[发明专利]一种换热量可调节的燃料电池热管理系统及控制方法

说明书

本发明提出了一种具备热能回收的燃料电池热管理系统及控制方法，通过换热器与蓄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；增加第三三向阀，热管理系统能够实时主动地调节换热器的换热量，保证了自身温度的稳定性，设计了在温度值T2大于等于下限温度的同时，判断换热器的换热功率P1是否大于燃料电池模块的产热功率P2的方案，保证了换热器换热量不会大于燃料电池系统产生的废热量，同时也保证了热管理能够快速进入燃料电池系统需求的下限温度，使得燃料电池系统能够更快地进入合适的工作温度。

技术领域

本发明涉及燃料电池系统技术领域，特别涉及一种换热量可调节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：1、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；2、燃料电池系统在冷机升温状态下或进入适宜温度后但还未能产出较多废热的情况，热管理系统冷却液流经散热器时就产生了一定的散热，严重情况下迎风下的散热器会给热管理系统产生过多的降温，造成更加不可控的散热量，导致燃料电池系统整体温度难以上升；3、采用换热方式时，热管理系统由于只在结构上通过换热器与外部需热系统在进行热量交换，但是无法控制也无法得知外部需热系统的需热量，就可能造成由于外部需热系统自身温度过低，通过换热系统换走了大量的热量，导致热管理系统的温度快速下降，引起燃料电池系统工作不稳定。

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换热量可调节的燃料电池热管理系统及控制方法，通过换热器与蓄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；通过迎风下的散热器冷却液流量控制是去实现降低热管理功耗并保持燃料电池系统温度的稳定；热管理系统自动控制所允许换热量的大小，减少利用散热器进行散热，减少功耗，同时也保持燃料电池系统有稳定的冷却液温度。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本申请公开了一种换热量可调节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和燃料电池模块的产热功率P2，判断换热器的换热功率P1是否大于燃料电池模块的产热功率P2且温度值T2是否大于下限温度；

S2、若换热器的换热功率P1大于燃料电池模块的产热功率P2且温度值T2大于下限温度，则控制第三三向阀减小流经换热器的流量；

S3、若换热器的换热功率P1小于等于燃料电池模块的产热功率P2或温度值T2小于等于下限温度，则控制第三三向阀增大流经换热器的流量；

S4、判断温度值T2是否小于等于下限温度；