CN116259784A - 一种燃料电池汽车热管理***及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种燃料电池汽车热管理***及其使用方法，属于车辆辅助***技术领域；它包括中冷器、压力传感器、电堆冷却液入口温度传感器、电堆、电堆冷却液出口温度传感器、电堆冷却液循环泵、电堆冷却液循环三通电磁阀、电堆散热器、电加热装置、去离子装置、电堆冷却液膨胀壶、动力电池冷却液膨胀壶、动力电池冷却液循环泵、动力电池冷却液循环三通电磁阀、动力电池散热器、动力电池冷却液进口温度传感器、动力电池包、动力电池加热循环三通电磁阀；本发明有效地实现了动力电池和燃料电池低温快速预热和精准温度控制，降低燃料电池汽车热管理***成本，提高安全性。

Description

一种燃料电池汽车热管理***及其使用方法
技术领域
本发明涉及车辆辅助***技术领域，具体涉及一种燃料电池汽车热管理***及其使用方法。
背景技术
氢燃料电池是一种将化学能直接转化为直流电能的发电装置，具有清洁、高效、环境友好的优点。在国家双碳政策推动下，氢燃料电池在新能源汽车、分布式发电、轨道交通等领域发展迅速，应用前景十分广阔。
氢燃料电池在工作过程中产生与输出电能相当的热能，如不能及时有效将这部门热能进行转移，则可能导致质子交换膜干燥，降低膜性能，进而影响燃料电池输出特性和寿命；而在低温下，因结冰、电化学活性降低等原因，导致燃料电池无法直接启动，必须将其加热至合适的低温启动温度。对于锂离子动力电池，在极低温度下放电可能会诱导正极活性物质颗粒破裂，造成容量不可逆损失；在低温下充电，锂离子可能在负极表面直接生成金属锂枝晶，易引发严重的安全事故；高温可能造成锂离子电池内部副反应增加，形成不可逆容量损失，甚至有可能引发热失控。因此，在现有的燃料电池汽车中，通常采用既为燃料电池配备若干电加热装置的方法实现燃料电池能够在低温环境下实现冷启动，又为动力电池配备若干电加热装置，确保动力电池能够在低温环境下工作；同时，在燃料电池和动力电池工作温度较高时，分别通过散热器为其散热，确保工作在合适的温度区间。显然在这套***中需要布置多个电加热装置，而也会需要较多的高低压束线进行配置，从而导致***成本较高，且存在一定的高压漏电风险；这是目前需要解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种燃料电池汽车热管理***，以实现动力电池和燃料电池低温快速预热和精准温度控制，降低燃料电池汽车热管理***成本，提高安全性。
为解决上述问题，本发明提供了如下技术方案：
一种燃料电池汽车热管理***；它包括动力电池热管理***和电堆热管理***；
电堆热管理***包括中冷器、压力传感器、电堆冷却液入口温度传感器、电堆、电堆冷却液出口温度传感器、电堆冷却液循环泵、电堆冷却液循环三通电磁阀、电堆散热器、电加热装置、去离子装置、电堆冷却液膨胀壶；
动力电池热管理***包括动力电池冷却液膨胀壶、动力电池冷却液循环泵、动力电池冷却液循环三通电磁阀、动力电池散热器、动力电池冷却液进口温度传感器、动力电池包、动力电池加热循环三通电磁阀；
所述中冷器用于调控进入燃料电池电堆的压缩空气的温度，其换热介质为电堆冷却液；
所述压力传感器用于检测电堆冷却液进堆压力；
所述电堆冷却液入口温度传感器用于检测电堆冷却液进堆温度；所述电堆冷却液出口温度传感器用于检测电堆冷却液出堆温度；
所述电堆是一个将化学能直接转化为直流电能的发电场所，能够根据负载需求输出电能，同时产生热量；
所述电堆冷却液循环泵用于控制流经电堆的燃料电池冷却液流量；
所述电堆冷却液循环三通电磁阀用于控制电堆冷却液流经电堆散热器进行散热，或者流经电加热装置对电堆进行快速加热；
所述电堆散热器用于将电堆输出电能时所产生的热量及时与大气进行交换；
所述电加热装置用于加热电堆冷却液和动力电池冷却液；
所述去离子装置的作用是去除电堆冷却液在循环使用过程中与其接触的管路、双极板等析出的金属离子，降低电堆冷却液电导率；
所述电堆冷却液膨胀壶的作用是储存电堆冷却液，缓冲进入电堆散热器冷却液温度，以及去除电堆冷却液循环过程中产生的气体；
所述动力电池冷却液膨胀壶储存动力电池冷却液，缓冲进入动力电池散热器冷却液温度，以及去除动力电池冷却液循环过程中产生的气体；
所述动力电池冷却液循环泵的作用是控制流经动力电池包的动力电池冷却液流量；
所述动力电池冷却液循环三通电磁阀的作用在于当动力电池包在低温环境下需要加热时，动力电池冷却液流经动力电池冷却液循环三通电磁阀后直接进入动力电池包，不流经动力电池散热器；
所述动力电池散热器用于控制动力电池包在充电或放电过程中动力电池冷却液温度超过散热器散热风扇启动的最低阈值温度时，控制其散热风扇动作，以保证动力电池冷却液进入动力电池包的温度所需范围内；
所述动力电池冷却液进口温度传感器用于检测进入动力电池包的动力电池冷却液温度；
所述动力电池包用于为整车驱动提供高压直流电源，以及为低温环境下电加热装置工作时输出电能；
所述动力电池加热循环三通电磁阀的作用在于当动力电池包需要加热时，动力电池冷却液流经动力电池加热循环三通电磁阀后进入电加热装置，并通过动力电池冷却液循环泵进行循环，当动力电池包不需要加热时，动力电池冷却液流经动力电池加热循环三通电磁阀后直接进入动力电池冷却液循环泵进行循环。
优选的，该控制器以中冷器和电堆作为电堆热管理***的管理对象；以压力传感器、电堆冷却液入口温度传感器、电堆冷却液出口温度传感器为电堆热管理***的控制输入；同时又以动力电池包为动力电池热管理***的热管理对象；以动力电池冷却液进口温度传感器为动力电池热管理***的控制输入。
此外，本发明还针对***在不同工况下的运行提供了有效的使用方法：
在充电工况下，当环境温度Tenvir不高于动力电池的第一最高充电温度Tchar_max1，且动力电池单体最高电压Ucell_max低于动力电池单体电压Ucell_1时；或者环境温度Tenvir不高于动力电池的第二最高充电温度Tchar_max2，Tchar_max2＜Tchar_max1，且Ucell_max不低于Ucell_1时，动力电池管理***向热管理***控制器发送加热请求，电加热装置开始工作，动力电池加热循环三通电磁阀接通加热循环回路，动力电池冷却液循环三通电磁阀接通冷却液直接进入动力电池包回路；当动力电池冷却液进口温度传感器检测到的动力电池冷却液温度或动力电池管理***检测到的电池单体平均温度不低于Tchar_max1+ΔT1，且Ucell_max低于Ucell_1时，或者动力电池冷却液进口温度传感器检测到的动力电池冷却液温度或动力电池管理***检测到的电池单体平均温度不低于Tchar_max2+ΔT2，且Ucell_max不低于Ucell_1时，电动力电池管理***向热管理***控制器发送关闭指令，加热装置关闭，动力电池加热循环三通电磁阀关闭加热循环回路，直接与动力电池冷却液循环泵接通。动力电池冷却液循环三通电磁阀接通冷却液直接进入动力电池包回路，当动力电池冷却液进口温度传感器检测到的动力电池冷却液温度或动力电池管理***检测到的电池单体平均温度不低于Tchar_max1+ΔT3时，动力电池冷却液循环三通电磁阀逐渐调整开度，当当动力电池冷却液进口温度传感器检测到的动力电池冷却液温度或动力电池管理***检测到的电池单体平均温度不低于Tchar_max1+ΔT4时，动力电池冷却液动力电池冷却液循环三通电磁阀全开接通与动力电池散热器连接的循环回路，并切断直接与动力电池包连接的回路；当当动力电池冷却液进口温度传感器检测到的动力电池冷却液温度或动力电池管理***检测到的电池单体平均温度低于Tchar_max1+ΔT3时，动力电池冷却液循环三通电磁阀关闭与动力电池散热器连接的循环回路；
上述的ΔT1为取值范围在1℃～6℃的温差参量，ΔT2为取值范围在2℃～6℃的温差参量，ΔT3为取值范围在10℃～17℃的温差参量，ΔT4为取值范围在15℃～23℃的温差参量。
放电工况下，当环境温度Tenvir不大于动力电池包的最低放电温度Tmindisch_on时，动力电池管理***向热管理***控制器发送加热请求，电加热装置开始工作，动力电池加热循环三通电磁阀接通加热循环回路，动力电池冷却液循环三通电磁阀接通冷却液直接进入动力电池包回路，当动力电池冷却液进口温度传感器检测到的动力电池冷却液温度或动力电池管理***检测到的电池单体平均温度不低于最低加热关闭放电温度Tmindisch_off时，动力电池加热循环三通电磁阀切断动力电池冷却液加热循环回路，接通与动力电池冷却液循环泵直接连接的循环回路，同时，如果当动力电池冷却液进口温度传感器检测到的动力电池冷却液温度或动力电池管理***检测到的电池单体平均温度不低于Tmindisch_off+ΔT5时，动力电池冷却液循环三通电磁阀根据检测到的温度值，逐渐调整开度，当动力电池冷却液进口温度传感器检测到的动力电池冷却液温度或动力电池管理***检测到的电池单体平均温度不低于Tmindisch_off+ΔT6时，动力电池冷却液循环三通电磁阀全开接通与动力电池散热器连接的循环回路，并切断直接与动力电池包连接的回路；当当动力电池冷却液进口温度传感器检测到的动力电池冷却液温度或动力电池管理***检测到的电池单体平均温度低于Tmindisch_off+ΔT5时，动力电池冷却液循环三通电磁阀关闭与动力电池散热器连接的循环回路；
所述ΔT5为取值范围在42℃～50℃的温差参量，ΔT6为取值范围在48℃～56℃的温差参量。
所述电堆低温自启动温度为Tfc_min，当控制器收到开机指令，如环境温度Tenvir低于Tmindisch_on，则热管理***优先响应动力电池管理***发送的加热请求，热管理***控制电加热装置进入工作模式，动力电池按照上述放电工况进行热管理；电堆冷却液循环三通电磁阀接通与电加热装置直接连接的循环回路，使燃料电池冷却液快速升温，直至电堆冷却液入口温度传感器检测到的温度不低于Tfc_min，电堆低温启动，低温启动成功后逐渐调节电堆冷却液循环三通电磁阀的开度，部分燃料电池冷却液继续流经电加热装置进行加热循环，部分流经电堆散热器；当电堆冷却液出口温度传感器检测到的温度值达到电堆散热器散热风扇启动温度阈值时，电堆冷却液循环三通电磁阀关闭与电加热装置直接连接的循环回路，同时散热风扇启动，并且散热风扇根据电堆冷却液出口温度传感器检测到的温度值及电堆冷却液出口温度传感器与电堆冷却液入口温度传感器检测温度差值与目标控制差值实时调整转速。
如环境温度Tenvir不低于Tmindisch_off，但低于Tfc_min，则燃料电池***控制器向热管理***控制器发送加热请求，电加热装置开始工作，同时，动力电池加热循环三通电磁阀保持与动力电池冷却液循环泵直接连接的循环回路接通，切断动力电池冷却液加热循环回路，而电堆冷却液循环三通电磁阀接通与电加热装置直接连接的循环回路，使燃料电池冷却液快速升温，直至电堆冷却液入口温度传感器检测到的温度不低于Tfc_min，电堆低温启动，低温启动成功后逐渐调节电堆冷却液循环三通电磁阀的开度，部分燃料电池冷却液继续流经电加热装置进行加热循环，部分流经电堆散热器；当电堆冷却液出口温度传感器检测到的温度值达到电堆散热器散热风扇启动温度阈值时，电堆冷却液循环三通电磁阀关闭与电加热装置直接连接的循环回路，同时散热风扇启动，并且散热风扇根据电堆冷却液出口温度传感器检测到的温度值及电堆冷却液出口温度传感器与电堆冷却液入口温度传感器检测温度差值与目标控制差值实时调整转速。
如环境温度Tenvir不低于Tfc_min，则热管理***控制电加热装置处于关闭状态。
本发明有益效果：
本发明的有益效果体现在将现有的燃料电池***与动力电池***改造为仅需一个电加热装置的***构造，减少了电加热装置及高低压线束配置数量，降低了***成本；同时，因高压器件数量减少，降低了高压漏电风险点数，也提高了安全性。
附图说明
图1是本实施例中燃料电池汽车热管理***的示意图；
附图标记说明：1-中冷器；2、压力传感器；3、电堆冷却液入口温度传感器；4、电堆；5、电堆冷却液出口温度传感器；6、电堆冷却液循环泵；7、电堆冷却液循环三通电磁阀；8、电堆散热器；9、电加热装置；10、去离子装置；11、电堆冷却液膨胀壶；12、动力电池冷却液膨胀壶；13、动力电池冷却液循环泵；14、动力电池冷却液循环三通电磁阀；15、动力电池散热器；16、动力电池冷却液进口温度传感器；17、动力电池包；18、动力电池加热循环三通电磁阀。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍：
实施例：
参照图1，本实施例提供一种燃料电池汽车热管理***，它包括动力电池热管理***和电堆热管理***；
电堆热管理***包括中冷器1、压力传感器2、电堆冷却液入口温度传感器3、电堆4、电堆冷却液出口温度传感器5、电堆冷却液循环泵6、电堆冷却液循环三通电磁阀7、电堆散热器8、电加热装置9、去离子装置10、电堆冷却液膨胀壶11；
动力电池热管理***包括动力电池冷却液膨胀壶12、动力电池冷却液循环泵13、动力电池冷却液循环三通电磁阀14、动力电池散热器15、动力电池冷却液进口温度传感器16、动力电池包17、动力电池加热循环三通电磁阀18；
所述中冷器1用于调控进入燃料电池电堆4的压缩空气的温度，其换热介质为电堆冷却液；
所述压力传感器2用于检测电堆冷却液进堆压力；
所述电堆冷却液入口温度传感器3用于检测电堆冷却液进堆温度；所述电堆冷却液出口温度传感器5用于检测电堆冷却液出堆温度；电堆冷却液入口温度传感器5与电堆冷却液入口温度传感器3检测到的温度差值，以及电堆冷却液入口温度传感器3检测到的温度值，作为电堆散热器8的风扇转速调节输入；一般地，所述电堆冷却液入口温度传感器5与电堆冷却液入口温度传感器3检测到的温度差值控制在10K以内；
所述电堆4是一个将化学能直接转化为直流电能的发电场所，能够根据负载需求输出电能，同时产生热量；
所述电堆冷却液循环泵6用于控制流经电堆4的燃料电池冷却液流量；
所述电堆冷却液循环三通电磁阀7用于控制电堆冷却液流经电堆散热器8进行散热，或者流经电加热装置9对电堆进行快速加热；
所述电堆散热器8用于将电堆4输出电能时所产生的热量及时与大气进行交换；
所述电加热装置9用于加热电堆冷却液和动力电池冷却液；其结构为双腔，电堆冷却液和动力电池冷却液双流体互不混合，同时要求该加热装置流体腔与上述两种冷却液均具有良好的材料相容性，要求注入纯净水后在不低于25℃条件下静置48h后冷却液电导率≤10μS/cm，优选静置48h后冷却液电导率≤5μS/cm；另外，所述电加热装置9可选用恒电阻型或PTC产品，优选恒电阻型产品；
所述去离子装置10的作用是去除电堆冷却液在循环使用过程中与其接触的管路、双极板等析出的金属离子，降低电堆冷却液电导率；
所述电堆冷却液膨胀壶11的作用是储存电堆冷却液，缓冲进入电堆散热器8冷却液温度，以及去除电堆冷却液循环过程中产生的气体；
所述动力电池冷却液膨胀壶12储存动力电池冷却液，缓冲进入动力电池散热器15冷却液温度，以及去除动力电池冷却液循环过程中产生的气体；
所述动力电池冷却液循环泵13的作用是控制流经动力电池包17的动力电池冷却液流量；
所述动力电池冷却液循环三通电磁阀14的作用在于当动力电池包17在低温环境下需要加热时，动力电池冷却液流经动力电池冷却液循环三通电磁阀14后直接进入动力电池包17，不流经动力电池散热器15，降低动力电池冷却液流阻，减少动力电池冷却液循环泵13工作负荷，同时避免了动力电池冷却液流经动力电池散热器15散热翅片而造成热量损失；
所述动力电池散热器15用于控制动力电池包17在充电或放电过程中动力电池冷却液温度超过散热器15散热风扇启动的最低阈值温度时，控制其散热风扇动作，以保证动力电池冷却液进入动力电池包17的温度所需范围内；
所述动力电池冷却液进口温度传感器16用于检测进入动力电池包17的动力电池冷却液温度；为热管理控制器提供控制输入
所述动力电池包17用于为整车驱动提供高压直流电源，同时为燃料电池***启动时其辅助***（如空压机、空压机控制器、回氢泵等）提供启动电源，以及为低温环境下电加热装置9工作时输出电能；
所述动力电池加热循环三通电磁阀18的作用在于当动力电池包17需要加热时，动力电池冷却液流经动力电池加热循环三通电磁阀18后进入电加热装置9，并通过动力电池冷却液循环泵13进行循环，当动力电池包17不需要加热时，动力电池冷却液流经动力电池加热循环三通电磁阀18后直接进入动力电池冷却液循环泵13进行循环。
其连接方式可参考如下进行：
中冷器1和电堆4的冷却管路出口侧均通过电堆冷却液循环泵6后汇入至电堆冷却液循环三通电磁阀7；在电堆4的出入口管路侧分别安装有电堆冷却液出口温度传感器5以及压力传感器2和电堆冷却液入口温度传感器3；电堆冷却液循环三通电磁阀7的另外两个接口分别接至电堆散热器8和电加热装置9上；在电堆冷却液循环泵6输入至电堆冷却液循环三通电磁阀7的管道上还接有支管，该支管通过去离子装置10后连接到电堆冷却液膨胀壶11上；电堆散热器8的一个出口侧连接至电堆冷却液膨胀壶11上；在电堆冷却液膨胀壶11、电加热装置9和电堆散热器8的出口端还设置有一根并接至至电堆4的入口处的管线，且在该管线上还设置有与中冷器1入口侧相接的支管；
在电加热装置9上还设置有一对出入口接管，该入口接管与动力电池加热循环三通电磁阀18的一个出口相接，而出口接管则接至动力电池加热循环三通电磁阀18输出到与动力电池冷却液循环泵13的管路上；动力电池加热循环三通电磁阀18的入口接至动力电池包17上；动力电池冷却液循环泵13的出口管通过动力电池冷却液循环三通电磁阀14分为两股管路，其中一股经过动力电池散热器15后与另一股相汇连接至动力电池包17的入口处；在动力电池包17的入口管道上还设置有动力电池冷却液进口温度传感器16；在连接动力电池冷却液进口温度传感器16与动力电池包17之间的管道上还设置有用于接入动力电池冷却液膨胀壶12的支管；电池冷却液膨胀壶12的出口接入至动力电池加热循环三通电磁阀18输出到与动力电池冷却液循环泵13的管路上。
实施例2：
本实施例针对一类温差参量（ΔT1=1℃，ΔT2=2℃，ΔT3=10℃，ΔT4=15℃，ΔT5=42℃，ΔT6=48℃）提供了对整套***的操作方法：
对于充电工况，当环境温度Tenvir不高于Tchar_max1，且Ucell_max低于Ucell_1时，或者环境温度Tenvir不高于Tchar_max2Tchar_max2＜Tchar_max1，且Ucell_max不低于Ucell_1时，动力电池管理***向热管理***控制器发送加热请求，电加热装置9开始工作，动力电池加热循环三通电磁阀18接通加热循环回路，动力电池冷却液循环三通电磁阀14接通冷却液直接进入动力电池包17回路；当动力电池冷却液进口温度传感器16检测到的动力电池冷却液温度或动力电池管理***检测到的电池单体平均温度不低于Tchar_max1+1℃，且Ucell_max低于Ucell_1时，或者动力电池冷却液进口温度传感器16检测到的动力电池冷却液温度或动力电池管理***检测到的电池单体平均温度不低于Tchar_max2+2℃，且Ucell_max不低于Ucell_1时，电动力电池管理***向热管理***控制器发送关闭指令，加热装置9关闭，动力电池加热循环三通电磁阀18关闭加热循环回路，直接与动力电池冷却液循环泵13接通。动力电池冷却液循环三通电磁阀14接通冷却液直接进入动力电池包17回路，当动力电池冷却液进口温度传感器16检测到的动力电池冷却液温度或动力电池管理***检测到的电池单体平均温度不低于Tchar_max1+10℃时，动力电池冷却液循环三通电磁阀14逐渐调整开度，当当动力电池冷却液进口温度传感器16检测到的动力电池冷却液温度或动力电池管理***检测到的电池单体平均温度不低于Tchar_max1+15℃时，动力电池冷却液动力电池冷却液循环三通电磁阀14全开接通与动力电池散热器15连接的循环回路，并切断直接与动力电池包17连接的回路；当当动力电池冷却液进口温度传感器16检测到的动力电池冷却液温度或动力电池管理***检测到的电池单体平均温度低于Tchar_max1+10℃时，动力电池冷却液循环三通电磁阀14关闭与动力电池散热器15连接的循环回路；
对于放电工况，当环境温度Tenvir不大于动力电池包17的最低放电温度Tmindisch_on时，动力电池管理***向热管理***控制器发送加热请求，电加热装置9开始工作，动力电池加热循环三通电磁阀18接通加热循环回路，动力电池冷却液循环三通电磁阀14接通冷却液直接进入动力电池包17回路，当动力电池冷却液进口温度传感器16检测到的动力电池冷却液温度或动力电池管理***检测到的电池单体平均温度不低于Tmindisch_off时，动力电池加热循环三通电磁阀18切断动力电池冷却液加热循环回路，接通与动力电池冷却液循环泵13直接连接的循环回路，同时，如果当动力电池冷却液进口温度传感器16检测到的动力电池冷却液温度或动力电池管理***检测到的电池单体平均温度不低于Tmindisch_off+42℃时，动力电池冷却液循环三通电磁阀14根据检测到的温度值，逐渐调整开度，当动力电池冷却液进口温度传感器16检测到的动力电池冷却液温度或动力电池管理***检测到的电池单体平均温度不低于Tmindisch_off+48℃时，动力电池冷却液循环三通电磁阀14全开接通与动力电池散热器15连接的循环回路，并切断直接与动力电池包17连接的回路；当当动力电池冷却液进口温度传感器16检测到的动力电池冷却液温度或动力电池管理***检测到的电池单体平均温度低于Tmindisch_off+42℃时，动力电池冷却液循环三通电磁阀14关闭与动力电池散热器15连接的循环回路；
所述电堆4低温自启动温度为Tfc_min，当燃料电池***控制器收到开机指令，如环境温度Tenvir低于Tmindisch_on，则热管理***优先响应动力电池管理***发送的加热请求，热管理***控制电加热装置9进入工作模式，动力电池按照上述放电工况进行热管理；电堆冷却液循环三通电磁阀7接通与电加热装置9直接连接的循环回路，使燃料电池冷却液快速升温，直至电堆冷却液入口温度传感器3检测到的温度不低于Tfc_min，电堆4低温启动，低温启动成功后逐渐调节电堆冷却液循环三通电磁阀7的开度，部分燃料电池冷却液继续流经电加热装置9进行加热循环，部分流经电堆散热器8；当电堆冷却液出口温度传感器5检测到的温度值达到电堆散热器8散热风扇启动温度阈值时，电堆冷却液循环三通电磁阀7关闭与电加热装置9直接连接的循环回路，同时散热风扇启动，并且散热风扇根据电堆冷却液出口温度传感器5检测到的温度值及电堆冷却液出口温度传感器5与电堆冷却液入口温度传感器3检测温度差值与目标控制差值实时调整转速；
如环境温度Tenvir不低于Tmindisch_off，但低于Tfc_min，则燃料电池***控制器向热管理***控制器发送加热请求，电加热装置9开始工作，同时，动力电池加热循环三通电磁阀18保持与动力电池冷却液循环泵13直接连接的循环回路接通，切断动力电池冷却液加热循环回路，而电堆冷却液循环三通电磁阀7接通与电加热装置9直接连接的循环回路，使燃料电池冷却液快速升温，直至电堆冷却液入口温度传感器3检测到的温度不低于Tfc_min，电堆4低温启动，低温启动成功后逐渐调节电堆冷却液循环三通电磁阀7的开度，部分燃料电池冷却液继续流经电加热装置9进行加热循环，部分流经电堆散热器8；当电堆冷却液出口温度传感器5检测到的温度值达到电堆散热器8散热风扇启动温度阈值时，电堆冷却液循环三通电磁阀7关闭与电加热装置9直接连接的循环回路，同时散热风扇启动，并且散热风扇根据电堆冷却液出口温度传感器5检测到的温度值及电堆冷却液出口温度传感器5与电堆冷却液入口温度传感器3检测温度差值与目标控制差值实时调整转速；
如环境温度Tenvir不低于Tfc_min，则热管理***控制电加热装置9处于关闭状态。
根据实际情况需要，ΔT1~ΔT6的取值可参考以下几组数值：
1、ΔT1=3℃，ΔT2=5℃，ΔT3=14℃，ΔT4=18℃，ΔT5=46℃，ΔT6=52℃。
2、ΔT1=6℃，ΔT2=7℃，ΔT3=17℃，ΔT4=23℃，ΔT5=50℃，ΔT6=56℃。
在具体操作时，可将实施2中的对应温差参量进行替换即可。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种燃料电池汽车热管理***，其特征在于：它包括动力电池热管理***和电堆热管理***；
电堆热管理***包括中冷器（1）、压力传感器（2）、电堆冷却液入口温度传感器（3）、电堆（4）、电堆冷却液出口温度传感器（5）、电堆冷却液循环泵（6）、电堆冷却液循环三通电磁阀（7）、电堆散热器（8）、电加热装置（9）、去离子装置（10）、电堆冷却液膨胀壶（11）；
动力电池热管理***包括动力电池冷却液膨胀壶（12）、动力电池冷却液循环泵（13）、动力电池冷却液循环三通电磁阀（14）、动力电池散热器（15）、动力电池冷却液进口温度传感器（16）、动力电池包（17）、动力电池加热循环三通电磁阀（18）；
所述中冷器（1）用于调控进入燃料电池电堆（4）的压缩空气的温度，其换热介质为电堆冷却液；
所述压力传感器（2）用于检测电堆冷却液进堆压力；
所述电堆冷却液入口温度传感器（3）用于检测电堆冷却液进堆温度；所述电堆冷却液出口温度传感器（5）用于检测电堆冷却液出堆温度；
所述电堆（4）是一个将化学能直接转化为直流电能的发电场所，能够根据负载需求输出电能，同时产生热量；
所述电堆冷却液循环泵（6）用于控制流经电堆（4）的燃料电池冷却液流量；
所述电堆冷却液循环三通电磁阀（7）用于控制电堆冷却液流经电堆散热器（8）进行散热，或者流经电加热装置（9）对电堆进行快速加热；
所述电堆散热器（8）用于将电堆（4）输出电能时所产生的热量及时与大气进行交换；
所述电加热装置（9）用于加热电堆冷却液和动力电池冷却液；
所述去离子装置（10）的作用是去除电堆冷却液在循环使用过程中与其接触的管路、双极板等析出的金属离子，降低电堆冷却液电导率；
所述电堆冷却液膨胀壶（11）的作用是储存电堆冷却液，缓冲进入电堆散热器（8）冷却液温度，以及去除电堆冷却液循环过程中产生的气体；
所述动力电池冷却液膨胀壶（12）储存动力电池冷却液，缓冲进入动力电池散热器（15）冷却液温度，以及去除动力电池冷却液循环过程中产生的气体；
所述动力电池冷却液循环泵（13）的作用是控制流经动力电池包（17）的动力电池冷却液流量；
所述动力电池冷却液循环三通电磁阀（14）的作用在于当动力电池包（17）在低温环境下需要加热时，动力电池冷却液流经动力电池冷却液循环三通电磁阀（14）后直接进入动力电池包（17），不流经动力电池散热器（15）；
所述动力电池散热器（15）用于控制动力电池包（17）在充电或放电过程中动力电池冷却液温度超过散热器（15）散热风扇启动的最低阈值温度时，控制其散热风扇动作，以保证动力电池冷却液进入动力电池包（17）的温度所需范围内；
所述动力电池冷却液进口温度传感器（16）用于检测进入动力电池包（17）的动力电池冷却液温度；
所述动力电池包（17）用于为整车驱动提供高压直流电源，以及为低温环境下电加热装置（9）工作时输出电能；
所述动力电池加热循环三通电磁阀（18）的作用在于当动力电池包（17）需要加热时，动力电池冷却液流经动力电池加热循环三通电磁阀（18）后进入电加热装置（9），并通过动力电池冷却液循环泵（13）进行循环，当动力电池包（17）不需要加热时，动力电池冷却液流经动力电池加热循环三通电磁阀（18）后直接进入动力电池冷却液循环泵（13）进行循环。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池汽车热管理***，其特征在于：还包括控制器，该控制器以中冷器（1）和电堆（4）作为电堆热管理***的管理对象；以压力传感器（2）、电堆冷却液入口温度传感器（3）、电堆冷却液出口温度传感器（5）为电堆热管理***的控制输入；同时又以动力电池包（17）为动力电池热管理***的热管理对象；以动力电池冷却液进口温度传感器（16）为动力电池热管理***的控制输入。
3.根据权利要求1至2任一所述的一种燃料电池汽车热管理***的使用方法，其特征在于：充电工况下，当环境温度Tenvir不高于动力电池的第一最高充电温度Tchar_max1，且动力电池单体最高电压Ucell_max低于动力电池单体电压Ucell_1时；或者环境温度Tenvir不高于动力电池的第二最高充电温度Tchar_max2，Tchar_max2＜Tchar_max1，且Ucell_max不低于Ucell_1时，动力电池管理***向热管理***控制器发送加热请求，电加热装置（9）开始工作，动力电池加热循环三通电磁阀（18）接通加热循环回路，动力电池冷却液循环三通电磁阀（14）接通冷却液直接进入动力电池包（17）回路；当动力电池冷却液进口温度传感器（16）检测到的动力电池冷却液温度或动力电池管理***检测到的电池单体平均温度不低于Tchar_max1+ΔT1，且Ucell_max低于Ucell_1时，或者动力电池冷却液进口温度传感器（16）检测到的动力电池冷却液温度或动力电池管理***检测到的电池单体平均温度不低于Tchar_max2+ΔT2，且Ucell_max不低于Ucell_1时，电动力电池管理***向热管理***控制器发送关闭指令，加热装置（9）关闭，动力电池加热循环三通电磁阀（18）关闭加热循环回路，直接与动力电池冷却液循环泵（13）接通，
动力电池冷却液循环三通电磁阀（14）接通冷却液直接进入动力电池包（17）回路，当动力电池冷却液进口温度传感器（16）检测到的动力电池冷却液温度或动力电池管理***检测到的电池单体平均温度不低于Tchar_max1+ΔT3时，动力电池冷却液循环三通电磁阀（14）逐渐调整开度，当当动力电池冷却液进口温度传感器（16）检测到的动力电池冷却液温度或动力电池管理***检测到的电池单体平均温度不低于Tchar_max1+ΔT4时，动力电池冷却液动力电池冷却液循环三通电磁阀（14）全开接通与动力电池散热器（15）连接的循环回路，并切断直接与动力电池包（17）连接的回路；当当动力电池冷却液进口温度传感器（16）检测到的动力电池冷却液温度或动力电池管理***检测到的电池单体平均温度低于Tchar_max1+ΔT3时，动力电池冷却液循环三通电磁阀（14）关闭与动力电池散热器（15）连接的循环回路；
所述ΔT1为取值范围在1℃～6℃的温差参量，ΔT2为取值范围在2℃～6℃的温差参量，ΔT3为取值范围在10℃～17℃的温差参量，ΔT4为取值范围在15℃～23℃的温差参量。
4.根据权利要求1至2任一所述的一种燃料电池汽车热管理***的使用方法，其特征在于：放电工况下，当环境温度Tenvir不大于动力电池包（17）的最低放电温度Tmindisch_on时，动力电池管理***向热管理***控制器发送加热请求，电加热装置（9）开始工作，动力电池加热循环三通电磁阀（18）接通加热循环回路，动力电池冷却液循环三通电磁阀（14）接通冷却液直接进入动力电池包（17）回路，当动力电池冷却液进口温度传感器（16）检测到的动力电池冷却液温度或动力电池管理***检测到的电池单体平均温度不低于最低加热关闭放电温度Tmindisch_off时，动力电池加热循环三通电磁阀（18）切断动力电池冷却液加热循环回路，接通与动力电池冷却液循环泵（13）直接连接的循环回路，同时，如果当动力电池冷却液进口温度传感器（16）检测到的动力电池冷却液温度或动力电池管理***检测到的电池单体平均温度不低于Tmindisch_off+ΔT5时，动力电池冷却液循环三通电磁阀（14）根据检测到的温度值，逐渐调整开度，当动力电池冷却液进口温度传感器（16）检测到的动力电池冷却液温度或动力电池管理***检测到的电池单体平均温度不低于Tmindisch_off+ΔT6时，动力电池冷却液循环三通电磁阀（14）全开接通与动力电池散热器（15）连接的循环回路，并切断直接与动力电池包（17）连接的回路；当当动力电池冷却液进口温度传感器（16）检测到的动力电池冷却液温度或动力电池管理***检测到的电池单体平均温度低于Tmindisch_off+ΔT5时，动力电池冷却液循环三通电磁阀（14）关闭与动力电池散热器（15）连接的循环回路；
所述ΔT5为取值范围在42℃～50℃的温差参量，ΔT6为取值范围在48℃～56℃的温差参量。
5.根据权利要求1至2任一所述的一种燃料电池汽车热管理***的使用方法，其特征在于：所述电堆（4）低温自启动温度为Tfc_min，当控制器收到开机指令，如环境温度Tenvir低于Tmindisch_on，则热管理***优先响应动力电池管理***发送的加热请求，热管理***控制电加热装置（9）进入工作模式，动力电池按照上述放电工况进行热管理；电堆冷却液循环三通电磁阀（7）接通与电加热装置（9）直接连接的循环回路，使燃料电池冷却液快速升温，直至电堆冷却液入口温度传感器（3）检测到的温度不低于Tfc_min，电堆（4）低温启动，低温启动成功后逐渐调节电堆冷却液循环三通电磁阀（7）的开度，部分燃料电池冷却液继续流经电加热装置（9）进行加热循环，部分流经电堆散热器（8）；当电堆冷却液出口温度传感器（5）检测到的温度值达到电堆散热器（8）散热风扇启动温度阈值时，电堆冷却液循环三通电磁阀（7）关闭与电加热装置（9）直接连接的循环回路，同时散热风扇启动，并且散热风扇根据电堆冷却液出口温度传感器（5）检测到的温度值及电堆冷却液出口温度传感器（5）与电堆冷却液入口温度传感器（3）检测温度差值与目标控制差值实时调整转速。
6.根据权利要求1至2任一所述的一种燃料电池汽车热管理***的使用方法，其特征在于：如环境温度Tenvir不低于Tmindisch_off，但低于Tfc_min，则燃料电池***控制器向热管理***控制器发送加热请求，电加热装置（9）开始工作，同时，动力电池加热循环三通电磁阀（18）保持与动力电池冷却液循环泵（13）直接连接的循环回路接通，切断动力电池冷却液加热循环回路，而电堆冷却液循环三通电磁阀（7）接通与电加热装置（9）直接连接的循环回路，使燃料电池冷却液快速升温，直至电堆冷却液入口温度传感器（3）检测到的温度不低于Tfc_min，电堆（4）低温启动，低温启动成功后逐渐调节电堆冷却液循环三通电磁阀（7）的开度，部分燃料电池冷却液继续流经电加热装置（9）进行加热循环，部分流经电堆散热器（8）；当电堆冷却液出口温度传感器（5）检测到的温度值达到电堆散热器（8）散热风扇启动温度阈值时，电堆冷却液循环三通电磁阀（7）关闭与电加热装置（9）直接连接的循环回路，同时散热风扇启动，并且散热风扇根据电堆冷却液出口温度传感器（5）检测到的温度值及电堆冷却液出口温度传感器（5）与电堆冷却液入口温度传感器（3）检测温度差值与目标控制差值实时调整转速。
7.根据权利要求1至2任一所述的一种燃料电池汽车热管理***的使用方法，其特征在于：如环境温度Tenvir不低于Tfc_min，则热管理***控制电加热装置（9）处于关闭状态。
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