[发明专利]带蓄热加热功能的燃料电池热管理系统及控制方法

摘要

本发明公开了一种带蓄热加热功能的燃料电池热管理系统及控制方法，包括小循环水路系统、大循环冷却系统和去离子水循环系统等水循环系统和以控制器ECU为核心的控制系统。小循环水路系统采用蓄热器实现对燃料电池的低温加热功能，相对于传统的电加热器技术，具有控制精度更高、更节能高效的优点。同时，本发明采的去离子水循环系统巧妙地将离子交换器设计在大循环水路的除气管路上面，将系统除气功能和去离子功能完美的结合起来，有效地避免了现有技术中的高水阻离子交换器对主循环水路的影响。

主权项

1.一种带蓄热加热功能的燃料电池热管理系统的大循环水路系统、小循环水路系统的控制方法，所述的带蓄热加热功能的燃料电池热管理系统包括小循环水路系统、大循环水路系统、去离子水循环系统和控制系统；所述小循环水路系统包括电子水泵（2）、电磁阀（6）、蓄热器（7）、电子节温器（8）、流量计（9）、压力传感器（10）、燃料电池（11）、温度传感器（12）和硬质水管（13）；电磁阀（6）、蓄热器（7）以并联连接的方式设置在电子水泵（2）和电子节温器（8）之间，电子节温器（8）、流量计（9）、压力传感器（10）、燃料电池（11）、温度传感器（12）、电子水泵（2）顺次连接构成回路，回路中部件采用硬质水管（13）连接；所述的大循环水路系统包括电子水泵（2）、多风扇冷却模块（5）、电子节温器（8）、流量计（9）、压力传感器（10）、燃料电池（11）、温度传感器（12）和硬质水管（13）；电子水泵（2）、多风扇冷却模块（5）、电子节温器（8）、流量计（9）、压力传感器（10）、燃料电池（11）、温度传感器（12）顺次连接构成回路，回路中部件采用硬质水管（13）连接；所述的去离子水循环系统包括膨胀水箱（1）、电子水泵（2）、多风扇冷却模块（5）、离子交换器（3）和去离子循环系统用软质水管（4）；多风扇冷却模块（5）和离子交换器（3）间的管路以及离子交换器（3）和膨胀水箱（1）间的管路采用软质水管（4）连接；所述的控制系统分别与流量计（9）、压力传感器（10）、温度传感器（12）和蓄热器（7）的温度传感器（705）、膨胀水箱（1）的液位传感器（102）相连以检测信号；所述的控制系统分别与电子水泵（2）、电子节温器（8）、电磁阀（6）、多风扇冷却模块（5）相连以输出控制指令实现不同工况间的切换；其特征在于：B1：启动电子水泵，使得管路水流量最大、入口压力小于燃料电池（11）最高许用压力；B2：判断燃料电池（11）出口温度是否大于燃料电池（11）最佳温度范围下限值Tmin，不大于则执行B3，大于则执行B4；B3：调节电磁阀（6）的开度大小使得进入燃料电池（11）的水流量最大、且入口压力小于燃料电池（11）最高许用压力，开始对燃料电池（11）加热；加热过程中，控制系统间隔1s执行B2，一旦出口温度大于Tmin，立即停止执行B3，并立即执行B4；B4：启动燃料电池堆（11）；B5：判断燃料电池（11）出口温度T的变化范围：当T≤Tmin时，立即执行B6；当TminTmax时，立即执行B8，其中Tmax为燃料电池（11）最佳温度范围上限值；B6：调节电磁阀（6）的开度大小使得进入燃料电池（11）的水流量最大、且进口压力小于燃料电池（11）最高许用压力，开始对燃料电池（11）加热；加热过程中，控制系统间隔1s执行B5；B7：电磁阀（6）全开，调节电子节温器（8）的大小，以控制冷却液流经电磁阀（6）所在小循环水路系统和大循环水路系统中的水流量分配，进而控制多风扇冷却模块（5）通过自然对流所散出的热量大小；控制系统间隔1s执行B5；B8：判断相变材料温度是否小于Ts；小于Ts时执行B9，不小于时执行B10；Ts是相变材料的相变温度；B9：关闭电子节温器（8），调节电磁阀（6）使得进入燃料电池（11）的水流量最大、且进口压力小于燃料电池（11）最高许用压力，对蓄热器（7）进行蓄热，同时完成对燃料电池（11）的散热功能；在此过程中，控制系统间隔1s执行B5，以判断下一个执行工况；B10：电子节温器（8）全开，使得冷却液全部通过大循环水路系统，并依据出口水温的大小调节电子风扇（502）转速大小，及时带走燃料电池热量；在此过程中，控制系统间隔1s执行B5，以判断下一个执行工况。