本发明涉及燃料电池汽车温度控制领域，特别涉及到一种燃料电池汽车乘客舱与动力电池的双温控制系统及方法。
背景技术：
燃料电池汽车具有节能无污，效率高、噪声低等优点。该类汽车除了以燃料电池作为主动力源，还采用动力电池作为其重要的辅助动力源。该动力电池需要配备温度控制装置，保证其正常的工作温度，不会在夏季高温时过热损坏，也不会在冬季寒冷时因低温而性能下降。另外，汽车热泵系统也需要在夏季制冷，冬季制热，从而调控乘客舱温度，满足乘客舒适性需求。为确保汽车的动力性和舒适性，提高动力电池和热泵系统的运行性能，因此对电池和热泵进行温度控制非常作用。
申请号为cn201310262889.6的发明专利提出了一种混合电动车冷却技术领域的液-液冷却型混合动力汽车用电池冷却系统。包括：电动压缩机、油液分离器、车外循环装置、车内循环装置、液-液换热器、电池冷却装置和控制器局域网，其中：电动压缩机的输出端与车外循环装置的输入端相连，输入端与油液分离器的输出端相连，车外循环装置的输出端、车内循环装置的输入端和液-液换热器的制冷剂入口由第一三通阀相连，车内循环装置的输出端、液-液换热器的制冷剂出口和油液分离器的输入端由第二三通阀相连，电池冷却装置的冷却输入端和冷却输出端分别与液-液换热器的冷却液出口与冷却液入口相连形成回路。
然而，该现有技术存在两方面不足：第一，乘客舱和电池的温度要求不同，该现有技术仅采用单一膨胀阀，无法同时满足两支路不同的蒸发温度要求；第二，由于系统热量传递存在一定延迟，单凭动力电池中的温度调节压缩机、水泵等，易造成误判以及冷却水泵的频繁启停。不利用动力电池及乘客舱的温度控制。
技术实现要素：
本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种燃料电池汽车乘客舱与动力电池的双温控制系统及方法，以解决上述问题。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
一种燃料电池汽车乘客舱与动力电池的双温控制系统，包括电动压缩机、气液分离器、四通换向阀、前舱换热模块、单向阀并联段、制冷剂并联段、动力电池系统、膨胀水箱和水泵，电动压缩机的输出端与四通换向阀的端口a连接；四通换向阀的端口b、前舱换热模块、单向阀并联段、制冷剂并联段和四通换向阀的端口c依次串联；四通换向阀的端口d、气液分离器和电动压缩机的输入端依次串联，用于形成完整的制冷剂回路；所述单向阀并联段包括并联设置的第一单向阀和第二单向阀，制冷剂并联段包括并联设置的第一制冷剂支路和第二制冷剂支路，第一制冷剂支路用于为乘客舱提供冷量或热量，第二制冷剂支路用于为动力电池系统的冷却回路提供冷量或热量，第二制冷剂支路包括电池换热器，电池换热器的冷却液出口与动力电池系统的冷却液入口连接，动力电池系统的冷却液出口、膨胀水箱、水泵与电池换热器的冷却液入口依次串联，用于形成动力电池冷却回路。
进一步的，所述第一制冷剂支路包括依次串联设置的第一电磁阀、第一膨胀阀、乘客舱换热模块和第二电磁阀，所述第二制冷剂支路包括依次串联设置的第三电磁阀、第二膨胀阀、电池换热器和第四电磁阀。
进一步的，所述第一单向阀的通行方向为由前舱换热模块通向制冷剂并联段，第二单向阀的通行方向为由制冷剂并联段通向前舱换热模块。
进一步的，所述电动压缩机为直流电动涡旋压缩机，四通换向阀为h型四通换向阀，电池换热器为制冷剂-冷却液型人字形波纹板换热器。
进一步的，所述前舱换热模块包括安装在汽车前舱的平行流换热器和前舱风机，前舱风机为吸风式高压风机；乘客舱换热模块包括安装在汽车乘客舱的层叠式换热器、乘客舱风机以及设置在层叠式换热器上的温度传感器，乘客舱风机为吹风式风机。
进一步的，所述动力电池系统包括电池箱体、电池冷板以及设于箱体内部的电池组，电池组由若干片单电池组成，各单电池上均布置温度传感器；电池冷板安装在电池组底部，电池冷板内设置有蛇形微通道冷却液流道，温度传感器布置于流道入口处，用于测量冷却液温度。
进一步的，还包括汽车温度控制器atc和控制器局域网can，控制器局域网can用于传递汽车温度控制器atc和电动压缩机、前舱换热模块、第一制冷剂支路、第二制冷剂支路以及水泵之间的指令和信号；汽车温度控制器atc通过控制器局域网can用于实时监测并联动控制电动压缩机、前舱换热模块、第一制冷剂支路、第二制冷剂支路以及水泵。
一种燃料电池汽车乘客舱与动力电池的双温控制系统的控制方法：夏季时，为满足动力电池或乘客舱的降温需求，提供了动力电池单冷模式、乘客舱单冷模式、动力电池与乘客舱双冷模式；冬季时，为满足乘客舱或动力电池的升温需求，提供了动力电池单热模式、乘客舱单热模式、动力电池与乘客舱双热模式。
进一步的，夏季的制冷模式的运行步骤如下：
第一步，检测系统实时温度，判定乘客舱及动力电池的制冷降温需求：
1.检测比较系统实时温度：预设六个温度阈值，分别为第一温度阈值、第二温度阈值、第三温度阈值、第四温度阈值、第五温度阈值和第六温度阈值；其中，第一温度阈值小于第二温度阈值，第三、第四、第五、第六温度阈值依次增大；乘客舱换热器的温度测量值，各单电池的温度测量值及冷却液温度测量值均由can传递给atc，atc将各单电池温度的最大测量值取为电池组温度；atc将乘客舱换热器温度与第一、第二温度阈值进行实时比较，将冷却液温度与第三、第四温度阈值进行实时比较，将电池组温度与第五、第六温度阈值进行实时比较；
2.判定制冷降温需求：
2.1当系统未运行，乘客舱换热器温度大于第二温度阈值时，乘客舱有制冷需求，系统开始运行；
2.2当系统运行，乘客舱换热器温度小于第一温度阈值时，乘客舱无制冷需求，系统停止运行；
2.3当系统未运行，冷却液温度大于第四温度阈值，并且电池组温度大于第六温度阈值时，动力电池有制冷需求，系统开始运行；
2.4当系统运行，冷却液温度小于第三温度阈值，或者电池组温度小于第五温度阈值时，动力电池无制冷需求，系统停止运行；
第二步，选定模式，系统运行：
1.当乘客舱有制冷需求，动力电池无制冷需求，系统进入乘客舱单冷运行模式：atc关闭第三电磁阀、第二膨胀阀、第四电磁阀及水泵，开启电动压缩机、前舱风扇、第一电磁阀、第一膨胀阀、第二电磁阀及乘客舱风扇；电动压缩机输出高温高压制冷剂蒸汽；制冷剂蒸汽经过四通换向阀的端口a、b，流入前舱换热器，冷凝成高压液体；制冷剂液体通过第一单向阀，流入第一制冷剂支路，在乘客舱换热器中吸收空气热量，蒸发成低温低压蒸汽，经过四通换向阀端口c、d及气液分离器，返回电动压缩机输入端；在乘客舱换热器中被冷却的空气，流入乘客舱，降低舱内温度；根据乘客舱换热器温度，atc通过can联动调控电动压缩机转速、第一电磁阀开度、第一膨胀阀开度、第二电磁阀开度、以及前舱风机和乘客舱风机转速；
2.当乘客舱无制冷需求，动力电池有制冷需求，系统进入动力电池单冷运行模式：atc关闭第一电磁阀、第一膨胀阀、第二电磁阀及乘客舱风扇，开启电动压缩机、前舱风扇、第三电磁阀、第二膨胀阀、第四电磁阀及水泵；电动压缩机输出高温高压制冷剂蒸汽；制冷剂蒸汽经四通换向阀的端口a、b，流入前舱换热器，冷凝成高压液体；制冷剂液体通过第一单向阀，流入第二制冷剂支路，在电池换热器中吸收冷却液热量，蒸发成低温低压蒸汽，经过四通换向阀端口c、d及气液分离器，返回电动压缩机输入端；在电池换热器中被冷却的冷却液，流入电池冷板，为电池组冷却降温后，经过膨胀水箱，由水泵送回电池换热器；根据电池组温度和冷却液温度，atc通过can联动调控电动压缩机转速、第三电磁阀开度、第二膨胀阀开度、第四电磁阀开度、以及前舱风机和水泵转速；
3.当乘客舱和动力电池同时有制冷需求，系统进入乘客舱与动力电池双冷模式：atc开启电动压缩机、前舱风扇、第一电磁阀、第一膨胀阀、第二电磁阀、水泵、第三电磁阀、第二膨胀阀、第四电磁阀及乘客舱风扇；电动压缩机输出高温高压制冷剂蒸汽；制冷剂蒸汽经四通换向阀的端口a、b，流入前舱换热器，冷凝成高压液体；制冷剂液体通过第一单向阀后，同时流入第一、第二制冷剂支路，分别在乘客舱换热器和电池换热器中吸热，蒸发成低温低压蒸汽，两支路的蒸汽混合后，经过四通换向阀端口c、d和气液分离器，返回电动压缩机输入端；乘客舱换热器输出的低温空气，为乘客舱冷却降温；电池换热器输出的低温冷却液，流入电池冷板，为电池组冷却降温后，经过膨胀水箱，由水泵送回电池换热器；根据乘客舱换热器温度、电池组温度和冷却液温度，atc通过can调控电动压缩机转速、第一电磁阀开度、第一膨胀阀开度、第二电磁阀开度、第三电磁阀开度、第二膨胀阀开度、第四电磁阀开度、以及前舱风机、乘客舱风机和水泵转速。
进一步的，冬季的制热模式的运行步骤如下：
第一步，检测系统实时温度，判定乘客舱及动力电池的制热升温需求：
1.检测比较系统实时温度：预设六个温度阈值；其中，第一温度阈值小于第二温度阈值，第三、第四、第五、第六温度阈值依次增大；乘客舱换热器的温度测量值，各单电池的温度测量值及冷却液温度测量值均由can传递给atc；atc将各单电池温度的最小测量值取为电池组温度；atc将乘客舱换热器温度与第一、第二温度阈值进行实时比较，将冷却液温度与第三、第四温度阈值进行实时比较，将电池组温度与第五、第六温度阈值进行实时比较；
2.判定制热升温需求：
2.1当系统未运行，乘客舱换热器温度小于第一温度阈值时，乘客舱有制热需求，系统开始运行；
2.2当系统运行，乘客舱换热器温度大于第二温度阈值时，乘客舱无制热需求，系统停止运行；
2.3当系统未运行，冷却液温度小于第三温度阈值，并且电池组温度小于第五温度阈值时，动力电池有制热需求，系统开始运行；
2.4当系统运行，冷却液温度大于第四温度阈值，或者电池组温度大于第六温度阈值时，动力电池无制热需求，系统停止运行；
第二步，选定制热模式，系统运行：
1.当乘客舱有制热需求，动力电池无制热需求，系统进入乘客舱单热运行模式：atc关闭第三电磁阀、第二膨胀阀、第四电磁阀及水泵，开启电动压缩机、前舱风扇、第一电磁阀、第一膨胀阀、第二电磁阀及乘客舱风扇；电动压缩机输出高温高压制冷剂蒸汽；制冷剂蒸汽经四通换向阀的端口a、c，流入第一制冷剂支路，在乘客舱换热器中加热空气，冷凝成高温高压液体，制冷剂液体经第一膨胀阀节流降压、由第二单向阀导入前舱换热器，吸热蒸发成低温低压制冷剂蒸汽后，经过四通换向阀端口b、d和气液分离器，返回电动压缩机输入端；在乘客舱换热器中被加热的空气，流入乘客舱，升高舱内温度；根据乘客舱换热器温度，atc通过can调控电动压缩机转速、第一电磁阀开度、第一膨胀阀开度、第二电磁阀开度、以及前舱风机和乘客舱风机转速；
2.当乘客舱无制热需求，动力电池有制热需求，系统进入动力电池单热运行模式：atc关闭第一电磁阀、第一膨胀阀、第二电磁阀及乘客舱风扇，开启电动压缩机、前舱风扇、第三电磁阀、第二膨胀阀、第四电磁阀及水泵；电动压缩机输出高温高压制冷剂蒸汽；制冷剂蒸汽经四通换向阀的端口a、c，流入第二制冷剂支路，在电池换热器中加热冷却液，冷凝成高温高压液体，制冷剂液体经第二膨胀阀节流降压、由第二单向阀导入前舱换热器，吸热蒸发成低温低压制冷剂蒸汽后，经过四通换向阀端口b、d和气液分离器，返回电动压缩机输入端；在电池换热器中被加热的冷却液，进入电池冷板，为电池组加热升温后，经过膨胀水箱，由水泵送回电池换热器；根据电池组温度和冷却液温度，atc通过can调控电动压缩机转速、第三电磁阀开度、第二膨胀阀开度、第四电磁阀开度、以及前舱风机和水泵转速；
3.当乘客舱和动力电池同时有制热需求，系统进入乘客舱与动力电池双热模式：atc开启电动压缩机、前舱风扇、第一电磁阀、第一膨胀阀、第二电磁阀、乘客舱风扇、第三电磁阀、第二膨胀阀、第四电磁阀及水泵；电动压缩机输出高温高压制冷剂蒸汽；制冷剂蒸汽经四通换向阀的端口a、c，同时流入第一、第二制冷剂支路，分别在电池换热器和乘客舱换热器中放热，冷凝成高温高压液体；两支路的制冷剂液体分别经过第一膨胀阀、第二膨胀阀节流后混合，由第二单向阀导入前舱换热器，吸热蒸发成低温低压制冷剂蒸汽后，经过四通换向阀端口b、d和气液分离器，返回电动压缩机输入端；乘客舱换热器输出高温空气，为乘客舱加热升温；电池换热器输出的高温冷却液，流入电池冷板，为电池组加热升温后，经过膨胀水箱，由水泵送回电池换热器；根据乘客舱换热器温度、电池组温度和冷却液温度，atc通过can调控电动压缩机转速、第一电磁阀开度、第一膨胀阀开度、第二电磁阀开度、第三电磁阀开度、第二膨胀阀开度、第四电磁阀开度、以及乘客舱风机、前舱风机和水泵转速。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明的燃料电池汽车乘客舱与动力电池的双温控制系统，可实现乘客舱稳定与动力电池温度的独立控制，从而分别满足了汽车的动力要求和乘客的舒适性要求。另外，通过同时监测电池组温度和冷却液温度，可避免动力电池冷却回路的热延迟的不良影响，提高电池温度调控的精度。本发明可根据环境，满足乘客舱和动力电池的制冷或制热的需求，使其工作在合理温度范围内。本发明中第一制冷剂支路、第二制冷剂支路以及冷却液回路相对独立，系统性能稳定，方便拆装、检修及重组。
本发明在简化系统的前提下，实现了乘客舱和动力电池温度的独立控制。另外，同时采用电池组温度和电池冷却入口温度作为动力电池调温的参数，避免了热延迟的影响，提高了动力电池的控温精度。
附图说明
图1为本发明所述的燃料电池汽车乘客舱与动力电池的双温控制系统的原理图。
图2为乘客舱单冷运行模式示意图。
图3为动力电池单冷运行模式示意图。
图4为乘客舱与动力电池双冷模式示意图。
图5为乘客舱单热运行模式示意图。
图6为动力电池单热运行模式示意图。
图7为乘客舱与动力电池双热模式示意图。
图8为动力电池组结构示意图。
图9为电池冷板结构示意图。
图10为系统信号传递示意图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
参见图1，本发明所述的一种燃料电池汽车乘客舱与动力电池的双温控制系统，包括：电动压缩机1、四通换向阀2、前舱换热模块、第一单向阀5、第二单向阀6、第一制冷剂支路、第二制冷剂支路、气液分离器16、动力电池系统、膨胀水箱19和水泵20。第一单向阀5与第二单向阀6并联；第一制冷剂支路与第二制冷剂支路并联；电动压缩机1的输出端与四通换向阀2的端口a连接；四通换向阀2端口b、前舱换热模块、单向阀并联段、制冷剂并联段和四通换向阀2的端口c依次串联；四通换向阀2的端口d、气液分离器16和电动压缩机1的输入端依次串联，形成完整的制冷剂回路。电池换热器14的冷却液出口与动力电池系统的冷却液入口连接；动力电池系统的冷却液出口、膨胀水箱19、水泵20与电池换热器14的冷却液入口依次串联，形成动力电池冷却回路。
如图10所示，所述的双温控制系统还包括atc25及can26。
所述的第一单向阀5的通行方向：由前舱换热模块通向制冷剂并联段。
所述的第二单向阀6的通行方向：由制冷剂并联段通向前舱换热模块。
所述的第一制冷剂支路：由第一电磁阀7、第一膨胀阀8、乘客舱换热模块、第二电磁阀11依次串联而成，为乘客舱提供冷量或热量，直接调控乘客舱温度。
所述的第二制冷剂支路：由第三电磁阀12、第二膨胀阀13、电池换热器14、第四电磁阀15依次串联而成，为动力电池冷却回路提供冷量或热量，间接调控动力电池温度。
本实施例中，所述的电动压缩机1为直流电动涡旋压缩机。
所述的四通换向阀2为h型四通换向阀。
所述的前舱换热模块包括：安装在汽车前舱的平行流换热器3，以及前舱风机4。
所述的前舱风机4为吸风式高压风机。
所述的乘客舱换热模块：安装在汽车乘客舱的层叠式换热器9，乘客舱风机10，以及设置在层叠式换热器9上的温度传感器(为使图1简洁易懂，未在图中标出)。
所述的乘客舱风机10为吹风式风机。
所述的电池换热器14，为制冷剂-冷却液型人字形波纹板换热器。
所述的动力电池系统，如图8所示，包括电池箱体23，箱体内部的电池组18和电池冷板17。
所述的电池组18由若干片单电池21组成，各单电池上均布置温度传感器22。
所述的电池冷板17安装在电池组18底部。如图9所示，冷板17内设置了蛇形微通道冷却液流道。流道入口处布置了温度传感器24，测量冷却液温度。
所述的制冷剂为r134a。
所述的冷却液为体积浓度为50％的乙二醇水溶液。
如图10所示，所述的can25用于传递atc26和电动压缩机1、前舱风机4、第一电磁阀7、第一膨胀阀8、乘客舱风机10、第二电磁阀11、第三电磁阀12、第二膨胀阀13、第四电磁阀15及水泵20之间的指令和信号。
所述的atc26通过can25，实时监测并联动控制所述的电动压缩机1、前舱风机4、第一电磁阀7、第一膨胀阀8、乘客舱风机10、第二电磁阀11、第三电磁阀12、第二膨胀阀13、第四电磁阀15及水泵20。
下面结合附图详细说明本发明乘客舱与动力电池双温控制系统的工作方法。
乘客舱与动力电池双温控制系统的工作方法包括：夏季时，为满足动力电池或乘客舱的降温需求，提供了动力电池单冷模式、乘客舱单冷模式、动力电池与乘客舱双冷模式；冬季时，为满足乘客舱或动力电池的升温需求，提供了动力电池单热模式、乘客舱单热模式、动力电池与乘客舱双热模式。
其中，夏季的三种制冷模式的运行步骤如下：
第一步，检测系统实时温度，判定乘客舱及动力电池的制冷降温需求：
1.检测比较系统实时温度：预设六个温度阈值；其中，第一温度阈值小于第二温度阈值，第三、第四、第五、第六温度阈值依次增大。乘客舱换热器3的温度测量值，各单电池21的温度测量值及冷却液温度测量值均由can25传递给atc26。atc26将各单电池21温度的最大测量值取为电池组18温度。atc将乘客舱换热器3温度与第一、第二温度阈值进行实时比较，将冷却液温度与第三、第四温度阈值进行实时比较，将电池组18温度与第五、第六温度阈值进行实时比较。
2.判定制冷降温需求：
2.1当系统未运行，乘客舱换热器3温度大于第二温度阈值时，乘客舱有制冷需求，系统开始运行；
2.2当系统运行，乘客舱换热器3温度小于第一温度阈值时，乘客舱无制冷需求，系统停止运行；
2.3当系统未运行，冷却液温度大于第四温度阈值，并且电池组18温度大于第六温度阈值时，动力电池有制冷需求，系统开始运行；
2.4当系统运行，冷却液温度小于第三温度阈值，或者电池组18温度小于第五温度阈值时，动力电池无制冷需求，系统停止运行；
第二步，选定模式，系统运行：
1.当乘客舱有制冷需求，动力电池无制冷需求，系统进入乘客舱单冷运行模式，如图2所示：atc26关闭第三电磁阀12、第二膨胀阀13、第四电磁阀15及水泵20，开启电动压缩机1、前舱风扇4、第一电磁阀7、第一膨胀阀8、第二电磁阀11及乘客舱风扇10。电动压缩机1输出高温高压制冷剂蒸汽；制冷剂蒸汽经过四通换向阀2的端口a、b，流入前舱换热器3，冷凝成高压液体；制冷剂液体通过第一单向阀5，流入第一制冷剂支路，在乘客舱换热器9中吸收空气热量，蒸发成低温低压蒸汽，经过四通换向阀2端口c、d及气液分离器16，返回电动压缩机1输入端。在乘客舱换热器9中被冷却的空气，流入乘客舱，降低舱内温度。根据乘客舱换热器3温度，atc26通过can25联动调控电动压缩机1转速、第一电磁阀7开度、第一膨胀阀8开度、第二电磁阀11开度、以及前舱风机3和乘客舱风机10转速。
2.当乘客舱无制冷需求，动力电池有制冷需求，系统进入动力电池单冷运行模式，如图3所示：atc26关闭第一电磁阀7、第一膨胀阀8、第二电磁阀11及乘客舱风扇10，开启电动压缩机1、前舱风扇4、第三电磁阀12、第二膨胀阀13、第四电磁阀15及水泵20。电动压缩机1输出高温高压制冷剂蒸汽；制冷剂蒸汽经四通换向阀2的端口a、b，流入前舱换热器3，冷凝成高压液体；制冷剂液体通过第一单向阀5，流入第二制冷剂支路，在电池换热器14中吸收冷却液热量，蒸发成低温低压蒸汽，经过四通换向阀2端口c、d及气液分离器16，返回电动压缩机1输入端。在电池换热器14中被冷却的冷却液，流入电池冷板17，为电池组18冷却降温后，经过膨胀水箱19，由水泵20送回电池换热器14。根据电池组18温度和冷却液温度，atc26通过can25联动调控电动压缩机1转速、第三电磁阀12开度、第二膨胀阀13开度、第四电磁阀15开度、以及前舱风机4和水泵20转速。
3.当乘客舱和动力电池同时有制冷需求，系统进入乘客舱与动力电池双冷模式，如图4所示：atc26开启电动压缩机1、前舱风扇4、第一电磁阀7、第一膨胀阀8、第二电磁阀11、水泵20、第三电磁阀12、第二膨胀阀13、第四电磁阀15及乘客舱风扇10。电动压缩机1输出高温高压制冷剂蒸汽；制冷剂蒸汽经四通换向阀2的端口a、b，流入前舱换热器3，冷凝成高压液体；制冷剂液体通过第一单向阀5后，同时流入第一、第二制冷剂支路，分别在乘客舱换热器9和电池换热器14中吸热，蒸发成低温低压蒸汽，两支路的蒸汽混合后，经过四通换向阀2端口c、d和气液分离器16，返回电动压缩机1输入端。乘客舱换热器3输出的低温空气，为乘客舱冷却降温；电池换热器14输出的低温冷却液，流入电池冷板17，为电池组18冷却降温后，经过膨胀水箱19，由水泵20送回电池换热器14。根据乘客舱换热器3温度、电池组18温度和冷却液温度，atc26通过can25调控电动压缩机1转速、第一电磁阀7开度、第一膨胀阀8开度、第二电磁阀11开度、第三电磁阀12开度、第二膨胀阀13开度、第四电磁阀15开度、以及前舱风机4、乘客舱风机10和水泵20转速。
另外，冬季的三种制热模式的运行步骤如下：
第一步，检测系统实时温度，判定乘客舱及动力电池的制热升温需求：
1.检测比较系统实时温度：预设六个温度阈值；其中，第一温度阈值小于第二温度阈值，第三、第四、第五、第六温度阈值依次增大。乘客舱换热器的温度测量值，各单电池的温度测量值及冷却液温度测量值均由can25传递给atc26。atc26将各单电池21温度的最小测量值取为电池组18温度。atc26将乘客舱换热器3温度与第一、第二温度阈值进行实时比较，将冷却液温度与第三、第四温度阈值进行实时比较，将电池组18温度与第五、第六温度阈值进行实时比较。
2.判定制热升温需求：
2.1当系统未运行，乘客舱换热器3温度小于第一温度阈值时，乘客舱有制热需求，系统开始运行；
2.2当系统运行，乘客舱换热器3温度大于第二温度阈值时，乘客舱无制热需求，系统停止运行；
2.3当系统未运行，冷却液温度小于第三温度阈值，并且电池组18温度小于第五温度阈值时，动力电池有制热需求，系统开始运行；
2.4当系统运行，冷却液温度大于第四温度阈值，或者电池组18温度大于第六温度阈值时，动力电池无制热需求，系统停止运行；
第二步，选定制热模式，系统运行：
1.当乘客舱有制热需求，动力电池无制热需求，系统进入乘客舱单热运行模式，如图5所示：atc26关闭第三电磁阀12、第二膨胀阀13、第四电磁阀15及水泵20，开启电动压缩机1、前舱风扇4、第一电磁阀7、第一膨胀阀8、第二电磁阀11及乘客舱风扇10。电动压缩机1输出高温高压制冷剂蒸汽；制冷剂蒸汽经四通换向阀2的端口a、c，流入第一制冷剂支路，在乘客舱换热器9中加热空气，冷凝成高温高压液体，制冷剂液体经第一膨胀阀8节流降压、由第二单向阀6导入前舱换热器3，吸热蒸发成低温低压制冷剂蒸汽后，经过四通换向阀2端口b、d和气液分离器16，返回电动压缩机1输入端。在乘客舱换热器9中被加热的空气，流入乘客舱，升高舱内温度；根据乘客舱换热器9温度，atc26通过can25调控电动压缩机1转速、第一电磁阀7开度、第一膨胀阀8开度、第二电磁阀11开度、以及前舱风机4和乘客舱风机10转速。
2.当乘客舱无制热需求，动力电池有制热需求，系统进入动力电池单热运行模式，如图6所示：atc26关闭第一电磁阀7、第一膨胀阀8、第二电磁阀11及乘客舱风扇10，开启电动压缩机1、前舱风扇4、第三电磁阀12、第二膨胀阀13、第四电磁阀15及水泵20。电动压缩机1输出高温高压制冷剂蒸汽；制冷剂蒸汽经四通换向阀2的端口a、c，流入第二制冷剂支路，在电池换热器14中加热冷却液，冷凝成高温高压液体，制冷剂液体经第二膨胀阀13节流降压、由第二单向阀6导入前舱换热器3，吸热蒸发成低温低压制冷剂蒸汽后，经过四通换向阀2端口b、d和气液分离器16，返回电动压缩机1输入端。在电池换热器14中被加热的冷却液，进入电池冷板17，为电池组18加热升温后，经过膨胀水箱19，由水泵20送回电池换热器14。根据电池组18温度和冷却液温度，atc26通过can25调控电动压缩机1转速、第三电磁阀12开度、第二膨胀阀13开度、第四电磁阀15开度、以及前舱风机4和水泵20转速。
3.当乘客舱和动力电池同时有制热需求，系统进入乘客舱与动力电池双热模式，如图7所示：atc26开启电动压缩机1、前舱风扇4、第一电磁阀7、第一膨胀阀8、第二电磁阀11、乘客舱风扇10、第三电磁阀12、第二膨胀阀13、第四电磁阀15及水泵20、。电动压缩机1输出高温高压制冷剂蒸汽；制冷剂蒸汽经四通换向阀2的端口a、c，同时流入第一、第二制冷剂支路，分别在电池换热器9和乘客舱换热器14中放热，冷凝成高温高压液体；两支路的制冷剂液体分别经过第一膨胀阀8、第二膨胀阀13节流后混合，由第二单向阀6导入前舱换热器3，吸热蒸发成低温低压制冷剂蒸汽后，经过四通换向阀2端口b、d和气液分离器16，返回电动压缩机1输入端。乘客舱换热器9输出高温空气，为乘客舱加热升温；电池换热器14输出的高温冷却液，流入电池冷板17，为电池组18加热升温后，经过膨胀水箱19，由水泵20送回电池换热器14。根据乘客舱换热器9温度、电池组18温度和冷却液温度，atc26通过can25调控电动压缩机1转速、第一电磁阀7开度、第一膨胀阀8开度、第二电磁阀11开度、第三电磁阀12开度、第二膨胀阀13开度、第四电磁阀15开度、以及乘客舱风机10、前舱风机4和水泵20转速。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
1.一种燃料电池汽车乘客舱与动力电池的双温控制系统，其特征在于：包括电动压缩机、气液分离器、四通换向阀、前舱换热模块、单向阀并联段、制冷剂并联段、动力电池系统、膨胀水箱和水泵，电动压缩机的输出端与四通换向阀的端口a连接；四通换向阀的端口b、前舱换热模块、单向阀并联段、制冷剂并联段和四通换向阀的端口c依次串联；四通换向阀的端口d、气液分离器和电动压缩机的输入端依次串联，用于形成完整的制冷剂回路；所述单向阀并联段包括并联设置的第一单向阀和第二单向阀，制冷剂并联段包括并联设置的第一制冷剂支路和第二制冷剂支路，第一制冷剂支路用于为乘客舱提供冷量或热量，第二制冷剂支路用于为动力电池系统的冷却回路提供冷量或热量，第二制冷剂支路包括电池换热器，电池换热器的冷却液出口与动力电池系统的冷却液入口连接，动力电池系统的冷却液出口、膨胀水箱、水泵与电池换热器的冷却液入口依次串联，用于形成动力电池冷却回路。
2.根据权利要求1所述的燃料电池汽车乘客舱与动力电池的双温控制系统，其特征在于：所述第一制冷剂支路包括依次串联设置的第一电磁阀、第一膨胀阀、乘客舱换热模块和第二电磁阀，所述第二制冷剂支路包括依次串联设置的第三电磁阀、第二膨胀阀、电池换热器和第四电磁阀。
3.根据权利要求1所述的燃料电池汽车乘客舱与动力电池的双温控制系统，其特征在于：所述第一单向阀的通行方向为由前舱换热模块通向制冷剂并联段，第二单向阀的通行方向为由制冷剂并联段通向前舱换热模块。
4.根据权利要求1所述的燃料电池汽车乘客舱与动力电池的双温控制系统，其特征在于：所述电动压缩机为直流电动涡旋压缩机，四通换向阀为h型四通换向阀，电池换热器为制冷剂-冷却液型人字形波纹板换热器。
5.根据权利要求2所述的燃料电池汽车乘客舱与动力电池的双温控制系统，其特征在于：所述前舱换热模块包括安装在汽车前舱的平行流换热器和前舱风机，前舱风机为吸风式高压风机；乘客舱换热模块包括安装在汽车乘客舱的层叠式换热器、乘客舱风机以及设置在层叠式换热器上的温度传感器，乘客舱风机为吹风式风机。
6.根据权利要求1所述的燃料电池汽车乘客舱与动力电池的双温控制系统，其特征在于：所述动力电池系统包括电池箱体、电池冷板以及设于箱体内部的电池组，电池组由若干片单电池组成，各单电池上均布置温度传感器；电池冷板安装在电池组底部，电池冷板内设置有蛇形微通道冷却液流道，温度传感器布置于流道入口处，用于测量冷却液温度。
7.根据权利要求1所述的燃料电池汽车乘客舱与动力电池的双温控制系统，其特征在于：还包括汽车温度控制器atc和控制器局域网can，控制器局域网can用于传递汽车温度控制器atc和电动压缩机、前舱换热模块、第一制冷剂支路、第二制冷剂支路以及水泵之间的指令和信号；汽车温度控制器atc通过控制器局域网can用于实时监测并联动控制电动压缩机、前舱换热模块、第一制冷剂支路、第二制冷剂支路以及水泵。
8.一种如权利要求1所述的燃料电池汽车乘客舱与动力电池的双温控制系统的控制方法，其特征在于：夏季时，为满足动力电池或乘客舱的降温需求，提供了动力电池单冷模式、乘客舱单冷模式、动力电池与乘客舱双冷模式；冬季时，为满足乘客舱或动力电池的升温需求，提供了动力电池单热模式、乘客舱单热模式、动力电池与乘客舱双热模式。
9.根据权利要求8所述的燃料电池汽车乘客舱与动力电池的双温控制系统的控制方法，其特征在于：夏季的制冷模式的运行步骤如下：
第一步，检测系统实时温度，判定乘客舱及动力电池的制冷降温需求：
1.检测比较系统实时温度：预设六个温度阈值，分别为第一温度阈值、第二温度阈值、第三温度阈值、第四温度阈值、第五温度阈值和第六温度阈值；其中，第一温度阈值小于第二温度阈值，第三、第四、第五、第六温度阈值依次增大；乘客舱换热器的温度测量值，各单电池的温度测量值及冷却液温度测量值均由can传递给atc，atc将各单电池温度的最大测量值取为电池组温度；atc将乘客舱换热器温度与第一、第二温度阈值进行实时比较，将冷却液温度与第三、第四温度阈值进行实时比较，将电池组温度与第五、第六温度阈值进行实时比较；
2.判定制冷降温需求：
2.1当系统未运行，乘客舱换热器温度大于第二温度阈值时，乘客舱有制冷需求，系统开始运行；
2.2当系统运行，乘客舱换热器温度小于第一温度阈值时，乘客舱无制冷需求，系统停止运行；
2.3当系统未运行，冷却液温度大于第四温度阈值，并且电池组温度大于第六温度阈值时，动力电池有制冷需求，系统开始运行；
2.4当系统运行，冷却液温度小于第三温度阈值，或者电池组温度小于第五温度阈值时，动力电池无制冷需求，系统停止运行；
第二步，选定模式，系统运行：
1.当乘客舱有制冷需求，动力电池无制冷需求，系统进入乘客舱单冷运行模式：atc关闭第三电磁阀、第二膨胀阀、第四电磁阀及水泵，开启电动压缩机、前舱风扇、第一电磁阀、第一膨胀阀、第二电磁阀及乘客舱风扇；电动压缩机输出高温高压制冷剂蒸汽；制冷剂蒸汽经过四通换向阀的端口a、b，流入前舱换热器，冷凝成高压液体；制冷剂液体通过第一单向阀，流入第一制冷剂支路，在乘客舱换热器中吸收空气热量，蒸发成低温低压蒸汽，经过四通换向阀端口c、d及气液分离器，返回电动压缩机输入端；在乘客舱换热器中被冷却的空气，流入乘客舱，降低舱内温度；根据乘客舱换热器温度，atc通过can联动调控电动压缩机转速、第一电磁阀开度、第一膨胀阀开度、第二电磁阀开度、以及前舱风机和乘客舱风机转速；
2.当乘客舱无制冷需求，动力电池有制冷需求，系统进入动力电池单冷运行模式：atc关闭第一电磁阀、第一膨胀阀、第二电磁阀及乘客舱风扇，开启电动压缩机、前舱风扇、第三电磁阀、第二膨胀阀、第四电磁阀及水泵；电动压缩机输出高温高压制冷剂蒸汽；制冷剂蒸汽经四通换向阀的端口a、b，流入前舱换热器，冷凝成高压液体；制冷剂液体通过第一单向阀，流入第二制冷剂支路，在电池换热器中吸收冷却液热量，蒸发成低温低压蒸汽，经过四通换向阀端口c、d及气液分离器，返回电动压缩机输入端；在电池换热器中被冷却的冷却液，流入电池冷板，为电池组冷却降温后，经过膨胀水箱，由水泵送回电池换热器；根据电池组温度和冷却液温度，atc通过can联动调控电动压缩机转速、第三电磁阀开度、第二膨胀阀开度、第四电磁阀开度、以及前舱风机和水泵转速；
3.当乘客舱和动力电池同时有制冷需求，系统进入乘客舱与动力电池双冷模式：atc开启电动压缩机、前舱风扇、第一电磁阀、第一膨胀阀、第二电磁阀、水泵、第三电磁阀、第二膨胀阀、第四电磁阀及乘客舱风扇；电动压缩机输出高温高压制冷剂蒸汽；制冷剂蒸汽经四通换向阀的端口a、b，流入前舱换热器，冷凝成高压液体；制冷剂液体通过第一单向阀后，同时流入第一、第二制冷剂支路，分别在乘客舱换热器和电池换热器中吸热，蒸发成低温低压蒸汽，两支路的蒸汽混合后，经过四通换向阀端口c、d和气液分离器，返回电动压缩机输入端；乘客舱换热器输出的低温空气，为乘客舱冷却降温；电池换热器输出的低温冷却液，流入电池冷板，为电池组冷却降温后，经过膨胀水箱，由水泵送回电池换热器；根据乘客舱换热器温度、电池组温度和冷却液温度，atc通过can调控电动压缩机转速、第一电磁阀开度、第一膨胀阀开度、第二电磁阀开度、第三电磁阀开度、第二膨胀阀开度、第四电磁阀开度、以及前舱风机、乘客舱风机和水泵转速。
10.根据权利要求1所述的燃料电池汽车乘客舱与动力电池的双温控制系统，其特征在于：冬季的制热模式的运行步骤如下：
第一步，检测系统实时温度，判定乘客舱及动力电池的制热升温需求：
1.检测比较系统实时温度：预设六个温度阈值；其中，第一温度阈值小于第二温度阈值，第三、第四、第五、第六温度阈值依次增大；乘客舱换热器的温度测量值，各单电池的温度测量值及冷却液温度测量值均由can传递给atc；atc将各单电池温度的最小测量值取为电池组温度；atc将乘客舱换热器温度与第一、第二温度阈值进行实时比较，将冷却液温度与第三、第四温度阈值进行实时比较，将电池组温度与第五、第六温度阈值进行实时比较；
2.判定制热升温需求：
2.1当系统未运行，乘客舱换热器温度小于第一温度阈值时，乘客舱有制热需求，系统开始运行；
2.2当系统运行，乘客舱换热器温度大于第二温度阈值时，乘客舱无制热需求，系统停止运行；
2.3当系统未运行，冷却液温度小于第三温度阈值，并且电池组温度小于第五温度阈值时，动力电池有制热需求，系统开始运行；
2.4当系统运行，冷却液温度大于第四温度阈值，或者电池组温度大于第六温度阈值时，动力电池无制热需求，系统停止运行；
第二步，选定制热模式，系统运行：
1.当乘客舱有制热需求，动力电池无制热需求，系统进入乘客舱单热运行模式：atc关闭第三电磁阀、第二膨胀阀、第四电磁阀及水泵，开启电动压缩机、前舱风扇、第一电磁阀、第一膨胀阀、第二电磁阀及乘客舱风扇；电动压缩机输出高温高压制冷剂蒸汽；制冷剂蒸汽经四通换向阀的端口a、c，流入第一制冷剂支路，在乘客舱换热器中加热空气，冷凝成高温高压液体，制冷剂液体经第一膨胀阀节流降压、由第二单向阀导入前舱换热器，吸热蒸发成低温低压制冷剂蒸汽后，经过四通换向阀端口b、d和气液分离器，返回电动压缩机输入端；在乘客舱换热器中被加热的空气，流入乘客舱，升高舱内温度；根据乘客舱换热器温度，atc通过can调控电动压缩机转速、第一电磁阀开度、第一膨胀阀开度、第二电磁阀开度、以及前舱风机和乘客舱风机转速；
2.当乘客舱无制热需求，动力电池有制热需求，系统进入动力电池单热运行模式：atc关闭第一电磁阀、第一膨胀阀、第二电磁阀及乘客舱风扇，开启电动压缩机、前舱风扇、第三电磁阀、第二膨胀阀、第四电磁阀及水泵；电动压缩机输出高温高压制冷剂蒸汽；制冷剂蒸汽经四通换向阀的端口a、c，流入第二制冷剂支路，在电池换热器中加热冷却液，冷凝成高温高压液体，制冷剂液体经第二膨胀阀节流降压、由第二单向阀导入前舱换热器，吸热蒸发成低温低压制冷剂蒸汽后，经过四通换向阀端口b、d和气液分离器，返回电动压缩机输入端；在电池换热器中被加热的冷却液，进入电池冷板，为电池组加热升温后，经过膨胀水箱，由水泵送回电池换热器；根据电池组温度和冷却液温度，atc通过can调控电动压缩机转速、第三电磁阀开度、第二膨胀阀开度、第四电磁阀开度、以及前舱风机和水泵转速；
3.当乘客舱和动力电池同时有制热需求，系统进入乘客舱与动力电池双热模式：atc开启电动压缩机、前舱风扇、第一电磁阀、第一膨胀阀、第二电磁阀、乘客舱风扇、第三电磁阀、第二膨胀阀、第四电磁阀及水泵；电动压缩机输出高温高压制冷剂蒸汽；制冷剂蒸汽经四通换向阀的端口a、c，同时流入第一、第二制冷剂支路，分别在电池换热器和乘客舱换热器中放热，冷凝成高温高压液体；两支路的制冷剂液体分别经过第一膨胀阀、第二膨胀阀节流后混合，由第二单向阀导入前舱换热器，吸热蒸发成低温低压制冷剂蒸汽后，经过四通换向阀端口b、d和气液分离器，返回电动压缩机输入端；乘客舱换热器输出高温空气，为乘客舱加热升温；电池换热器输出的高温冷却液，流入电池冷板，为电池组加热升温后，经过膨胀水箱，由水泵送回电池换热器；根据乘客舱换热器温度、电池组温度和冷却液温度，atc通过can调控电动压缩机转速、第一电磁阀开度、第一膨胀阀开度、第二电磁阀开度、第三电磁阀开度、第二膨胀阀开度、第四电磁阀开度、以及乘客舱风机、前舱风机和水泵转速。
技术总结