[發明專利]帶蓄熱加熱功能的燃料電池熱管理系統及控制方法

有效

• 申請號: 201611122980.8
• 申請日: 2016-12-08
• 公開（公告）號: CN106654322B
• 公開（公告）日: 2018-06-19
• 發明（設計）人: 石海民;黃瑞;俞小莉;韓開韋
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01M8/04029
• 分類號: H01M8/04029;H01M8/04298;H01M8/04044
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 鄭海峰

本發明公開了一種帶蓄熱加熱功能的燃料電池熱管理系統及控制方法，包括小循環水路系統、大循環冷卻系統和去離子水循環系統等水循環系統和以控制器ECU為核心的控制系統。小循環水路系統采用蓄熱器實現對燃料電池的低溫加熱功能，相對于傳統的電加熱器技術，具有控制精度更高、更節能高效的優點。同時，本發明采的去離子水循環系統巧妙地將離子交換器設計在大循環水路的除氣管路上面，將系統除氣功能和去離子功能完美的結合起來，有效地避免了現有技術中的高水阻離子交換器對主循環水路的影響。

技術領域

本發明涉及一種燃料電池的熱管理系統及控制方法，更具體地說，本發明涉及一種帶蓄熱加熱功能的燃料電池熱管理系統及控制方法。

背景技術

傳統燃油汽車為石油資源和環境保護帶來了巨大壓力，開發新能源汽車成為世界各國研究的熱點。采用燃料電池為動力源的新能源車，能夠實現零排放，且不受續航里程限制，是未來新能源車的一種發展方向。但燃料電池需要在一定溫度范圍內才具有最佳性能，最佳溫度范圍下限值Tmin一般為60℃，上限值Tmax一般為75℃。因此，設計合理的熱管理系統對于燃料電池的可靠、高效運行尤為重要。

目前燃料電池熱管理系統采用電加熱的方式實現燃料電池的低溫加熱，存在能量利用率低和控制粗糙的問題；此外，離子交換器安裝在循環水路中，存在影響循環水路的水流量以及高溫水可能導致離子交換器失效的問題。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中的不足，提供一種帶蓄熱加熱功能的燃料電池熱管理系統及控制方法。

為解決上述技術問題，本發明通過以下技術方案實現：

帶蓄熱加熱功能的燃料電池熱管理系統及控制方法包括小循環水路系統、大循環冷卻系統、去離子水循環系統和控制系統?？刂葡到y可以為控制器ECU。

所述的小循環水路系統的功能在于燃料電池低溫加熱和對蓄熱器進行蓄熱，包括電子水泵、電磁閥、蓄熱器、電子節溫器、流量計、壓力傳感器、燃料電池、溫度傳感器和硬質水管；冷卻液經電子水泵流出，經三通分成兩部分，一部分經過蓄熱器另一部分經過電磁閥，經電子節溫器匯合后，依次經流量計、壓力傳感器、燃料電池、溫度傳感器后回到電子水泵完成水路循環；當燃料電池出口溫度T小于最佳溫度范圍下限值Tmin時，ECU給出指令，關閉電子節溫器，調節電磁閥使得進入燃料電池的水流量最大、且進口壓力小于燃料電池最高許用壓力，完成對燃料電池進行加熱；當燃料電池出口溫度T大于最佳溫度范圍上限值Tmax且蓄熱器內相變材料單元的溫度低于其相變溫度Ts時，ECU采用相同指令，不同的是流經蓄熱器的高溫冷卻液將熱量傳遞給蓄熱器，完成對蓄熱器的加熱蓄熱功能。

所述的電磁閥的作用在于調節經過蓄熱器和電磁閥所在支路的流量分配，使得進入燃料電池的水流量最大、且進口壓力小于燃料電池最高許用壓力。

所述的蓄熱器是采用交叉流熱交換器的結構，包括蓄熱器進水口、相變材料單元、水側流道、蓄熱器出水口、溫度傳感器。所述的相變材料單元內儲存的相變材料的相變溫度Ts略小于燃料最佳溫度范圍上限值Tmax，如Tmax為75℃時，可選擇CH₃COONa·3H₂O基相變材料，相變溫度Ts在70℃左右。所述的溫度傳感器用于檢測相變材料單元內部溫度，該溫度低于相變材料的相變溫度Ts時，控制器ECU會根據系統運行情況，及時啟動蓄熱程序。