[发明专利]一种具备热能回收的燃料电池热管理系统及控制方法

说明书

本发明提出了提供一种具备热能回收的燃料电池热管理系统及控制方法，通过增加换热器和需热系统，可以在燃料电池系统整体温度还偏低时，反向利用外部需热系统进行辅助升温，减少了启动预热功耗；在燃料电池系统进入较高温度但还未到达适宜工作温度时，热管理系统可以主动控制三向阀，优先保证自身温升，避免热量通过换热器被外部需热系统带走，保证了燃料电池系统能在较短时间内达到适宜温度；在燃料电池系统工作在高温度，且需要散热时，热管理系统通过换热器可以将燃料电池系统多余的废热交换给外部需热系统，同时减轻散热器工作压力，减少功耗，增加燃料电池系统的净输出。

技术领域

本发明涉及燃料电池系统技术领域，特别涉及一种具备热能回收的燃料电池热管理系统及控制方法。

背景技术

燃料电池系统是一种将燃料(还原剂)和氧气(氧化剂)通过电化学的方式将化学能转换为电能的装置，其中氢燃料电池的基本原理2H2+O2→2H2O+电能+热能。燃料电池在不断的工作下，其热能会不断地积累，引起整个系统温度上升，此时就需要热管理系统对燃料电池系统进行热管理，保证燃料电池能够在一个适宜的温度下工作。

现有的技术方案，基本方案为两个温度采样点(T1/T2)，一个水泵，一个散热器，一个加热器，一个水箱，一个三向阀，其中温度采样点为热管理控制系统提供了状态输入，水泵用于调节冷却液的流量，加热器为快速提升热管理冷却液温度，散热器降低冷却液温度，三向阀调节加热器支路的流量，水箱存储冷却液；然而现有技术存在以下不足：燃料电池系统所产生的热量都通过热管理系统散发到了外界环境之中，无法对该热量有效利用。

为了提高燃料电池系统的效率，可以通过降低热管理工作时的功耗和通过利用燃料电池系统工作所成产生的热量。本专利主要通过迎风及冷却液流量控制是去实现降低热管理功耗，通过换热方式利用燃料电池系统产生的热量为其他需要热量的部件提供热量，同时通过一系列控制方法保证整个系统的温度保持稳定。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具备热能回收的燃料电池热管理系统及控制方法，通过换热器与需热系统换热方式利用燃料电池系统产生的热量为其他需要热量的部件提供热量，对燃料电池系统热量进行有效利用。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本申请公开了一种具备热能回收的燃料电池热管理系统的控制方法，包括如下步骤：

S1、控制单元接收预先设定的上限温度与下限温度，获取冷却液管路出口处的温度值T1、冷却液管路的进口处的温度值T2、换热器进口处的温度值T3和换热器出口处的温度值T4，计算流经换热器的换热功率P1，判断温度值T2是否小于下限温度；

S2、若温度值T2大于等于下限温度，则包含如下子步骤：

S21、通过控制单元命令加热器停止工作，同时控制三向阀关闭连接加热器的进口阀门，使得第一支路流量为0，再判断温度值T2是否大于上限温度；

S22、若温度值T2大于上限温度，通过控制单元增加散热器的风扇工作转速进行散热；

S23、若温度值T2小于等于上限温度，通过控制单元降低散热器的风扇工作转速进行散热；

S3、若温度值T2小于下限温度，则热管理系统需要进行辅助升温工作，具体包含如下子步骤：

S31、通过控制单元命令加热器工作，同时判断换热功率P1是否小于0以及的值是否大于1；

S32、若换热功率P1小于0或的值大于1，则通过控制单元关闭三向阀的阀门开度，使得第二支路流量为0；

S33、若换热功率P1大于等于0且的值小于等于1，则通过控制单元控制三向阀的阀门开度，使得第二支路与第一支路的流量比为。

作为优选，所述步骤S1中，控制单元获取流经换热器的换热功率P1的具体操作如下：