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CN110370889B - 一种将燃料电池汽车动力系统废热用于空调采暖的方法 - Google Patents

一种将燃料电池汽车动力系统废热用于空调采暖的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种将燃料电池汽车动力系统废热用于空调采暖的方法，包括燃料电池堆采暖系统、其他部件采暖系统、双系统暖风加热器芯和双系统散热器，所述燃料电池堆采暖系统通过第一循环管道分别与双系统暖风加热器芯和双系统散热器导通连接，所述其他部件采暖系统通过第二循环管道分别与双系统暖风加热器芯和双系统散热器导通连接。本发明中，该将燃料电池汽车动力系统废热用于空调采暖的方法，充分利用燃料电池发动机系统产生的废热进行冬季车厢采暖，避免能源的浪费，并且还充分利用燃料电池动力系统中高压负载在工作中产生的废热进行冬季车厢采暖，进一步减少能源的浪费。

Description

一种将燃料电池汽车动力系统废热用于空调采暖的方法
技术领域
本发明涉及燃料电池汽车采暖技术领域，尤其涉及一种将燃料电池汽车动力系统废热用于空调采暖的方法。
背景技术
目前，对于机动车，特别是新能源汽车(包括电动汽车和燃料电池汽车车)的冬季车箱采暖技术成为汽车制造行业较为关心的一项技术。
在现有的新能源汽车采暖系统中，有的是采用PTC电加热所释放出来的热量进行供暖，由于PTC电阻值较大，因而消耗了大量的电能，这不仅影响汽车的续驶里程，且制热效率较低，小于1；有的是采用一种CO2或HFC-134a热泵循环的电动汽车采暖系统，其取消了传统的热水供暖循环和PTC加热器，但对新能源汽车本身电能损耗所产生的废热并未加以应用，导致制热效率相对较低。对于新能源汽车本身而言，特别是燃料电池汽车，其上的燃料电池发动机系统(包括燃料电堆、超级电容、DCDC转换器等)及一些高压负载(包括电机、电控、空压机、空压机控制器等)上均会产生一定的热能，这一部分的热源并未应用于新能源汽车本身的采暖中，在一定程度上造成能源的浪费。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种将燃料电池汽车动力系统废热用于空调采暖的方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种将燃料电池汽车动力系统废热用于空调采暖的方法，包括燃料电池堆采暖系统、其他部件采暖系统、双系统暖风加热器芯和双系统散热器；
所述燃料电池堆采暖系统通过第一循环管道分别与双系统暖风加热器芯和双系统散热器导通连接；
所述其他部件采暖系统通过第二循环管道分别与双系统暖风加热器芯和双系统散热器导通连接；
所述燃料电池堆采暖系统包括燃料电池堆、第一膨胀水箱、第一水泵、中冷器、PTC加热器2、热水阀2、RH3、RH4、RH5组成；
所述其他部件采暖系统包括电机控制器、电机、超级电容、双向DC/DC、单向DC/DC、空压机及控制器、PTC加热器1、第二水泵、过滤器、第二膨胀水箱、热水阀1、SV1、SV2、SV3、SV4、RH1、RH2组成组成。
优选的，所述第一膨胀水箱、RH5、中冷器、PTC加热器2、第一水泵、RH3、燃料电池堆、RH4、热水阀2沿水流流动方向依次设置在第一循环管道上，所述RH5通过第一支路与双系统散热器出水管连接，所述RH4通过第二支路与双系统散热器进水管连接。
优选的，所述第二膨胀水箱、过滤器、第二水泵、RH1、RH2、PTC加热器1、热水阀1沿水流流动方向依次设置在第二循环管道上。
优选的，所述第二循环管道上位于RH1和RH2之间并联有第三支路、第四支路、第五支路和第六支路。
优选的，所述第三支路上沿水流流动方向依次设置有电磁阀SV1、电机控制器和电机。
优选的，所述第五支路沿水流流动方向依次设置有电磁阀SV3和空压机机控制器。
优选的，所述第六支路上沿水流流动方向依次设置有电磁阀SV4和单向DC/DC。
优选的，所述PTC加热器1通过第七支路与双系统散热器进水管连接，所述与双系统散热器的出水管通第八支路与过滤器导通连接。
优选的，所述双系统暖风加热器芯通过鼓风机连接有进气罩，所述双系统暖风加热器芯与车内设置的出气罩导通连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是:
1、本发明中，该将燃料电池汽车动力系统废热用于空调采暖的方法，充分利用燃料电池发动机系统产生的废热进行冬季车厢采暖，避免能源的浪费，并且还充分利用燃料电池动力系统中高压负载在工作中产生的废热进行冬季车厢采暖，进一步减少能源的浪费。
2、本发明中，该将燃料电池汽车动力系统废热用于空调采暖的方法，由于燃料电池堆与其他动力系统零部件，冷却所需的冷却液不同，整个动力系统的冷却系统分为两部分，为了降低成本，并减少装配空间，本发明采用一种双系统集成式暖风加热器芯来完成燃料电池发动机系统和高压负载中的废热与车厢内部的热交换。
3、本发明中，该将燃料电池汽车动力系统废热用于空调采暖的方法，不但能在完成车厢采暖的同时完成整个燃料电池汽车动力系统的冷却，而且在车辆处于非采暖状态时，此采暖系统可作为整个燃料电池汽车动力系统的冷却系统使用。
附图说明
图1为本发明提出的一种将燃料电池汽车动力系统废热用于空调采暖的方法的系统结构图；
图2为本发明提出的一种将燃料电池汽车动力系统废热用于空调采暖的方法的工作流程图；
图3为本发明提出的一种将燃料电池汽车动力系统废热用于空调采暖的方法的控制原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参照图1，一种将燃料电池汽车动力系统废热用于空调采暖的方法，包括燃料电池堆采暖系统、其他部件采暖系统、双系统暖风加热器芯和双系统散热器，燃料电池堆采暖系统通过第一循环管道分别与双系统暖风加热器芯和双系统散热器导通连接，其他部件采暖系统通过第二循环管道分别与双系统暖风加热器芯和双系统散热器导通连接，燃料电池堆采暖系统包括燃料电池堆、第一膨胀水箱、第一水泵、中冷器、PTC加热器2、热水阀2、RH3、RH4、RH5组成，其他部件采暖系统包括电机控制器、电机、超级电容、双向DC/DC、单向DC/DC、空压机及控制器、PTC加热器1、第二水泵、过滤器、第二膨胀水箱、热水阀1、SV1、SV2、SV3、SV4、RH1、RH2组成组成。
第一膨胀水箱、RH5、中冷器、PTC加热器2、第一水泵、RH3、燃料电池堆、RH4、热水阀2沿水流流动方向依次设置在第一循环管道上，RH5通过第一支路与双系统散热器出水管连接，RH4通过第二支路与双系统散热器进水管连接，第二膨胀水箱、过滤器、第二水泵、RH1、RH2、PTC加热器1、热水阀1沿水流流动方向依次设置在第二循环管道上。
第二循环管道上位于RH1和RH2之间并联有第三支路、第四支路、第五支路和第六支路，第三支路上沿水流流动方向依次设置有电磁阀SV1、电机控制器和电机，第四支路上沿水流流动方向依次设置有电磁阀SV2、超级电容和双向DC/DC，第五支路沿水流流动方向依次设置有电磁阀SV3和空压机机控制器，第六支路上沿水流流动方向依次设置有电磁阀SV4和单向DC/DC，PTC加热器1通过第七支路与双系统散热器进水管连接，与双系统散热器的出水管通第八支路与过滤器导通连接；
双系统暖风加热器芯通过鼓风机连接有进气罩，双系统暖风加热器芯与车内设置的出气罩导通连接。
RH1、RH2、RH3、RH4、RH5均为水温传感器，SV1、SV2、SV3、SV4均为电磁阀。
工作原理：
参照图1-3，当车辆进行冬季采暖时，打开空调面板上的暖风开关，水温传感器RH2、RH4分别检测其他部件采暖系统和燃料电池堆采暖系统内冷却液温度：
(1)若水温传感器RH2、RH4分别检测到的冷却液温度均低于某一设定值时，PTC加热器1工作，同时热水阀2关闭，热水阀1打开并控制冷却液流量，此时仅其他部件采暖系统内的冷却液流进双系统暖风加热器芯，进而通过HVAC总成的暖风模式进行车厢采暖，在供暖的持续进行中，RH2会时刻监测其他部件采暖系统内冷却液温度，其系统内冷却液温度一旦达到或高于某一设定值时，PTC加热器1停止工作，热水阀1继续打开并控制冷却液流量，冷却液继续流进双系统暖风加热器芯；同时，RH4也会时刻监测燃料电池堆采暖系统内冷却液温度，其系统内的冷却液温度一旦达到或高于某一设定值时，热水阀2也打开并控制冷却液流量，燃料电池堆采暖系统内冷却液也流进双系统暖风加热器芯；这时其他部件采暖系统和燃料电池堆采暖系统同时工作，共同通过HVAC总成的暖风模式进行车厢采暖。这种情况存在于车辆刚刚启动的时候，因为车辆如果处于刚刚启动状态，燃料电池发动机系统和高压负载内产生的废热较少，冷却液的温度较低。
(2)若RH2检测到的冷却液温度达到或高于某一设定值，R4检测到的冷却液温度低于某一设定值时，PTC加热器1不工作，同时热水阀2关闭，热水阀1打开并控制冷却液流量，此时仅其他部件采暖系统内的冷却液流进双系统暖风加热器芯，进而通过HVAC总成的暖风模式进行车厢采暖，在供暖的持续进行中，RH2和RH4会时刻监测采暖系统中的冷却液温度，一旦燃料电池堆采暖系统内的冷却液温度达到或高于某一设定值时，热水阀2也打开并控制冷却液流量，燃料电池堆采暖系统内冷却液也流进双系统暖风加热器芯；这时其他部件采暖系统和燃料电池堆采暖系统同时工作，共同通过HVAC总成的暖风模式进行车厢采暖。
(3)若RH4检测到的冷却液温度达到或高于某一设定值，R2检测到的冷却液温度低于某一设定值时，PTC加热器1不工作，同时热水阀1关闭，热水阀2打开并控制冷却液流量，此时仅燃料电池堆采暖系统内的冷却液流进双系统暖风加热器芯，进而通过HVAC总成的暖风模式进行车厢采暖。在供暖的持续进行中，RH2和RH4会时刻监测采暖系统中的冷却液温度，一旦其他部件采暖系统中冷却液温度达到或高于某一设定值时，热水阀1打开并控制冷却液流量，这时其他部件采暖系统内冷却液也流进双系统暖风加热器芯；这时其他部件采暖系统和燃料电池堆采暖系统同时工作，共同通过HVAC总成的暖风模式进行车厢采暖。
(4)若RH2、RH4分别检测到的冷却液温度均高于某一设定值时，PTC加热器1不工作，同时热水阀1、热水阀2打开并控制冷却液流量，这时其他部件采暖系统和燃料电池堆采暖系统同时工作，共同通过HVAC总成的暖风模式进行车厢采暖。
当车辆不进行采暖时，PTC加热器1不工作、热水阀1和热水阀2均关闭，其他部件采暖系统和燃料电池堆采暖系统内冷却液均直接通过双系统散热器进行散热，在车辆运行过程中，不管车辆是否采暖，冷却液均会流经双系统散热器进行散热，进而完成整个燃料电池动力系统的冷却。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种将燃料电池汽车动力系统废热用于空调采暖的方法，其特征在于，包括燃料电池堆采暖系统、其他部件采暖系统、双系统暖风加热器芯和双系统散热器；
所述燃料电池堆采暖系统通过第一循环管道分别与双系统暖风加热器芯和双系统散热器导通连接；
所述其他部件采暖系统通过第二循环管道分别与双系统暖风加热器芯和双系统散热器导通连接；
所述燃料电池堆采暖系统由燃料电池堆、第一膨胀水箱、第一水泵、中冷器、PTC加热器2、热水阀2、水温传感器RH3、水温传感器RH4、水温传感器RH5组成；
所述其他部件采暖系统由电机控制器、电机、超级电容、双向DC/DC、单向DC/DC、空压机及控制器、PTC加热器1、第二水泵、过滤器、第二膨胀水箱、热水阀1、电磁阀SV1、电磁阀SV2、电磁阀SV3、电磁阀SV4、水温传感器RH1、水温传感器RH2组成；
所述水温传感器RH2实时检测所述其他部件采暖系统内的冷却液温度，所述水温传感器RH4实时检测所述燃料电池堆采暖系统内的冷却液温度；其中：
若所述水温传感器RH2、所述水温传感器RH4检测到的冷却液温度均低于设定值时，所述PTC加热器1工作，同时关闭所述热水阀2，打开所述热水阀1并控制冷却液流量，仅其他部件采暖系统内的冷却液流进所述双系统暖风加热器芯，进而通过HVAC总成的暖风模式进行车厢采暖；
若所述水温传感器RH2、所述水温传感器RH4检测到的冷却液温度均达到或高于设定值，所述PTC加热器1停止工作，同时打开所述热水阀1、所述热水阀2并控制对应的冷却液流量，其他部件采暖系统和燃料电池堆采暖系统同时工作，共同通过HVAC总成的暖风模式进行车厢采暖；
若所述水温传感器RH2检测到的所述其他部件采暖系统内的冷却液温度达到或高于设定值，且所述水温传感器RH4检测到的所述燃料电池堆采暖系统内的冷却液温度低于设定值，所述PTC加热器1停止工作，同时关闭所述热水阀2，打开所述热水阀1并控制冷却液流量，仅其他部件采暖系统内的冷却液流进所述双系统暖风加热器芯，进而通过HVAC总成的暖风模式进行车厢采暖；
若所述水温传感器RH2检测到的所述其他部件采暖系统内的冷却液温度低于设定值，且所述水温传感器RH4检测到的所述燃料电池堆采暖系统内的冷却液温度达到或高于设定值，所述PTC加热器1停止工作，同时关闭所述热水阀1，打开所述热水阀2并控制冷却液流量，仅燃料电池堆采暖系统内的冷却液流进双系统暖风加热器芯，进而通过HVAC总成的暖风模式进行车厢采暖。
2.根据权利要求1所述的一种将燃料电池汽车动力系统废热用于空调采暖的方法，其特征在于，所述第一膨胀水箱、水温传感器RH5、中冷器、PTC加热器2、第一水泵、水温传感器RH3、燃料电池堆、水温传感器RH4、热水阀2沿水流流动方向依次设置在第一循环管道上，所述水温传感器RH5通过第一支路与双系统散热器出水管连接，所述水温传感器RH4通过第二支路与双系统散热器进水管连接。
3.根据权利要求1所述的一种将燃料电池汽车动力系统废热用于空调采暖的方法，其特征在于，所述第二膨胀水箱、过滤器、第二水泵、水温传感器RH1、水温传感器RH2、PTC加热器1、热水阀1沿水流流动方向依次设置在第二循环管道上。
4.根据权利要求1所述的一种将燃料电池汽车动力系统废热用于空调采暖的方法，其特征在于，所述第二循环管道上位于水温传感器RH1和水温传感器RH2之间并联有第三支路、第四支路、第五支路和第六支路。
5.根据权利要求4所述的一种将燃料电池汽车动力系统废热用于空调采暖的方法，其特征在于，所述第三支路上沿水流流动方向依次设置有电磁阀SV1、电机控制器和电机。
6.根据权利要求4所述的一种将燃料电池汽车动力系统废热用于空调采暖的方法，其特征在于，所述第四支路上沿水流流动方向依次设置有电磁阀SV2、超级电容和双向DC/DC。
7.根据权利要求4所述的一种将燃料电池汽车动力系统废热用于空调采暖的方法，其特征在于，所述第五支路沿水流流动方向依次设置有电磁阀SV3和空压机机控制器。
8.根据权利要求4所述的一种将燃料电池汽车动力系统废热用于空调采暖的方法，其特征在于，所述第六支路上沿水流流动方向依次设置有电磁阀SV4和单向DC/DC。
9.根据权利要求4所述的一种将燃料电池汽车动力系统废热用于空调采暖的方法，其特征在于，所述PTC加热器1通过第七支路与双系统散热器进水管连接，所述双系统散热器的出水管通过第八支路与过滤器导通连接。
10.根据权利要求4所述的一种将燃料电池汽车动力系统废热用于空调采暖的方法，其特征在于，所述双系统暖风加热器芯通过鼓风机连接有进气罩，所述双系统暖风加热器芯与车内设置的出气罩导通连接。
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Patentee after: Grove Hydrogen Energy Technology Group Co.,Ltd.

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Patentee before: WUHAN LUOGEFU HYDROGEN ENERGY AUTOMOBILE Co.,Ltd.

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Denomination of invention: A method of using waste heat from fuel cell vehicle power system for air conditioning and heating

Granted publication date: 20201127

Pledgee: Jinan Luneng Kaiyuan Group Co.,Ltd.

Pledgor: Grove Hydrogen Energy Technology Group Co.,Ltd.

Registration number: Y2024980009137