[發明專利]一種具備熱能回收的燃料電池熱管理系統及控制方法

有效

• 申請號: 202110702566.9
• 申請日: 2021-06-24
• 公開（公告）號: CN113437330B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 周鴻波;郭志陽;陳建山;劉志洋;胡錢坤
• 申請（專利權）人: 金華氫途科技有限公司
• 主分類號: H01M8/04007
• 分類號: H01M8/04007;H01M8/04014;H01M8/0432;H01M8/04701;H01M8/04746
• 代理公司: 北京志霖恒遠知識產權代理事務所(普通合伙) 11435
• 代理人: 張榮鑫

本發明提出了提供一種具備熱能回收的燃料電池熱管理系統及控制方法，通過增加換熱器和需熱系統，可以在燃料電池系統整體溫度還偏低時，反向利用外部需熱系統進行輔助升溫，減少了啟動預熱功耗；在燃料電池系統進入較高溫度但還未到達適宜工作溫度時，熱管理系統可以主動控制三向閥，優先保證自身溫升，避免熱量通過換熱器被外部需熱系統帶走，保證了燃料電池系統能在較短時間內達到適宜溫度；在燃料電池系統工作在高溫度，且需要散熱時，熱管理系統通過換熱器可以將燃料電池系統多余的廢熱交換給外部需熱系統，同時減輕散熱器工作壓力，減少功耗，增加燃料電池系統的凈輸出。

技術領域

本發明涉及燃料電池系統技術領域，特別涉及一種具備熱能回收的燃料電池熱管理系統及控制方法。

背景技術

燃料電池系統是一種將燃料(還原劑)和氧氣(氧化劑)通過電化學的方式將化學能轉換為電能的裝置，其中氫燃料電池的基本原理2H2+O2→2H2O+電能+熱能。燃料電池在不斷的工作下，其熱能會不斷地積累，引起整個系統溫度上升，此時就需要熱管理系統對燃料電池系統進行熱管理，保證燃料電池能夠在一個適宜的溫度下工作。

現有的技術方案，基本方案為兩個溫度采樣點(T1/T2)，一個水泵，一個散熱器，一個加熱器，一個水箱，一個三向閥，其中溫度采樣點為熱管理控制系統提供了狀態輸入，水泵用于調節冷卻液的流量，加熱器為快速提升熱管理冷卻液溫度，散熱器降低冷卻液溫度，三向閥調節加熱器支路的流量，水箱存儲冷卻液；然而現有技術存在以下不足：燃料電池系統所產生的熱量都通過熱管理系統散發到了外界環境之中，無法對該熱量有效利用。

為了提高燃料電池系統的效率，可以通過降低熱管理工作時的功耗和通過利用燃料電池系統工作所成產生的熱量。本專利主要通過迎風及冷卻液流量控制是去實現降低熱管理功耗，通過換熱方式利用燃料電池系統產生的熱量為其他需要熱量的部件提供熱量，同時通過一系列控制方法保證整個系統的溫度保持穩定。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具備熱能回收的燃料電池熱管理系統及控制方法，通過換熱器與需熱系統換熱方式利用燃料電池系統產生的熱量為其他需要熱量的部件提供熱量，對燃料電池系統熱量進行有效利用。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

本申請公開了一種具備熱能回收的燃料電池熱管理系統的控制方法，包括如下步驟：

S1、控制單元接收預先設定的上限溫度與下限溫度，獲取冷卻液管路出口處的溫度值T1、冷卻液管路的進口處的溫度值T2、換熱器進口處的溫度值T3和換熱器出口處的溫度值T4，計算流經換熱器的換熱功率P1，判斷溫度值T2是否小于下限溫度；

S2、若溫度值T2大于等于下限溫度，則包含如下子步驟：

S21、通過控制單元命令加熱器停止工作，同時控制三向閥關閉連接加熱器的進口閥門，使得第一支路流量為0，再判斷溫度值T2是否大于上限溫度；

S22、若溫度值T2大于上限溫度，通過控制單元增加散熱器的風扇工作轉速進行散熱；

S23、若溫度值T2小于等于上限溫度，通過控制單元降低散熱器的風扇工作轉速進行散熱；

S3、若溫度值T2小于下限溫度，則熱管理系統需要進行輔助升溫工作，具體包含如下子步驟：

S31、通過控制單元命令加熱器工作，同時判斷換熱功率P1是否小于0以及的值是否大于1；

S32、若換熱功率P1小于0或的值大于1，則通過控制單元關閉三向閥的閥門開度，使得第二支路流量為0；

S33、若換熱功率P1大于等于0且的值小于等于1，則通過控制單元控制三向閥的閥門開度，使得第二支路與第一支路的流量比為。

作為優選，所述步驟S1中，控制單元獲取流經換熱器的換熱功率P1的具體操作如下：