[发明专利]具有低温冷启动功能的燃料电池热管理系统及控制方法

说明书

本申请涉及一种具有低温冷启动功能的燃料电池热管理系统及控制方法，包括小循环回路、氢气加热子系统、空气加热子系统和控制装置，小循环回路的两端连接于燃料电池电堆上，小循环回路用于对燃料电池电堆进行加热，氢气加热子系统连接于氢气气路上，并用于对经氢气气路进入燃料电池电堆的氢气进行加热，空气加热子系统连接于空气气路上，并用于对经空气气路进入燃料电池电堆的空气进行加热，控制装置用于基于冷却液的出堆温度实测值，控制小循环回路、氢气加热子系统和空气加热子系统，在低温冷启动工况下加热。本申请能够解决相关技术中低温冷启动工况下燃料电池电堆启动速率较慢的问题。

技术领域

本申请涉及燃料电池与自动控制领域，特别涉及一种具有低温冷启动功能的燃料电池热管理系统及控制方法。

背景技术

燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。

燃料电池的种类众多，其中有一类称之为质子交换膜燃料电池，这种燃料电池是采用能传导质子的固态高分子薄膜材料作为电解质。而这种由固态高分子薄膜材料制作而成的电解质，其具有高功率-质量比和低工作温度、能量转化效率高、响应迅速，以及零排放等优点，是一种能够应用于固定和移动装置的理想材料，也被视作具备良好发展前景的汽车动力源。

燃料电池系统中的一个重要的子系统便是热管理系统，采用热管理系统，其中一个重要功能是保证燃料电池系统可以在低温环境下快速冷启动。

在一些相关技术方案中，在岐块、回氢泵、吹扫阀等几个零件设置了温度传感器和电加热板，在进行低温冷启动控制时，利用冷却液经过换热器对空气进行加热，但这种方案并未考虑对氢气进行加热，同时，由于只有当冷却液及岐块、回氢泵、吹扫阀等几个零件的温度到达预定温度后，燃料电池才会启动。而上述相关技术方案的冷启动方式，不仅启动速率较慢，而且通常认为，只有当燃料电池电堆的电流达到怠速电流时，燃料电池系统才算进入正常工作状态，才具备对外稳定输出电流的条件，而在达到怠速电流之前产生的电能，实际上是不具备对外稳定输出电流的条件，这部分电能的品质较低，得不到有效利用，如果让燃料电池电堆长时间处于这种状态，那么势必会对燃料电池电堆的寿命造成影响。

发明内容

本申请实施例提供一种具有低温冷启动功能的燃料电池热管理系统及控制方法，以解决相关技术中低温冷启动工况下燃料电池电堆启动速率较慢的问题。

第一方面，提供了一种具有低温冷启动功能的燃料电池热管理系统，其包括：

小循环回路，所述小循环回路的两端连接于燃料电池电堆上，所述小循环回路用于对所述燃料电池电堆进行加热；

氢气加热子系统，所述氢气加热子系统连接于氢气气路上，并用于对经所述氢气气路进入所述燃料电池电堆的氢气进行加热；

空气加热子系统，所述空气加热子系统连接于空气气路上，并用于对经所述空气气路进入所述燃料电池电堆的空气进行加热；

控制装置，其用于基于冷却液的出堆温度实测值，控制所述小循环回路、氢气加热子系统和空气加热子系统，在低温冷启动工况下加热。

一些实施例中，所述小循环回路包括第一管路，所述第一管路上设有加热装置、换热器、水泵和用于测量冷却液的出堆温度实测值的第一温度传感器；

所述氢气气路包括与所述燃料电池电堆连接、并用于向所述燃料电池电堆通入氢气的第二管路，以及设于所述第二管路上、并用于测量氢气的进堆温度实测值的第三温度传感器；

所述氢气加热子系统包括第三管路，所述第三管路通过第一旁通阀将所述换热器并联于所述第二管路上；

所述空气气路包括与所述燃料电池电堆连接、并用于向所述燃料电池电堆通入空气的第四管路，以及设于所述第四管路上的增湿器；