环至低温散热器32以旁通流体的冷却,以便例如降到65摄氏度以下。接着,这个低流量传送到电牵引和/或推进链40的构件41、42、43、44(机器、电子器件等)中。接着,低流量在接头J1处与高流量会合。换言之,经过回路5的第二部分30的低流量在接头J1处与回路5的第一部分20会合。因此,在接头J1处,来自换热器22的流体与来自换热器32的流体混合。优选地,较小一部分(例如小于1%)传送到分支60中、传送到器皿23中以便被脱气。因此,大部分的流体经过阀V4(打开的)并且冷却燃料电池2。因此,流体的已经经过链40的部件的流有助于燃料电池2的冷却。
图4展示了当车辆使用由燃料电池产生的电来运行时,在冷却操作中冷却回路5上的各个点处的流量和温度分布的示例。例如,流体在73℃下进入电池并在80℃下离开该电池,对应的热功率为大约60kW,流量为大约9000l/h。在电动泵21之后,一小部分流量(例如大约800l/h)传送到分支50中、经过单元加热器51以便加热乘客舱6、和/或经过去离子器52、和/或例如在从大约700巴膨胀到大约2巴之后经由氢气加热器53加热氢气。根据流量需求和储罐中的氢气的压力,通过这个膨胀而产生的冷可以例如排放2kW至5kW的热量。离开泵21的流量的其余部分(例如大约8200l/h)进入换热器22,使得这一部分的温度例如从入口处的大约80℃转变到出口处的大约74℃。例如,离开换热器22并由泵32抽吸的冷却液体(换言之,传送到第二部分30中的流体)的流量为大约3000l/h。例如,在经过高温换热器22之后经过低温换热器32的流体的温度以大约65℃的温度离开。该流体接着经过用于冷却链40的部件的装置,以便冷却这些部件,从而使得流体温度在链40的出口处增加。因此,到达接头J1的第二部分30的流体的温度例如为大约71℃,然后与来自第一部分20的、仅经过换热器22的流体流量(例如大约5200l/h)混合。因此,冷却回路5的第一部分20中在接头J1之后的流量再次回到大约9000l/h。
在启动燃料电池2之前,冷却回路5的第一部分20和/或第二部分30加热燃料电池2和/或使其处于预定的温度。
优选地,如图5中所展示的,使用蓄电池3的电来实现车辆的冷启动,而停用燃料电池2。在这个实施例中,链40的部件和/或燃料电池的辅助机构所产生的热量用来加热乘客舱6和/或燃料电池。在这个实施例中,关闭阀V1的路径V1_1,以便防止流体进入换热器22。打开阀V2并允许流体传送到回路5的第二部分30中。在这种情况下,高流量经过链40。应注意,接着关闭阀V3,并且也关闭阀V1的路径V1_3。因此,经过链40之后到达接头J1处的流体朝向分支50和分支60并且朝向燃料电池2传送。具体地,在这个实施例中,阀V4是打开的。在这个实施例中,燃料电池被加热,从而允许其后续启动具有更好的条件。
替代性地,同样在这个实施例中,关闭阀V4并防止流体冷却燃料电池(图5中的虚线叉号)。这个构型特别是在蓄电池3仅略微放电或甚至充满电的情况下是有利的。这个构型可以增加分支50中的流量,从而例如经由单元加热器51更好地加热乘客舱。因此,在燃料电池2启动之前,流体经过单元加热器51以便加热乘客舱6。
例如在冬天,当机动车辆由燃料电池2驱动和/或推进并且以低功率运行时(例如,车辆在城市中行进时尤其如此)并且当乘客舱6的加热设定值较高时(例如在非常冷的时候),也可以使用图5中的回路。在这种情况下,打开阀4并且将车辆的所有部件(例如牵引链40和燃料电池)所释放的热能用来加热乘客舱6,流体不经过散热器22、32。
总而言之,在图5中所展示的实施例中,车辆使用由蓄电池3所供应的电能运行,同时允许显著加热乘客舱和/或加热或预加热或保持燃料电池的温度,以便在随后更容易地使用该燃料电池。应注意,在冬天和/或在非常冷的时候,当燃料电池供应电动马达时,燃料电池的释放到冷却流体中的热量可以用于加热乘客舱。
当未使用燃料电池2时,优选地停用高流量泵21。更具体地,图8展示了图2中的回路在较热的状况下(例如在夏天)、当车辆使用由蓄电池3所供应的电能来运行时的构型。如果无需预加热燃料电池2(例如由于蓄电池3充满或大致充满电),则遏制用于冷却燃料电池的流。具体地,打开阀V1的路径V1_3(意味着阀V1打开换热器22的旁通分支),同时打开路径V1_2,以便允许流朝向换热器22。优选地,关闭路径V1_1,以便防止来自泵21的流体进入,优选地停用泵。此外,也关闭阀V2。在这种情况下,流体在朝向燃料电池2的分支中的循环被切断。因此,在较热的状况下,极其有利于电牵引和/或推进链40的冷却。这确保电部件最佳地运行、并且因此确保车辆最佳地运行,车辆使用来自蓄电池3的电能来运行。
应注意,作为图2中所展示的实施例的替代方案,根据每个部件的运行状况(特别是冷却液体的流量和/或温度),如果用于冷却链40的部件的某些装置的入口温度完全不同,则这些装置可以串联布置。例如,用于冷却部件的、需要低冷却流体温度的装置布置在用于冷却部件的、需要高冷却流体温度的装置之前(换言之上游)。
总而言之,单个冷却回路5可以具有高流量(例如8000l/h至9000l/h)和/或高温(例如73℃至80℃)部分以及低流量(例如2000l/h至3000l/h)和/或低温(例如65℃至70℃)部分。可以特别是通过旁通换热器22、32中的一者或甚至两者来重新获得第一部分和/或第二部分20、30的、特别是来自用于冷却链40的部件和/或燃料电池2的装置的热能,以便加热乘客舱和/或在启动燃料电池之前加热该燃料电池。
经过用于冷却链40的部件的装置的流体的总流量可以汇入(即添加)到仅经过换热器22并且旨在冷却燃料电池2的流量。这可以免于安装用于燃料电池的、需要高流量的极高流量泵。
低温换热器32直接接收高温换热器22的出口处的流体。因此,低温换热器的入口处的流体的温度特别低,并且这样的结果是低温换热器的出口处的温度极低、特别是小于或等于65℃。
因此,在车辆操作期间,即当车辆使用来自蓄电池的电能运行时(这优选地对应于车辆的主要用法),电牵引和/或推进链的部件的冷却程度被最大化。具体地,用于冷却部件41、42、43、44的装置得益于由低温换热器32冷却并且还由高温换热器22(例如具有更大的尺寸和容量)冷却的流体。
此外,回路5的构架简单,同时可以具有高流量的流体来冷却燃料电池,而不包括极高流量泵。该构架允许最大温度(例如大约80℃)与最小温度(例如大约65℃)之间的显著温度差。
因此,车辆具有较大的航程。具体地,燃料电池2可以产生电,使得一旦蓄电池3用尽或大致用尽,车辆就可以使用来自燃料电池的电能继续移动。虽然在用于冷却链40上的要冷却的部件(电力电子器件41、DC/DC转换器、充电器、电动马达42等)的每个装置的入口处将冷却液体的温度例如限制在65℃,并且燃料电池需要用温度比链40的进入流体温度更高(例如大约73℃)的进入流体来冷却,但是仅一个回路就能确保这些条件。优选地,链40的部件的出口处的流体温度比入口处的流体温度高大约3℃至5℃。对于燃料电池,出口处的温度优选地例如不超过80℃。在热功率方面,电池2所释放的热功率是链40的部件所释放的热功率的例如五倍至十倍。应注意,根据链40的每个部件所释放的功率,用于冷却每个部件的流量例如从300l/h到800l/h变化,例如总流量为大约2000l/h至3000l/h。例如,电池2需要8000l/h至9000l/h的流量。例如,电池所排放的热功率为大约60kW,并且链40的部件作为整体释放的热功率为大约3kW至20kW。使用同一流体的单个冷却回路5允许链40的部件与燃料电池2之间的功率、温度和冷却液体的流量上的这些差异。
因此,虽然接线至牵引和/或推进蓄电池的电力链的操作温度的范围与燃料电池的操作温度的范围并不相同,或者甚至毫无重合,但是该解决方案甚至同时允许这些不同的操作温度。此外,该解决方案可以排放所释放的不同热功率,即使这些热功率是不同的。
最后,如上所述,该解决方案可以根据这种车辆的操作阶段和/或外界温度状况来适配电力链的冷却和燃料电池的冷却。
据观察,根据本发明的解决方案因此实现了所期望的目的,即确保温度条件适于电力链的最佳操作、同时确保温度条件适于燃料电池的最佳操作,并且该解决方案具有以下优点:
-消耗电能少,高流量泵比极高流量泵耗能更低。
Claims (10)
1.一种用于车辆、特别是用于机动车辆(1)的组件(10),该组件包括:
-燃料电池(2),
-牵引和/或推进的电动马达(42),
其特征在于,该组件(10)包括冷却该燃料电池(2)和该电动马达(42)的单个冷却回路(5),该冷却回路(5)包括两个部分:
-包括高温换热器(22)的高流量和高温的第一部分(20),该第一部分(20)被设计成冷却该燃料电池(2),以及
-包括低温换热器(32)的低流量和低温的第二部分(30),该第二部分(30)被设计成冷却该电动马达(42),
该第一部分(20)包括高流量泵(21),特别是针对介于8000l/h与9000l/h之间的高流量,并且该第二部分(30)包括低流量泵(31),特别是针对介于2000l/h与3000l/h之间的低流量。
2.如前一项权利要求所述的组件(10),其特征在于,该低温换热器(32)包括入口(32E);并且该高温换热器(22)包括出口(22S),该高温换热器(22)的该出口(22S)直接连接至该低温换热器(32)的该入口(32E)。
3.如前述权利要求中任一项所述的组件(10),其特征在于,该组件包括该车辆的电牵引和/或推进链(40),该链(40)包括该牵引和/或推进的电动马达(42)、压缩机(44)和/或进气空气冷却器(43)和/或一个或多个电子功率元件(41),该压缩机和/或该进气空气冷却器特别地用于增压的进气空气,该链(40)被设计成由该冷却回路(5)的该第二部分(30)冷却。
4.如前述权利要求之一所述的组件(10),其特征在于,该组件包括单元加热器(51),该单元加热器用于加热该车辆的乘客舱(6),该单元加热器(51)布置在该回路(5)的该第一部分(20)的分支(50)上或者布置在该第二部分(30)上、特别是在该链(40)的冷却的下游。
5.一种车辆、特别是机动车辆(1),其特征在于,该车辆包括如权利要求1至4之一所述的组件(10)。
6.一种用于操作如权利要求1至4之一所述的组件(10)的方法,其特征在于,当该车辆运行时,
进入该高温换热器(22)的流体处于第一温度、特别是介于77度与83度之间的第一温度,并且以第二温度、特别是介于71度与77度之间的第二温度离开,并且进入该低温换热器(32)的流体处于或大致处于该第二温度,并且以第三温度、特别是介于62度与68度之间的第三温度离开。
7.一种用于操作如权利要求1至4之一所述的组件(10)的方法,其特征在于,在该燃料电池(2)启动之前,
该冷却回路(5)的该第一部分(20)和/或该第二部分(30)加热该燃料电池(2)和/或保持该燃料电池的温度。
8.一种用于操作如权利要求4所述的组件(10)的方法,其特征在于,在该燃料电池(2)启动之前,
流体经过该单元加热器(51)以便加热该乘客舱(6)。
9.一种用于操作如权利要求1至3中任一项所述的组件(10)的方法,其特征在于,如果该车辆使用来自该蓄电池(3)的能量来操作,则停用该高流量泵(21)。
10.一种用于操作如权利要求1或2结合权利要求3和4所述的组件(10)的方法,其特征在于,当该车辆仅使用来自该燃料电池的能量来运行时,并且当外界温度在零下时,将该牵引链(40)和该燃料电池(2)所释放的热能传输至经过该单元加热器(51)的冷却流体,该冷却流体经过该高温换热器和该低温换热器(22,32)的循环是中断的。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR2003450A FR3108874B1 (fr) | 2020-04-07 | 2020-04-07 | Agencement pour refroidir une pile à combustible et un moteur électrique de traction et/ou de propulsion de véhicule |
FRFR2003450 | 2020-04-07 | ||
PCT/EP2021/058653 WO2021204684A1 (fr) | 2020-04-07 | 2021-04-01 | Agencement pour refroidir une pile à combustible et un moteur électrique de traction et/ou de propulsion de véhicule |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN115916570A true CN115916570A (zh) | 2023-04-04 |
Family
ID=71575459
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202180030764.3A Pending CN115916570A (zh) | 2020-04-07 | 2021-04-01 | 用于冷却车辆的燃料电池以及牵引和/或推进的电动马达的组件 |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20230271531A1 (zh) |
EP (1) | EP4132809A1 (zh) |
JP (1) | JP2023521749A (zh) |
KR (1) | KR20220164740A (zh) |
CN (1) | CN115916570A (zh) |
FR (1) | FR3108874B1 (zh) |
WO (1) | WO2021204684A1 (zh) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102021204677B4 (de) | 2021-05-10 | 2023-01-05 | Zf Friedrichshafen Ag | Antriebssystem für eine Arbeitsmaschine |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2816258B1 (fr) * | 2000-11-09 | 2003-02-14 | Valeo Thermique Moteur Sa | Dispositif de refroidissement d'un vehicule a moteur electrique alimente par une pile a combustible |
FR2868607B1 (fr) * | 2004-03-31 | 2006-07-07 | Renault Sas | Dispositif et procede de refroidissement d'un ensemble de generation d'electricite comprenant une pile a combustible |
DE102015006387A1 (de) * | 2015-05-20 | 2015-12-10 | Daimler Ag | Elektrisch angetriebenes Fahrzeug |
-
2020
- 2020-04-07 FR FR2003450A patent/FR3108874B1/fr active Active
-
2021
- 2021-04-01 JP JP2022561388A patent/JP2023521749A/ja active Pending
- 2021-04-01 EP EP21716394.8A patent/EP4132809A1/fr active Pending
- 2021-04-01 WO PCT/EP2021/058653 patent/WO2021204684A1/fr unknown
- 2021-04-01 CN CN202180030764.3A patent/CN115916570A/zh active Pending
- 2021-04-01 KR KR1020227037427A patent/KR20220164740A/ko unknown
- 2021-04-01 US US17/995,790 patent/US20230271531A1/en active Pending
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR3108874B1 (fr) | 2022-09-02 |
FR3108874A1 (fr) | 2021-10-08 |
US20230271531A1 (en) | 2023-08-31 |
WO2021204684A1 (fr) | 2021-10-14 |
JP2023521749A (ja) | 2023-05-25 |
KR20220164740A (ko) | 2022-12-13 |
EP4132809A1 (fr) | 2023-02-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN109895590B (zh) | 车辆的hvac*** | |
CN109466272B (zh) | 具有冷却***的机动车 | |
US11897309B2 (en) | Vehicle heat management system | |
CN109383227B (zh) | 用于燃料电池车辆的回路*** | |
CN111532098B (zh) | 空气调节和电池冷却装置及其运行方法 | |
CN107074062B (zh) | 用于电动车或者混合动力车的热*** | |
US7779639B2 (en) | HVAC system for hybrid vehicles using thermoelectric devices | |
US20100155018A1 (en) | Hvac system for a hybrid vehicle | |
US9233593B2 (en) | Air-conditioning system for an automobile and method for operating an air-conditioning system of an automobile | |
US20120327596A1 (en) | Thermal management system using a phase-change material for vehicle with electric traction motor | |
CN107251313B (zh) | 车辆用电源装置及冷却回路 | |
JP2003514183A (ja) | 自動車において発生する熱エネルギを搬送するための方法および装置 | |
CN113195294B (zh) | 温度调整回路 | |
KR20200130114A (ko) | 차량 객실 가열 회로 및 배터리 가열 회로를 구비한 차량용 열 펌프 장치 | |
CN107635802A (zh) | 用于车辆的热***和用于对车辆进行空气调节的方法 | |
CN208842173U (zh) | 车辆及其热管理*** | |
JP7193495B2 (ja) | 車両用の熱管理システム | |
CN115023359A (zh) | 用于对乘客舱的空气进行空气调节并且用于通过机动车辆的传动系的部件进行热传递的***以及操作该***的方法 | |
CN115916570A (zh) | 用于冷却车辆的燃料电池以及牵引和/或推进的电动马达的组件 | |
US20220410657A1 (en) | Vehicle heat pump system | |
CN113195290B (zh) | 温度调整回路 | |
CN112895843A (zh) | 用于机动车的热管理***和具有这种热管理***的机动车 | |
CN117157208A (zh) | 用于电动车辆的设备和方法 | |
CN113272166B (zh) | 用于机动车的空调装置 | |
CN112874257B (zh) | 一种车辆热管理***和车辆 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination |