本實(shí)用新型涉及一種燃料電池系統(tǒng)以及燃料電池汽車(chē)，屬于車(chē)載能源技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

加氫脫碳是能源發(fā)展的趨勢(shì)，氫燃料是解決化石燃料日益枯竭的重要途徑。燃料電池汽車(chē)具有加氫時(shí)間短、續(xù)駛里程長(zhǎng)、零排放、高效率等突出優(yōu)點(diǎn)，是汽車(chē)的重要?jiǎng)恿υ础Ｈ剂想姵仄?chē)以氫為燃料，通過(guò)燃料電池系統(tǒng)將氫氣和空氣中的氧氣發(fā)生電化學(xué)能直接釋放為電能。燃料電池技術(shù)目前已經(jīng)在乘用車(chē)、客車(chē)等車(chē)輛上得到應(yīng)用，燃料電池汽車(chē)是理想的新一代交通工具。

燃料電池系統(tǒng)是燃料電池汽車(chē)的核心零部件，燃料電池反應(yīng)氣的增濕和燃料電池反應(yīng)產(chǎn)生水，常壓零度以下，水會(huì)結(jié)冰，體積增大，導(dǎo)致燃料電池內(nèi)部水結(jié)冰處的結(jié)構(gòu)變化，破壞燃料電池電堆的結(jié)構(gòu)，這就引起了燃料電池系統(tǒng)的低溫環(huán)境適應(yīng)性問(wèn)題。在零度以下的低溫，需要克服水結(jié)冰的問(wèn)題，低溫條件下，燃料電池系統(tǒng)性能差，甚至無(wú)法正常工作，需要暖機(jī)升溫。另外，燃料電池工作時(shí)產(chǎn)生大量廢熱，現(xiàn)有技術(shù)中通常采用循環(huán)冷卻介質(zhì)對(duì)燃料電池進(jìn)行散熱，以維持燃料電池工作在適宜的溫度范圍中。但是，燃料電池所產(chǎn)生的熱量不僅增加了大氣中的廢熱排放量，同時(shí)造成了熱量的嚴(yán)重浪費(fèi)。

而燃料電池汽車(chē)中以磷酸鐵鋰動(dòng)力電池為代表的純電動(dòng)產(chǎn)品，因其在零度以下的低溫環(huán)境下不能充電，而且低溫放電性能下降嚴(yán)重，也存在嚴(yán)重的低溫環(huán)境適應(yīng)性問(wèn)題。目前，動(dòng)力電池實(shí)現(xiàn)保溫最常見(jiàn)的方法是通過(guò)在動(dòng)力電池外部增加保溫材料或者PTC電加熱材料，但無(wú)疑增加了動(dòng)力電池的保溫費(fèi)用，消耗了額外的保溫電量，增加了整車(chē)能耗。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種燃料電池系統(tǒng)以及燃料電池汽車(chē)，用于解決燃料電池汽車(chē)中燃料電池在低溫環(huán)境下性能較差以及燃料電池的廢熱排放造成熱能浪費(fèi)的問(wèn)題。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種燃料電池系統(tǒng)，包括以下方案：

系統(tǒng)方案一：該系統(tǒng)包括燃料電池和燃料電池冷卻管路，所述燃料電池冷卻管路上設(shè)有用于在所述燃料電池啟動(dòng)時(shí)為所述燃料電池冷卻管路中的冷卻介質(zhì)加熱的電加熱器，所述電加熱器用于連接動(dòng)力電池以從動(dòng)力電池取電；所述燃料電池冷卻管路還包括一個(gè)用于對(duì)動(dòng)力電池加熱的保溫部分。

系統(tǒng)方案二：在系統(tǒng)方案一的基礎(chǔ)上，所述保溫部分包括一個(gè)保溫散熱器。

系統(tǒng)方案三：在系統(tǒng)方案二的基礎(chǔ)上，所述保溫散熱器設(shè)于動(dòng)力電池內(nèi)部或者圍設(shè)于動(dòng)力電池外部。

系統(tǒng)方案四、五：分別在系統(tǒng)方案二或三的基礎(chǔ)上，所述保溫散熱器并聯(lián)有用于在不對(duì)動(dòng)力電池保溫時(shí)通流的第一旁路。

系統(tǒng)方案六、七：分別在系統(tǒng)方案二或三的基礎(chǔ)上，所述燃料電池冷卻管路中設(shè)有燃料電池散熱器，所述燃料電池散熱器還并聯(lián)有用于在所述燃料電池啟動(dòng)時(shí)通流的第二旁路。

系統(tǒng)方案八、九：分別在系統(tǒng)方案四或五的基礎(chǔ)上，所述第一旁路通過(guò)第一三通閥與所述保溫散熱器相連。

系統(tǒng)方案十、十一：分別在系統(tǒng)方案六或七的基礎(chǔ)上，所述第二旁路通過(guò)第二三通閥與所述燃料電池散熱器相連。

本實(shí)用新型還提供了一種燃料電池汽車(chē)，包括以下方案：

汽車(chē)方案一：該汽車(chē)包括動(dòng)力電池和燃料電池系統(tǒng)，所述燃料電池系統(tǒng)包括燃料電池和燃料電池冷卻管路，所述燃料電池冷卻管路上設(shè)有用于在所述燃料電池啟動(dòng)時(shí)為所述燃料電池冷卻管路中的冷卻介質(zhì)加熱的電加熱器，所述電加熱器與所述動(dòng)力電池連接以從動(dòng)力電池取電；所述燃料電池冷卻管路還包括一個(gè)對(duì)所述動(dòng)力電池加熱的保溫部分。

汽車(chē)方案二：在汽車(chē)方案一的基礎(chǔ)上，所述保溫部分包括一個(gè)保溫散熱器。

汽車(chē)方案三：在汽車(chē)方案二的基礎(chǔ)上，所述保溫散熱器設(shè)于所述動(dòng)力電池內(nèi)部或者圍設(shè)于所述動(dòng)力電池外部。

汽車(chē)方案四、五：分別在汽車(chē)方案二或三的基礎(chǔ)上，所述保溫散熱器并聯(lián)有用于在不對(duì)動(dòng)力電池保溫時(shí)通流的第一旁路。

汽車(chē)方案六、七：分別在汽車(chē)方案二或三的基礎(chǔ)上，所述燃料電池冷卻管路中設(shè)有燃料電池散熱器，所述燃料電池散熱器還并聯(lián)有用于在所述燃料電池啟動(dòng)時(shí)通流的第二旁路。

汽車(chē)方案八、九：分別在汽車(chē)方案四或五的基礎(chǔ)上，所述第一旁路通過(guò)第一三通閥與所述保溫散熱器相連。

汽車(chē)方案十、十一：分別在汽車(chē)方案六或七的基礎(chǔ)上，所述第二旁路通過(guò)第二三通閥與所述燃料電池散熱器相連。

本實(shí)用新型的有益效果是：

將燃料電池散熱和動(dòng)力電池保溫相結(jié)合，用燃料電池系統(tǒng)的廢熱給動(dòng)力電池保溫，用動(dòng)力電池存儲(chǔ)的電能給燃料電池系統(tǒng)暖機(jī)升溫，即在燃料電池啟動(dòng)時(shí)，若燃料電池的溫度較低，采用動(dòng)力電池給燃料電池散熱設(shè)備中的冷卻介質(zhì)加熱以提升燃料電池的啟動(dòng)溫度；燃料電池啟動(dòng)后，若動(dòng)力電池的溫度較低，燃料電池冷卻設(shè)備中的加熱設(shè)備給動(dòng)力電池加熱以維持動(dòng)力電池在設(shè)定的溫度范圍內(nèi)，通過(guò)將動(dòng)力電池和燃料電池相結(jié)合，不僅提高了動(dòng)力電池和燃料電池的工作性能，同時(shí)減少了燃料電池對(duì)大氣的廢熱排放量，提高了能源利用率，實(shí)現(xiàn)了整車(chē)節(jié)能。

附圖說(shuō)明

圖1是燃料電池汽車(chē)的部分組成結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖2是燃料電池低溫啟動(dòng)的流程圖；

圖3是動(dòng)力電池低溫保溫的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖以及具體的實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做詳細(xì)的說(shuō)明。

如圖1所示，該燃料電池汽車(chē)包括燃料電池的燃料電池電堆1、動(dòng)力電池(水冷)2、接觸器3、水箱4、燃料電池散熱器5、水泵6、整車(chē)控制器7、電加熱器8、第二三通閥9、動(dòng)力電池溫度傳感器10、燃料電池溫度傳感器11、動(dòng)力電池BMS 12、保溫部分13、第一三通閥14以及相應(yīng)的燃料電池冷卻管道。其中，水箱4、燃料電池散熱器5、水泵6、保溫部分13以及相應(yīng)的冷卻管道構(gòu)成燃料電池的冷卻管路。燃料電池的冷卻管路中裝有冷卻介質(zhì)，該冷卻介質(zhì)可以是水也可以是其他合適的冷卻劑。另外，在不同的應(yīng)用情況下，燃料電池的冷卻管路還可包括其他部件。

上述燃料電池系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)燃料電池在低溫起動(dòng)時(shí)，通過(guò)動(dòng)力電池2供電，采用電加熱器8給燃料電池冷卻管道中的冷卻介質(zhì)升溫，實(shí)現(xiàn)燃料電池低溫啟動(dòng)；燃料電池正常運(yùn)行后，動(dòng)力電池的溫度較低時(shí)，燃料電池冷卻管路冷卻介質(zhì)入口的高溫冷卻介質(zhì)通過(guò)保溫部分13與給動(dòng)力電池2加熱保溫，提升動(dòng)力電池2的低溫環(huán)境適應(yīng)性。

其中，保溫部分13可以是一段管道，該管道穿過(guò)動(dòng)力電池的內(nèi)部，當(dāng)燃料電池冷卻管路中的高溫冷卻介質(zhì)流經(jīng)該管道時(shí)，通過(guò)該高溫管道給動(dòng)力電池2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(guò)自身散熱片進(jìn)行散熱來(lái)給動(dòng)力電池2保溫。

另外，為了減少熱量損失，降低動(dòng)力電池的電能消耗，實(shí)現(xiàn)燃料電池的快速啟動(dòng)，燃料電池散熱器5通過(guò)第二三通閥9進(jìn)行旁路分流，當(dāng)動(dòng)力電池給燃料電池冷卻管路中的冷卻介質(zhì)進(jìn)行加熱時(shí)，燃料電池冷卻管路中的冷卻介質(zhì)經(jīng)過(guò)三通閥9后，進(jìn)入燃料電池散熱器5的分流旁路，不經(jīng)過(guò)燃料電池散熱器5；燃料電池正常啟動(dòng)后，通過(guò)控制三通閥9使燃料電池冷卻管路中的冷卻介質(zhì)經(jīng)過(guò)三通閥9后，進(jìn)入燃料電池散熱器5，實(shí)現(xiàn)燃料電池的循環(huán)冷卻。

進(jìn)一步的，燃料電池冷卻管道中保溫部分13還設(shè)有用于在不對(duì)動(dòng)力電池保溫時(shí)通流的第一旁路，該旁路通過(guò)三通閥14與保溫部分13相連。當(dāng)動(dòng)力電池2給燃料電池冷卻管路中的冷卻介質(zhì)進(jìn)行加熱時(shí)，燃料電池冷卻管路中的冷卻介質(zhì)經(jīng)過(guò)三通閥14后，進(jìn)入保溫部分13的分流旁路，不經(jīng)過(guò)保溫部分13，以減少熱量損耗；燃料電池啟動(dòng)后，燃料電池冷卻管路中冷卻介質(zhì)經(jīng)過(guò)三通閥14后，進(jìn)入保溫部分13，燃料電池電堆1的高溫冷卻介質(zhì)通過(guò)保溫部分13給動(dòng)力電池加熱保溫，通過(guò)三通閥14控制燃料電池冷卻管路中冷卻介質(zhì)的流量分配，維持動(dòng)力電池2在設(shè)定的溫度范圍內(nèi)。

當(dāng)然，上述的三通閥14可以由兩個(gè)單閥來(lái)替代，其中一個(gè)單閥設(shè)置在保溫部分13所在的支路中，另一個(gè)單閥設(shè)置在保溫部分13的分流旁路中，實(shí)現(xiàn)冷卻介質(zhì)的流量分配。相應(yīng)的，三通閥9也可由兩個(gè)單閥來(lái)替代。

動(dòng)力電池低溫保溫的流程圖如圖2所示，在燃料電池啟動(dòng)時(shí)，燃料電池溫度傳感器11檢測(cè)燃料電池的實(shí)際環(huán)境溫度T1(溫度范圍-30～55℃)，并將檢測(cè)到的溫度T1發(fā)送給整車(chē)控制器7，整車(chē)控制器7對(duì)溫度T1進(jìn)行判斷，若T1不低于零度，整車(chē)控制器7控制燃料電池正常起動(dòng)；若T1低于零度(燃料電池設(shè)定的最低啟動(dòng)溫度)，啟動(dòng)暖機(jī)升溫程序，整車(chē)控制器7通過(guò)動(dòng)力電池(BMS)12獲取動(dòng)力電池2的荷電狀態(tài)(SOC)(SOC范圍為10％～100％)，計(jì)算從T1到0℃燃料電池升溫所需能量Q1，若Q1不小于動(dòng)力電池2的剩余電量Q2，此時(shí)動(dòng)力電池不能啟動(dòng)，需要給動(dòng)力電池充電，進(jìn)行動(dòng)力電池充電報(bào)警；若Q1小于動(dòng)力電池的剩余電量Q2，電量滿(mǎn)足加熱要求，正常啟動(dòng)加熱暖機(jī)策略，即接觸器3閉合，由動(dòng)力電池2起動(dòng)電加熱器8給燃料電池冷卻管路中的冷卻介質(zhì)加熱，燃料電池冷卻管路中的水泵6工作，燃料電池冷卻管路中的冷卻介質(zhì)從燃料電池電堆1的冷卻出口流出，經(jīng)過(guò)保溫部分13的分流旁路、水箱4、三通閥9、燃料電池散熱器5的旁路以及水泵6進(jìn)入燃料電池電堆1的冷卻入口。燃料電池冷卻管路中的冷卻介質(zhì)的溫度持續(xù)上升，當(dāng)冷卻介質(zhì)溫度升到0℃后，正常啟動(dòng)燃料電池，接觸器3斷開(kāi)，電加熱器8停止工作。

動(dòng)力電池低溫保溫的流程圖如圖3所示，當(dāng)車(chē)輛正常運(yùn)行時(shí)，動(dòng)力電池溫度傳感器10檢測(cè)動(dòng)力電池的實(shí)際環(huán)境溫度T2(溫度范圍-30～55℃)，并將檢測(cè)到的溫度T2發(fā)送給整車(chē)控制器7，整車(chē)控制器7對(duì)溫度T2進(jìn)行判斷，若T2不低于零度(動(dòng)力電池設(shè)定的最低溫度)，燃料電池正常運(yùn)行，燃料電池冷卻管路中的保溫部分13無(wú)需給動(dòng)力電池2保溫；若T2低于零度，通過(guò)控制三通閥14，使從燃料電池電堆1的冷卻出口流出的高溫冷卻介質(zhì)流過(guò)保溫部分13給動(dòng)力電池進(jìn)行加熱。另外，還可以根據(jù)動(dòng)力電池的溫度情況，通過(guò)三通閥14控制燃料電池冷卻管路中的冷卻介質(zhì)的流量分配，當(dāng)動(dòng)力電池的溫度比較低時(shí)，可以控制燃料電池冷卻管路中的絕大部分或全部的冷卻介質(zhì)流過(guò)保溫部分13，當(dāng)動(dòng)力電池的溫度相對(duì)較高些時(shí)(仍然低于設(shè)定溫度)，可以控制燃料電池冷卻管路中少量的冷卻介質(zhì)流過(guò)保溫部分13，以維持動(dòng)力電池溫度在設(shè)定的T3(5～30℃)范圍內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池的低溫保溫功能，提高動(dòng)力電池的低溫環(huán)境適應(yīng)性。

當(dāng)然，上述具體給出的溫度數(shù)值或溫度范圍僅是作為一種具體的實(shí)施例，用戶(hù)可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)定。