燃料电池商用车的整车冷却系统
阅读说明：本技术 燃料电池商用车的整车冷却系统 (Vehicle cooling system for fuel cell commercial vehicle ) 是由 潘泽霖 王亚娟 薛建帅 邱鹏程 魏泽鑫 王宏志 于小峰 赵文畅 郜亮 于涛衡 王 于 2020-12-07 设计创作，主要内容包括：本发明属于燃料电池汽车技术领域,公开了一种燃料电池商用车的整车冷却系统,包括集中布置在机舱前端的燃料电池发动机冷却子系统和驱动电机冷却子系统,其中：燃料电池发动机冷却子系统包括左散热器、右散热器、左电动风扇、右电动风扇、第一电动水泵、PTC加热器、调温器和燃料电池发动机,驱动电机冷却子系统包括串联连接的中间电机散热器、第二电动水泵、电机控制器及DCDC控制器和驱动电机以及设置在中间电机散热器一侧的电机冷却风扇。本系统用两套独立的冷却子系统分别对燃料电池商用车的燃料电池发动机和动力电机、电机控制器及DCDC进行热管理；两套子系统独立控制,集中布置在机舱前端,更节能。(The invention belongs to the technical field of fuel cell automobiles, and discloses a whole vehicle cooling system of a fuel cell commercial vehicle, which comprises a fuel cell engine cooling subsystem and a driving motor cooling subsystem which are intensively arranged at the front end of a cabin, wherein: the fuel cell engine cooling subsystem comprises a left radiator, a right radiator, a left electric fan, a right electric fan, a first electric water pump, a PTC heater, a temperature regulator and a fuel cell engine, and the driving motor cooling subsystem comprises a middle motor radiator, a second electric water pump, a motor controller, a DCDC controller, a driving motor and a motor cooling fan, wherein the middle motor radiator, the second electric water pump, the motor controller, the DCDC controller and the driving motor are connected in series, and the motor cooling fan is arranged on one side of the middle motor radiator. The system uses two sets of independent cooling subsystems to respectively carry out heat management on a fuel cell engine and a power motor of a fuel cell commercial vehicle, a motor controller and DCDC; the two sets of subsystems are independently controlled and are arranged at the front end of the engine room in a centralized manner, so that more energy is saved.)
技术领域
本发明涉及燃料电池汽车技术领域，尤其涉及一种燃料电池商用车的整车冷却系统。
背景技术
燃料电池电动汽车是指动力系统主要由燃料电池堆、储能箱(氢瓶)、电机、动力蓄电池及控制系统等组成。燃料电池的能量是通过氢气和氧气的化学作用变成电能，其能量转换效率可高达60％-70％。燃料电池的化学反应过程不会产生有害物质，因此燃料电池车辆是无污染汽车，燃料电池的能量转换率比内燃机要高2-3倍，因此从能源的利用和环境保护方面，燃料电池车是未来新能源车发展的趋势之一。
燃料电池发动机的理论效率很高，但实际由于燃料电池工作时极化现象的产生及电池内阻影响，燃料电池的实际效率在50％左右。也就是说燃料电池发动机通过冷却系统散出的热量几乎与对外输出功率相等。而且由于质子交换膜对温度的敏感性很高，因此燃料电池对冷却系统提出了很高的要求。
燃料电池发动机自身的运行温度在60℃-70℃之间，实际散热系统工作温度大致可以控制在60℃，必须依赖整车动力系统提供额外的冷却，因此热平衡问题是热管理开发方面的难题。
燃料电池商用车主要分为三种工况：1)纯电模式、2)燃料电池、动力电池混合模式、3)减速、制动模式。其中，纯电模式在启动、怠速及小负荷工况下，燃料电池汽车以纯电动动力运行，燃料电池发动机不参与驱动，不需要冷却，电机运行输出动能，控制器运行，电机及控制器需要进行冷却。混合模式匀速、大负荷、加速、爬坡运行时，燃料电池发动机与电机都有动力输出，燃料电池发动机、电机及控制器均需要冷却。
但是，现有的燃料电池商用车并没有针对上述三种工况设计整车冷却方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种燃料电池商用车的整车冷却系统，以解决现有的燃料电池商用车并没有针对上述三种工况设计整车冷却方案的问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种燃料电池商用车的整车冷却系统，包括集中布置在机舱前端的燃料电池发动机冷却子系统和驱动电机冷却子系统，其中：
所述燃料电池发动机冷却子系统包括左散热器、右散热器、左电动风扇、右电动风扇、电动水泵、PTC加热器、调温器和燃料电池发动机，所述调温器、所述燃料电池发动机、所述电动水泵依次串联，所述左散热器和所述右散热器的入口端并联连接所述电动水泵，所述左散热器和所述右散热器的出口端并联连接所述调温器，所述左电动风扇设置在所述左散热器的一侧，所述右电动风扇设置在所述右散热器的一侧，所述电动水泵的出水端和所述调温器之间设有所述PTC加热器；和
所述驱动电机冷却子系统包括串联连接的中间电机散热器、电动水泵、电机控制器及DCDC控制器和驱动电机以及设置在所述中间电机散热器一侧的电机冷却风扇。
作为优选，所述燃料电池发动机的冷却液入口温度为Tf，所述燃料电池发动机的运行温度适宜冷却液温度为Tf1～Tf2；
当Tf＜Tf1时，所述左散热器和所述右散热器关闭，所述电动水泵、所述PTC加热器、所述调温器和所述燃料电池发动机连通形成回路，其中，所述PTC加热器开启加热。
作为优选，当Tf1＜Tf＜Tf2时，所述左散热器和所述右散热器关闭，所述冷却液流经电动水泵、所述PTC加热器、所述调温器和所述燃料电池发动机连通形成回路，其中，所述PTC加热器关闭加热。
作为优选，当Tf＞Tf2时，所述左散热器、所述右散热器、所述电动水泵、所述调温器和所述燃料电池发动机连通形成回路，且所述左电动风扇和所述右电动风扇均开启。
作为优选，所述燃料电池发动机冷却子系统还包括去离子膨胀箱，所述去离子膨胀箱设置在所述电动水泵的入口端。
作为优选，所述燃料电池发动机冷却子系统还包括杂质过滤器，所述杂质过滤器设置在所述调温器和所述燃料电池发动机之间。
作为优选，所述燃料电池商用车设有电机，所述电机的温度设为Te，所述电机控制器及DCDC控制器的温度设为Tc；
当Te＞Te0或者Tc＞Tc0时，所述电动水泵启动，所述中间电机散热器、所述电动水泵、所述电机控制器及DCDC控制器和所述驱动电机(连通形成回路，其中Te0、Tc0分别为需要所述电动水泵启动时的所述电机的温度和所述电机控制器及DCDC控制器的温度。
作为优选，当Te1＜Te＜Te2或Tc1＜Tc＜Tc2时，所述电机冷却风扇启动以强制对流换热，所述电机冷却风扇可无极调速，其中Te1、Tc1分别为需要所述电动风扇启动时的所述电机的温度和所述电机控制器及DCDC控制器的温度，Te2、Tc2分别为需要所述电动风扇全速运转时的所述电机控制器及DCDC控制器温度。
作为优选，当Te≥Te2或Tc≥Tc2时，所述电机冷却风扇全速运行。
作为优选，所述驱动电机冷却子系统还包括膨胀箱，所述膨胀箱连通至所述中间电机散热器和所述电动水泵之间。
本发明的有益效果：燃料电池商用车的整车冷却系统用两套独立的冷却子系统分别对燃料电池商用车的燃料电池发动机和动力电机、电机控制器及DCDC进行热管理；两套子系统独立控制，集中布置在机舱前端，各子系统按需控制更节能，模型及控制原理清晰，结构简单紧凑，运行可靠。
附图说明
图1是本发明燃料电池商用车的整车冷却系统的示意图；
图2是本发明实施例中当Tf＜Tf1时，燃料电池发动机冷却子系统的实际工作示意图；
图3是本发明实施例中当Tf＞Tf2时，燃料电池发动机冷却子系统的实际工作示意图；
图4是本发明实施例中驱动电机冷却子系统的示意图。
图中：
1-燃料电池发动机冷却子系统；11-左散热器；12-右散热器；13-左电动风扇；14-右电动风扇；15-第一电动水泵；16-PTC加热器；17-去离子膨胀箱；18-调温器；19-杂质过滤器；20-燃料电池发动机；
2-驱动电机冷却子系统；21-中间电机散热器；22-电机冷却风扇；23-第二电动水泵；24-膨胀箱；25-电机控制器及DCDC控制器；26-驱动电机。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。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。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
本发明提供一种燃料电池商用车的整车冷却系统。如图1所示，燃料电池商用车的整车冷却系统包括集中布置在机舱前端的燃料电池发动机冷却子系统1和驱动电机冷却子系统2。两套子系统独立控制，集中布置在机舱前端，各子系统按需控制更节能，模型及控制原理清晰，结构简单紧凑。
燃料电池发动机冷却子系统1包括左散热器11、右散热器12、左电动风扇13、右电动风扇14、第一电动水泵15、PTC加热器16、调温器18和燃料电池发动机20，调温器18、燃料电池发动机20和第一电动水泵15依次串联，左散热器11和右散热器12的入口端并联连接第一电动水泵15，左散热器11和右散热器12的出口端并联连接调温器18，左电动风扇13设置在左散热器11的一侧，右电动风扇14设置在右散热器12的一侧，第一电动水泵15和调温器18之间设有PTC加热器16。
需要说明的是，调温器18可选用三通电磁阀进行替换。
燃料电池发动机20的冷却液入口温度定义为Tf，燃料电池发动机20的运行温度适宜冷却液温度为Tf1～Tf2。在本实施例中，Tf1设置为55℃，Tf2设置为65℃。
当Tf＜55℃时，例如Tf此时温度为20℃，燃料电池发动机冷却子系统1的实际工作示意图如图2所示，左散热器11和右散热器12关闭，冷却液流经第一电动水泵15、PTC加热器16、调温器18和燃料电池发动机20形成回路，其中，PTC加热器16开启加热，进而使燃料电池发动机冷却子系统1的温度提升，并且左散热器11和右散热器12关闭后，燃料电池发动机冷却子系统1的行程较短，升温效率高。
如图2所示，燃料电池发动机冷却子系统1还包括去离子膨胀箱17，去离子膨胀箱17设置在第一电动水泵15的入口端。需要说明的是，去离子膨胀箱17除具备普通膨胀箱作用外，去离子膨胀箱17内置了去离子器，用于去除冷却液中的导电离子，将冷却液的电导率控制在要求值以下。本实施例中，去离子膨胀箱17的去离子器以多孔立体结构的树脂为吸附剂。
进一步，燃料电池发动机冷却子系统1还包括杂质过滤器19，杂质过滤器19设置在调温器18和燃料电池发动机20之间。
当55℃＜Tf＜65℃时，例如Tf此时温度为60℃，燃料电池发动机冷却子系统1的实际工作示意图如图2所示，左散热器11和右散热器12关闭，冷却液流经第一电动水泵15、PTC加热器16、调温器18和燃料电池发动机20连通形成回路，其中，PTC加热器16关闭加热。
当Tf＞65℃时，例如Tf此时温度为66℃，燃料电池发动机冷却子系统1的实际工作示意图如图3所示，左散热器11、右散热器12、第一电动水泵15、调温器18和燃料电池发动机20连通形成回路，且左电动风扇13和右电动风扇14均开启。
燃料电池商用车设有电机，电机的温度设为Te，电机控制器及DCDC控制器25的温度设为Tc。驱动电机冷却子系统2的示意图如图4所示。
当Te＞35℃或者Tc＞35℃时，第二电动水泵23启动，中间电机散热器21、第二电动水泵23、电机控制器及DCDC控制器25和驱动电机26连通形成回路，其中35℃为需要第二电动水泵23启动时的电机的温度和电机控制器及DCDC控制器25的温度。需要说明的是，需要第二电动水泵23启动时的电机的温度和电机控制器及DCDC控制器25的温度可以为其他温度，例如32℃、36℃等。
当45℃＜Te＜65℃或45℃＜Tc＜65℃时，电机冷却风扇22启动以强制对流换热，电机冷却风扇22可无极调速，其中45℃为需要电机冷却风扇22启动时的电机的温度和电机控制器及DCDC控制器25的温度，65℃为需要电机冷却风扇22全速运转时的电机控制器及DCDC控制器25温度。即，当Te＞65℃时，电机冷却风扇22全速运转。
电机冷却风扇22、第二电动水泵23根据Te和Tc的设定值协同工作，保证驱动电机冷却子系统2的温度在合理范围内。
驱动电机冷却子系统2还包括膨胀箱24，膨胀箱24连通至中间电机散热器21和第二电动水泵23之间。膨胀箱24的作用是保证冷却系统内充满冷却液，使得系统内冷却液在受热膨胀时有释放的空间，在冷却收缩时有补偿容量。
本发明提供的燃料电池商用车的整车冷却系统用两套独立的冷却子系统分别对燃料电池商用车的燃料电池发动机20和动力电机、电机控制器及DCDC进行热管理；两套子系统独立控制，集中布置在机舱前端，各子系统按需控制更节能，模型及控制原理清晰，结构简单紧凑，运行可靠。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
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