[发明专利]基于液态磁热流的燃料电池冷启动系统及控制方法有效
| 申请号： | 202111108422.7 | 申请日： | 2021-09-22 |
| 公开（公告）号： | CN113921852B | 公开（公告）日： | 2023-10-20 |
| 发明（设计）人： | 季孟波 | 申请（专利权）人： | 中国三峡新能源（集团）股份有限公司 |
| 主分类号： | H01M8/04007 | 分类号： | H01M8/04007;H01M8/04029;H01M8/04223;H01M8/04225;H01M8/04302;H01M8/04701;F25B21/00 |
| 代理公司： | 北京同立钧成知识产权代理有限公司 11205 | 代理人： | 杨泽;刘芳 |
| 地址： | 100053 北京市通州*** | 国省代码： | 北京;11 |
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| 摘要： | |||
| 搜索关键词： | 基于 液态 热流 燃料电池 冷启动 系统 控制 方法 | ||
1.一种基于液态磁热流的燃料电池冷启动系统，其特征是：它包括燃料电池电堆（1）、燃料电池热管理单元（2）和热管理控制器（3）；所述燃料电池热管理单元（2）的冷却回路与燃料电池电堆（1）连通，磁工质回路中的磁热流热交换器（204）串联于冷却回路中，热管理控制器（3）与冷却回路中的第一循环泵（201）、第一散热器（205）、三通电磁阀（207）、第一温度传感器（208）和第二温度传感器（209）电性连接，以及与磁工质回路中的第二循环泵（202）、第二散热器（206）和第三温度传感器（210）电性连接。
2.根据权利要求1所述的基于液态磁热流的燃料电池冷启动系统，其特征是：所述冷却回路中依次串联有永磁体（203）、第一散热器（205）和三通电磁阀（207）。
3.根据权利要求1所述的基于液态磁热流的燃料电池冷启动系统，其特征是：所述磁热流热交换器（204）位于永磁体（203）的磁场空腔内。
4.根据权利要求1所述的基于液态磁热流的燃料电池冷启动系统，其特征是：所述第一散热器（205）一侧与燃料电池电堆（1）连通的支路上设置第一温度传感器（208）；第一散热器（205）另一侧与燃料电池电堆（1）连通的支路与三通电磁阀（207）连通，该支路上依次设置有第一循环泵（201）和第二温度传感器（209）。
5.根据权利要求1所述的基于液态磁热流的燃料电池冷启动系统，其特征是：所述磁热流热交换器（204）包括磁热流热交换器外壳（2041）、保温层（2042）、液态磁质储热管（2043）和冷却液热交换管（2044）；磁热流热交换器外壳（2041）与液态磁质储热管（2043）外壁之间的空间填充绝热材料形成所述的保温层（2042）；液态磁质储热管（2043）内壁与冷却液热交换管（2044）外壁之间的空腔为液态磁质的流动通道；冷却液热交换管（2044）两端的冷却液进口（2046）和冷却液出口（2047）与冷却回路连通。
6.根据权利要求5所述的基于液态磁热流的燃料电池冷启动系统，其特征是：所述液态磁质的流动通道两端的液态磁质进液管（2048）和液态磁质出液管（2049）与磁工质回路连通。
7.根据权利要求1所述的基于液态磁热流的燃料电池冷启动系统，其特征是：所述磁热流热交换器（204）的冷却液热交换管（2044）外壁上连接有平行于轴线的翅片（2045）。
8.根据权利要求7所述的基于液态磁热流的燃料电池冷启动系统，其特征是：所述翅片（2045）呈放射状布设延伸至液态磁质储热管（2043）内壁并与其接触。
9.根据权利要求1所述的基于液态磁热流的燃料电池冷启动系统，其特征是：所述磁热流热交换器（204）的保温层（2042）为真空层，其内部填充的绝热材料为二氧化硅纳米微孔绝热材料。
10.根据权利要求1~9任一项所述的基于液态磁热流的燃料电池冷启动系统的控制方法，其特征是，它包括如下步骤：
S1，当燃料电池在低于0℃的环境下需要冷启动，且热管理控制器（3）监测到燃料电池电堆（1）冷却液温度TF小于第一阈值温度T1时，三通电磁阀（207）导通磁热流热交换器（204）的冷却液进口（2046），第一循环泵（201）、第二循环泵（202）和第二散热器（206）启动；
S1-1，热交换，第二循环泵（202）驱动液态磁质中的磁性粉体进入磁热流热交换器（204）的液态磁质的流动通道，液态磁质中的磁性粉体在永磁体（203）所形成的磁场中开始磁化放热，冷却液热交换管（2044）将磁化热传递给冷却液热交换管（2044）内的冷却液；
S1-2，磁化放热，在第一循环泵（201）的驱动下冷却液流入燃料电池电堆（1）将磁化热传递给电堆，而液态磁质则在流经第二散热器（206）时通过热交换吸收环境中的热量完成退磁后再次进入磁热流热交换器（204）进行磁化放热；
S1-3，供热及控制，重复S1-1和S1-2对燃料电池电堆（1）持续供热使其升温；在此过程中，热管理控制器（3）调整第一循环泵（201）、第二循环泵（202）和第二散热器（206）的转速，控制液态磁质储热管（2043）的液态磁质出液管（2049）处的温度与冷却液进口（2046）处的温度保持一致；
S2，温度监测及控制，实时监测冷却液温度TF与第一阀值温度T1的大小变化；第一阈值温度T1设定为-4℃~0℃之间；
S2-1，当热管理控制器（3）监测到TF＞T1时，关闭第二循环泵（202）和第二散热器（206），燃料电池开始启动，热管理控制器（3）开始实时监测燃料电池电堆（1）冷却液温度TF与第二阈值温度T2的大小；第二阈值温度T2设定为70℃~75℃之间；
S2-2，当热管理控制器（3）监测到TF＞T2时，三通电磁阀（207）导通第一散热器（205），使燃料电池电堆（1）的冷却液流经第一散热器（205）进行散热降温以确保燃料电池处于最佳的工作温度区间。
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