技术特征：
1.一种高温质子交换膜燃料电池的热管理系统，其特征在于，该热管理系统包括燃料电池堆(1)、加热系统、散热系统和管道控制装置；所述燃料电池堆(1)包括高温质子交换膜燃料电池和平板热管(2)；所述加热系统包括储油箱(3)、循环泵(4)、燃烧式换热器(11)和储气箱(12)；所述散热系统包括换热器(14)和风扇(13)；所述加热系统利用所述燃料电池堆(1)的排气及外界燃料燃烧，结合所述平板热管(2)和导热油，提供给所述燃料电池堆(1)在启动阶段时所需的热量；所述散热系统利用风扇(13)将导热油在所述换热器(14)中降温，结合所述平板热管(2)将所述燃料电池堆(1)在运行阶段产生的热量带至外界，维持电池运行温度；所述管道控制装置通过阀门切换实现对燃料电池堆(1)的加热和散热功能。2.根据权利要求1所述的高温质子交换膜燃料电池的热管理系统，其特征在于，所述的储油箱(3)和循环泵(4)为所述的加热系统和散热系统共用装置。3.根据权利要求2所述的高温质子交换膜燃料电池的热管理系统，其特征在于，所述平板热管(2)的一端与所述储油箱(3)的液体接触，所述平板热管(2)的另一端与所述高温质子交换膜燃料电池接触；所述平板热管(2)的蒸发段与冷凝段根据所述高温质子交换膜燃料电池的运行状态的变化互相转换：当所述高温质子交换膜燃料电池处于启动阶段时，电池温度为环境温度，所述平板热管(2)在储油箱(3)中的一端吸收热油中的热量，该端为蒸发段，所述平板热管(2)的另一端与电池接触，放出热量对电池进行加热，该端为冷凝段；当所述高温质子交换膜燃料电池处于运行阶段及停车阶段时，由于电池放热，需要散热，此时所述平板热管(2)与电池接触的一端需要吸收电池的热量为蒸发段，所述平板热管(2)的另一端与温度低于电池温度的导热油接触，冷凝放热，将热量传递至导热油，该端为冷凝段。4.根据权利要求2所述的高温质子交换膜燃料电池的热管理系统，其特征在于，所述储油箱(3)的出口管路分为a、b两路，a路连接至所述燃烧式换热器(11)的进口，b路连接至所述换热器(14)的进口；所述燃烧式换热器(11)的出口与c路的一端相连，所述换热器(14)的出口与d路的一端相连，所述c路的另一端和所述d路的另一端汇集至所述循环泵(4)的进口；所述循环泵(4)的出口连接至所述储油箱(3)的进口相连；所述储气箱(12)的进口与所述燃料电池堆(1)的排气口相连，所述储气箱(12)的出口通过e路连接至外部燃料进气管道上，所述外部燃料进气管道的出口连接至所述的燃烧式换热器(11)的燃料进口；所述管道控制装置包括a路、b路、c路、d路、e路和外部燃料进气管道及设置在储油箱(3)出口后的a路上的第一阀门(6)和b路上的第二阀门(7)，设置在所述燃烧式换热器(11)出口后的c路上的第三阀门(5)，设置在所述换热器(14)出口后的d路上的第四阀门(8)，设置在所述储气箱(12)出口后的e路上的第五阀门(9)和设置在所述外部燃料进气管道上的第六阀门(10)以及连接管道。5.根据权利要求1至4任一所述的高温质子交换膜燃料电池的热管理系统的控制方法，其特征在于，包括以下情形：1)在燃料电池堆的启动阶段，打开第三阀门(5)、第一阀门(6)、第五阀门(9)或第六阀门(10)，关闭第二阀门(7)和第四阀门(8)；导热油从所述储油箱(3)流出后，经由a路流入所述燃烧式换热器(11)，通过控制第五阀门(9)和第六阀门(10)的开关状态，将外界燃料或所述燃料电池堆的排气通入所述燃烧式换热器(11)进行燃烧，对流经的导热油进行加热；加热后的导热油经过所述循环泵(4)流入所述储油箱(3)对所述平板热管(2)进行加热，由于此时燃料电池温度低，导热油温度高，所述平板热管(2)在所述储油箱(3)的部分为蒸发段，
所述平板热管(2)与所述燃料电池堆(1)中的燃料电池接触部分为冷凝段，利用所述平板热管(2)的高导热系数，导热油的热量可快速的传递至燃料电池，实现燃料电池启动阶段的快速加热，减少启动时间；2)在燃料电池堆的运行阶段，打开第二阀门(7)和第四阀门(8)，关闭第三阀门(5)、第一阀门(6)、第五阀门(9)和第六阀门(10)，导热油从所述储油箱(3)流出后经由b路流入所述换热器(14)，利用所述风扇(13)吹过的冷空气对所述换热器(14)中的导热油进行冷却；冷却后的导热油经过所述循环泵(4)流入所述储油箱(3)，对处于所述储油箱(3)内的所述平板热管(2)的冷凝段进行冷却，将平板热管从燃料电池吸收的热量传递至导热油，维持或降低燃料电池的温度。
技术总结
本发明公开了一种基于平板热管的高温质子交换膜燃料电池的热管理系统，主要包括平板热管、燃烧式换热器、储油箱、循环泵、储气箱、换热器、高温质子交换膜燃料电池堆以及管道控制装置。所述平板热管的蒸发段与冷凝段可根据冷热源温度变化互相调换使用。本发明中，通过多个阀门之间的切换，分别实现高温质子交换膜燃料电池堆在启动阶段所需的加热功能以及在运行阶段所需的散热功能，并合理回收利用了电池堆排气的热量。本发明流程简单，操作容易，合理的回收利用了电池堆的排气，该系统既能实现高温质子交换膜燃料电池在启动阶段的快速启动，又可以在电堆进入正常工作状态后对其进行散热，使维持其合理的运行温度。使维持其合理的运行温度。使维持其合理的运行温度。
技术研发人员：王金山 王世学 朱禹
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2021.07.06
技术公布日：2021/10/23