[發明專利]一種換熱量可調節的燃料電池熱管理系統及控制方法

有效

• 申請號: 202110702627.1
• 申請日: 2021-06-24
• 公開（公告）號: CN113437331B
• 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;H01M8/04225;H01M8/04302;H01M8/0432
• 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，通過換熱器與蓄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；增加第三三向閥，熱管理系統能夠實時主動地調節換熱器的換熱量，保證了自身溫度的穩定性，設計了在溫度值T2大于等于下限溫度的同時，判斷換熱器的換熱功率P1是否大于燃料電池模塊的產熱功率P2的方案，保證了換熱器換熱量不會大于燃料電池系統產生的廢熱量，同時也保證了熱管理能夠快速進入燃料電池系統需求的下限溫度，使得燃料電池系統能夠更快地進入合適的工作溫度。

技術領域

本發明涉及燃料電池系統技術領域，特別涉及一種換熱量可調節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：1、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；2、燃料電池系統在冷機升溫狀態下或進入適宜溫度后但還未能產出較多廢熱的情況，熱管理系統冷卻液流經散熱器時就產生了一定的散熱，嚴重情況下迎風下的散熱器會給熱管理系統產生過多的降溫，造成更加不可控的散熱量，導致燃料電池系統整體溫度難以上升；3、采用換熱方式時，熱管理系統由于只在結構上通過換熱器與外部需熱系統在進行熱量交換，但是無法控制也無法得知外部需熱系統的需熱量，就可能造成由于外部需熱系統自身溫度過低，通過換熱系統換走了大量的熱量，導致熱管理系統的溫度快速下降，引起燃料電池系統工作不穩定。

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換熱量可調節的燃料電池熱管理系統及控制方法，通過換熱器與蓄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；通過迎風下的散熱器冷卻液流量控制是去實現降低熱管理功耗并保持燃料電池系統溫度的穩定；熱管理系統自動控制所允許換熱量的大小，減少利用散熱器進行散熱，減少功耗，同時也保持燃料電池系統有穩定的冷卻液溫度。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

本申請公開了一種換熱量可調節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和燃料電池模塊的產熱功率P2，判斷換熱器的換熱功率P1是否大于燃料電池模塊的產熱功率P2且溫度值T2是否大于下限溫度；

S2、若換熱器的換熱功率P1大于燃料電池模塊的產熱功率P2且溫度值T2大于下限溫度，則控制第三三向閥減小流經換熱器的流量；

S3、若換熱器的換熱功率P1小于等于燃料電池模塊的產熱功率P2或溫度值T2小于等于下限溫度，則控制第三三向閥增大流經換熱器的流量；

S4、判斷溫度值T2是否小于等于下限溫度；