本發明涉及混合動力機車，特別是涉及一種氫燃料混合動力機車的熱管理系統。

背景技術：

1、在全球氣候變化與生態安全風險持續累積的當下，推動綠色低碳發展和能源結構優化已成為重要議題。全球鐵路行業正在進入新能源替代的關鍵階段，氫能作為一種二次能源，具有來源多樣、零碳排放和高能量密度的特點，使其成為機車能源轉型的重要突破口。氫燃料混合動力機車能夠在不依賴大規模電氣化基礎設施的前提下實現清潔替代，既保障了鐵路運輸的連續性，又提高了能源使用的安全性與靈活性，在短途接駁運輸和高負荷啟停作業環境下，展現出巨大的應用前景。

2、氫燃料混合動力機車通過燃料電池與動力電池的協同供能，實現了清潔能源驅動與能量再生利用。然而，由于整車功率需求較大，系統在運行過程中會產生顯著的熱負荷，熱管理成為影響整車性能、安全性與能效的關鍵環節。目前的氫燃料混合動力機車熱管理系統多沿用傳統內燃或電力機車的分布式設計思路。燃料電池電堆、動力電池、電機及電驅系統等高發熱部件通常獨立配置冷卻回路，將熱量散至環境；而司機室供暖及空調系統則通過獨立的加熱與制冷回路實現溫控。此種結構在系統構型上表現為多熱源隔離、回路獨立運行。

3、在實際運行中，這種結構未能實現電池產熱的有效回收與再分配，導致冬季司機室仍需額外消耗電能進行加熱，造成能源的二次浪費；此外各子系統獨立運行導致冷卻功率需求疊加，冷卻泵與風扇長期高負荷運行，不僅增加電能消耗，還加速了部件的老化。無法兼顧動力效率、部件壽命與乘員舒適性。

技術實現思路

1、本發明的目的是提供一種氫燃料混合動力機車的熱管理系統，旨在解決或改善上述技術問題中的至少之一。

2、為實現上述目的，本發明提供了如下方案：本發明提供一種氫燃料混合動力機車的熱管理系統，包括：

3、燃料電池熱管理系統，用于管理燃料電池的溫度，其包括并聯設置的燃料電池冷卻液室外散熱回路和燃料電池冷卻液換熱回路；

4、動力電池熱管理系統，用于管理動力電池的溫度，其包括并聯設置的動力電池冷卻液室外散熱回路和動力電池冷卻液換熱回路；

5、中間換熱裝置，包括板式換熱器，所述板式換熱器的一側流道與所述燃料電池冷卻液換熱回路和/或所述動力電池冷卻液換熱回路連通，以進行熱交換；

6、司機室熱管理系統，包括制冷劑循環回路，所述制冷劑循環回路內設置有壓縮機、室內換熱器和室外換熱器，并能切換為熱泵制熱模式或空調制冷模式；所述制冷劑循環回路能夠選擇性地流經所述板式換熱器的另一側流道，以吸收來自所述燃料電池和/或所述動力電池的廢熱；

7、電機熱管理系統，包括散熱風扇、用于驅動的電機、為所述電機散熱的散熱風道及設置于所述散熱風道上的可控風門，所述風門能夠將所述電機散熱后的熱空氣選擇性地導向司機室或室外。

8、可選的，所述中間換熱裝置還包括第四三通閥，其入口與所述板式換熱器的冷卻液出口連接，其兩個出口分別連通至所述燃料電池冷卻液換熱回路和所述動力電池冷卻液換熱回路。

9、可選的，所述燃料電池熱管理系統還包括燃料電池冷卻液加熱回路，所述燃料電池冷卻液加熱回路上設有第一ptc加熱器，并通過第一三通閥與所述燃料電池冷卻液室外散熱回路并聯，用于在低溫啟動時為所述燃料電池預熱。

10、可選的，所述司機室熱管理系統還包括設置于所述室內換熱器空氣流通路徑上的第二ptc加熱器，用于在極低溫環境下或除濕工況下對空氣進行輔助加熱。

11、可選的，所述動力電池熱管理系統與所述燃料電池熱管理系統通過第一四通閥實現冷卻液回路的串聯，使得在低溫工況下，所述燃料電池產生的熱量能夠為動力電池加熱。

12、可選的，所述制冷劑循環回路中設有第七三通閥，用于調節流經所述板式換熱器的制冷劑流量，從而調節余熱回收量與通過所述室外換熱器吸熱量的比例。

13、可選的，所述燃料電池冷卻液室外散熱回路和所述動力電池冷卻液室外散熱回路上分別設有第一散熱器和第二散熱器。

14、可選的，所述燃料電池熱管理系統還包括第二三通閥，所述第二三通閥的進液口與所述第一三通閥的一個出液口連接，所述第二三通閥的兩個出液口分別與所述燃料電池冷卻液室外散熱回路和所述燃料電池冷卻液換熱回路連接。

15、可選的，所述燃料電池冷卻液換熱回路與所述第一四通閥之間設置有第一單向閥。

16、可選的，所述動力電池、所述第二散熱器與所述燃料電池冷卻液換熱回路之間設置有第三三通閥。

17、本發明公開了以下技術效果：本發明通過一個板式換熱器耦合燃料電池與動力電池的冷卻回路，使得司機室空調的制冷劑能在此集中吸收兩者的廢熱，作為基礎熱源；同時，在牽引電機的強制風冷出口增設可控風道，通過風門將電機散熱產生的熱空氣直接引入司機室，作為補充熱源。各子系統回路保持獨立，主要采用簡單的閥體進行通斷控制，結構簡潔可靠。在具體工作過程中，低溫啟動時，可優先利用已工作的燃料電池余熱為動力電池預熱，確保其快速進入最佳工作狀態。司機室采暖則遵循余熱優先、電輔后備的原則：系統智能調配來自板式換熱器的空調熱量與電機風道的直送暖風，僅在極端寒冷、余熱總量不足時，才啟動ptc加熱器進行輔助，從而最大限度地節約高品位電能。該集成方案通過多源廢熱的梯級與直接利用，顯著降低了整車輔助能耗，提升了氫燃料機車的續航能力與經濟性，同時多套熱源冗余增強了系統的低溫適應性與運行可靠性，有效保障了機車的出勤率與司乘人員的舒適體驗。

1.一種氫燃料混合動力機車的熱管理系統，其特征在于，包括：

2.根據權利要求1所述的一種氫燃料混合動力機車的熱管理系統，其特征在于，所述中間換熱裝置（300）還包括第四三通閥（302），其入口與所述板式換熱器（301）的冷卻液出口連接，其兩個出口分別連通至所述燃料電池冷卻液換熱回路（1003）和所述動力電池冷卻液換熱回路（2002）。

3.根據權利要求1所述的一種氫燃料混合動力機車的熱管理系統，其特征在于，所述燃料電池熱管理系統（100）還包括燃料電池冷卻液加熱回路（1002），所述燃料電池冷卻液加熱回路（1002）上設有第一ptc加熱器（103），并通過第一三通閥（105）與所述燃料電池冷卻液室外散熱回路（1001）并聯，用于在低溫啟動時為所述燃料電池（101）預熱。

4.根據權利要求1所述的一種氫燃料混合動力機車的熱管理系統，其特征在于，所述司機室熱管理系統（400）還包括設置于所述室內換熱器（417）空氣流通路徑上的第二ptc加熱器（418），用于在極低溫環境下或除濕工況下對空氣進行輔助加熱。

5.根據權利要求1所述的一種氫燃料混合動力機車的熱管理系統，其特征在于，所述動力電池熱管理系統（200）與所述燃料電池熱管理系統（100）通過第一四通閥（206）實現冷卻液回路的串聯，使得在低溫工況下，所述燃料電池（101）產生的熱量能夠為動力電池（201）加熱。

6.根據權利要求1所述的一種氫燃料混合動力機車的熱管理系統，其特征在于，所述制冷劑循環回路（4001）中設有第七三通閥（410），用于調節流經所述板式換熱器（301）的制冷劑流量，從而調節余熱回收量與通過所述室外換熱器（404）吸熱量的比例。

7.根據權利要求1所述的一種氫燃料混合動力機車的熱管理系統，其特征在于，所述燃料電池冷卻液室外散熱回路（1001）和所述動力電池冷卻液室外散熱回路（2001）上分別設有第一散熱器（104）和第二散熱器（204）。

8.根據權利要求3所述的一種氫燃料混合動力機車的熱管理系統，其特征在于，所述燃料電池熱管理系統（100）還包括第二三通閥（106），所述第二三通閥（106）的進液口與所述第一三通閥（105）的一個出液口連接，所述第二三通閥（106）的兩個出液口分別與所述燃料電池冷卻液室外散熱回路（1001）和所述燃料電池冷卻液換熱回路（1003）連接。

9.根據權利要求5所述的一種氫燃料混合動力機車的熱管理系統，其特征在于，所述燃料電池冷卻液換熱回路（1003）與所述第一四通閥（206）之間設置有第一單向閥（107）。

10.根據權利要求7所述的一種氫燃料混合動力機車的熱管理系統，其特征在于，所述動力電池（201）、所述第二散熱器（204）與所述燃料電池冷卻液換熱回路（1003）之間設置有第三三通閥（205）。