燃料电池的热管理系统、热管理方法、燃料电池及车辆与流程

本发明涉及燃料电池的，尤其涉及一种燃料电池的热管理系统、热管理方法、燃料电池及车辆。

背景技术：

1、质子交换膜燃料电池(英文名为proton exchange membrane fuel cell，简称pemfc)是一种常见的燃料电池类型，广泛应用于交通工具、便携设备和住宅等领域。作为氢能利用的重要形式之一，质子交换膜燃料电池具有高效率、零排放、低噪声的特点，对推动绿色低碳化转型升级具有重要意义。

2、pemfc的发电效率一般在50％-60％，在工作过程中伴随大量的热量产生，电池工作温度是决定pemfc输出性能的重要影响因素。温度分布对电堆内气体的压力、湿度、质子交换膜的含水量、催化剂的活性、化学反应速率、电堆的输出性能和寿命都有着十分重要的影响。由于燃料电池热管理系统自身存在时滞特性，并且燃料电池系统的运行工况(启动、加速、减速和停机等工况)和运行条件比较复杂，因此热管理系统控制的效果对于提高燃料电池的可靠性以及改善运行性能至关重要。

3、以散热器为主要特征的燃料电池热管理系统还不能满足燃料电池冷却温度跟随功率变化做出动态快速响应的需求，主要存在以下不足：一是散热器具有较大热惯性，对于变工况下的温度调节无法做到快速响应，加上电堆冷却温度具有时滞性，其控制过程极易引起系统超调，造成控制过程时间延长；二是传统车用热管理系统主要部件为散热器，其散热能力与散热器面积有关，散热器体积越大散热量越大，对热管理系统空间布置要求较高。

技术实现思路

1、本发明提供一种燃料电池的热管理系统，用以解决现有技术中的燃料电池热管理系统自身存在时滞特性的缺陷，防止电堆的温度骤然下降。

2、本发明提供一种燃料电池的热管理系统，包括：

3、换热模块，所述换热模块用于为冷却介质散热；

4、控制件，所述控制件包括测温部和多通结构，所述测温部用以测量流经所述控制件的冷却介质的温度；所述多通结构至少包括第一端、第二端和第三端；

5、第一管路，所述第一管路连通所述多通结构的第一端和电堆的出口；

6、第二管路，所述第二管路连通所述多通结构的第二端和所述换热模块；

7、第三管路，所述第三管路连通所述换热模块和电堆的进口；

8、第四管路，所述第四管路连通所述多通结构的第三端和所述电堆的进口；

9、所述测温部检测到的温度大于或等于设定温度阈值时，所述多通结构的第一端和第二端导通，使冷却介质依次流经所述电堆、所述第一管路、所述控制件、所述第二管路、所述换热模块和所述第三管路；

10、所述测温部检测到的温度小于设定温度阈值时，所述多通结构的第一端和第三端导通，使冷却介质依次流经所述电堆、所述第一管路、所述控制件和所述第四管路。

11、根据本发明提供的一种燃料电池的热管理系统，所述换热模块包括换热器和换热管路，所述换热器包括热端和冷端，所述热端连通所述第二管路和所述第三管路，所述冷端通过换热管路连通散热器或冷却塔，形成辅助冷却回路。

12、根据本发明提供的一种燃料电池的热管理系统，所述换热器为管束式换热器，所述管束式换热器包括第一对流管束和第二对流管束，所述第一对流管束的一端为所述热端，所述第二对流管束的一端为所述冷端。

13、根据本发明提供的一种燃料电池的热管理系统，还包括中冷器，所述中冷器的进口与所述电堆的出口连接，所述中冷器的出口与所述电堆的进口连接。

14、根据本发明提供的一种燃料电池的热管理系统，还包括循环泵和第五管路，所述第五管路的一端连通所述第三管路和所述第四管路，另一端和所述电堆的进口连接；所述循环泵设置在所述第五管路上。

15、本发明还提供了一种热管理方法，包括：

16、所述测温部检测到的温度大于或等于设定温度阈值时，所述多通结构的第一端和第二端导通，使冷却介质依次流经所述电堆、所述第一管路、所述控制件、所述第二管路、所述换热模块和所述第三管路；

17、所述测温部检测到的温度小于设定温度阈值时，所述多通结构的第一端和第三端导通，使冷却介质依次流经所述电堆、所述第一管路、所述控制件和所述第四管路。

18、根据本发明提供的一种热管理方法，在所述电堆的输出功率增加的情况下，调节所述多通结构的开度使得流入主冷却回路的冷却介质流量增加；

19、在所述电堆的输出功率减少的情况下，调节所述多通结构的开度使得流入所述主冷却回路的冷却介质流量减少。

20、本发明还提供了一种燃料电池，包括电堆和燃料电池的热管理系统。

21、根据本发明提供的一种燃料电池，还包括pdu组件，所述pdu组件包括一级单向可调升压模块、二级升降压模块、隔离模块和三级升降压模块，所述一级单向可调升压模块、所述二级升降压模块、所述隔离模块和所述三级升降压模块依次电性连接；所述一级单向可调升压模块与电堆的输出端电性连接。

22、本发明还提供了一种车辆，车身本体和燃料电池。

23、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种燃料电池的热管理系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的燃料电池的热管理系统，其特征在于，所述换热模块包括换热器和换热管路，所述换热器包括热端和冷端，所述热端连通所述第二管路和所述第三管路，所述冷端通过换热管路连通散热器或冷却塔，形成辅助冷却回路。

3.根据权利要求2所述的燃料电池的热管理系统，其特征在于，所述换热器为管束式换热器，所述管束式换热器包括第一对流管束和第二对流管束，所述第一对流管束的一端为所述热端，所述第二对流管束的一端为所述冷端。

4.根据权利要求1至3任一项所述的燃料电池的热管理系统，其特征在于，还包括中冷器，所述中冷器的进口与所述电堆的出口连接，所述中冷器的出口与所述电堆的进口连接。

5.根据权利要求1至3任一项所述的燃料电池的热管理系统，其特征在于，还包括循环泵和第五管路，所述第五管路的一端连通所述第三管路和所述第四管路，另一端和所述电堆的进口连接；所述循环泵设置在所述第五管路上。

6.一种热管理方法，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的热管理方法，在所述电堆的输出功率增加的情况下，调节所述多通结构的开度使得流入主冷却回路的冷却介质流量增加；

8.一种燃料电池，其特征在于，包括电堆和权利要求1至5任一项所述的燃料电池的热管理系统。

9.根据权利要求8所述的燃料电池，其特征在于，还包括pdu组件，所述pdu组件包括一级单向可调升压模块、隔离模块、二级升降压模块和三级升降压模块，所述一级单向可调升压模块、所述二级升降压模块、所述隔离模块和所述三级升降压模块依次电性连接；所述一级单向可调升压模块与电堆的输出端电性连接。

10.一种车辆，其特征在于，车身本体和权利要求8至9任一项所述的燃料电池。

技术总结
本发明涉及燃料电池的技术领域，提供一种燃料电池的热管理系统、热管理方法、燃料电池及车辆，包括换热模块、控制件、第一管路、第二管路、第三管路和第四管路，换热模块用于为冷却介质散热；控制件包括测温部和多通结构，测温部用以测量流经控制件的冷却介质的温度；多通结构至少包括第一端、第二端和第三端；第一管路连通多通结构的第一端和电堆的出口；第二管路连通多通结构的第二端和换热模块；第三管路连通换热模块和电堆的进口；第四管路连通多通结构的第三端和电堆的进口。本发明所述的一种燃料电池的热管理系统、热管理方法、燃料电池及车辆，使得电堆可以尽快进入合适的温度工作范围，提供输出功率。

技术研发人员：张晗,张擘,薛龙昌,高雅楠,孟悦,林维康,梁永浩
受保护的技术使用者：中车工业研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8