本技術涉及新能源，具體為一種燃料電池熱管理裝置及方法。

背景技術：

1、氫燃料電池系統(tǒng)是通過陰極的空氣和陽極的氫氣在質子交換膜上發(fā)生電化學反應而產(chǎn)生電能，反應過程中僅生成水而沒有碳氧化合物、氮氧化物和硫化物等溫室效應氣體和污染物產(chǎn)生，因此氫燃料電池系統(tǒng)是一種十分清潔的能源方案；同時，氫燃料電池系統(tǒng)與熱機相比，其不受限于卡諾循環(huán)，因此其效率可以達到50％以上，是一種非常高效的能源方案；最后，由于氫燃料電池系統(tǒng)與鋰電池相比，其體積能量密度和質量能量密度均遠高于鋰電池，故氫燃料電池汽車續(xù)航里程更長，不會存在里程焦慮。

2、但氫燃料電池系統(tǒng)的缺點同樣明顯，首先發(fā)生電化學反應的氫氣是二次能源，需要通過其他手段制備，因此當前氫氣的成本昂貴，使用成本較高；其次，氫燃料電池所使用的鉑催化劑成本昂貴，造成了氫燃料電池電堆的材料成本居高不下；再次，氫燃料電池受限于鉑催化劑以及金屬雙極板涂層的老化，導致其整體壽命可以達到8000h，與熱機相比還有一定的差距；最后，氫氣是一種易燃易爆的氣體，其爆炸極限為4％-75.6％，如果儲存不當，將會帶來非常危險的后果。

3、電堆冷啟動問題是氫燃料電池在實際使用過程中急需解決的重要問題，當前氫燃料電池系統(tǒng)一般利用水暖ptc、熱泵空調、電堆電加熱器等技術方案實現(xiàn)電堆低溫冷啟動需求。

4、當氫燃料電池電堆在無任何加熱措施的0℃以下環(huán)境中啟動時，氫氣和氧氣反應生成的水以及加濕器提供的水會在啟動過程中結冰，會導致催化劑活性面積降低，以及空氣傳輸路徑受阻，導致電堆電壓驟降，從而導致電堆啟動失敗；同時，水從液態(tài)變成固態(tài)，體積增大，會導致質子交換膜發(fā)生不可逆的結構損傷。

5、公開了一種燃料電池系統(tǒng)和使用方法，提供了從蒸發(fā)冷卻的燃料電池系統(tǒng)的陰極廢氣中回收電能的方法，其提供了使用專用發(fā)電機來回收多余電能的方法以及將渦輪連接到空氣壓縮機的公用電機來減少電動機的凈輸入功率。

6、公開了一種燃料電池熱管理系統(tǒng)、燃料電池系統(tǒng)及具有該系統(tǒng)的車輛，該發(fā)明中的供暖系統(tǒng)包括冷卻液供暖系統(tǒng)、尾氣供暖系統(tǒng)、和電加熱供暖系統(tǒng)，其中尾氣供暖系統(tǒng)用于冷卻液供暖系統(tǒng)最大供暖溫度低于預設供暖溫度時，控制尾氣供暖系統(tǒng)啟動并與冷卻液供暖系統(tǒng)共同供暖。

7、礦卡上對系統(tǒng)功率的需求高，一般由兩套及以上的系統(tǒng)并聯(lián)而成，且系統(tǒng)冷啟動過程各自獨立且相同，現(xiàn)有的燃料電池系統(tǒng)大多采用ptc加熱方式進行單獨加熱，電池堆冷卻液的升溫效率低，且整體加熱能耗大，現(xiàn)有的燃料電池熱管理裝置不適用于礦卡這種功率需求高續(xù)航要求長的重型車輛。

8、申請內(nèi)容

9、本技術的目的在于提供在保證整車燃料電池冷啟動速度的同時，節(jié)約了加熱器件，有效降低生產(chǎn)成本，提高氫氣利用率，提高整體效率，適合應用于礦卡這類需求大功率以及長續(xù)航的重型車輛的一種燃料電池熱管理裝置及方法。

10、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術方案：

11、本發(fā)明的一種燃料電池熱管理裝置，包括多個并列設置的燃料電池電堆，任一個所述燃料電池電堆均連接有熱控制系統(tǒng)，相鄰兩個所述熱控制系統(tǒng)的輸入端連通，相鄰兩個所述熱控制系統(tǒng)的輸出端之間可控連接；

12、任一個所述熱控制系統(tǒng)均包括a端與所述燃料電池電堆的冷卻進口連接的電子三通閥，所述電子三通閥的b端連接有散熱器，所述散熱器的輸入端連接有水泵，所述水泵的輸入端與所述燃料電池電堆的冷卻出口連接，所述電子三通閥的c端與所述水泵的一個輸出端連接，所述燃料電池電堆的冷卻進口處設置有進水溫度傳感器，所述燃料電池電堆的冷卻出口處設置有出水溫度傳感器；

13、任擇一個所述熱控制系統(tǒng)還包括加熱組件，所述加熱組件的輸入端與所述水泵的一個輸出端連接，所述加熱組件的輸入端與所述電子三通閥的c端連接。

14、進一步，所述加熱組件包括ptc加熱器和第一開關閥，所述水泵通過所述ptc加熱器和第一開關閥并聯(lián)與所述電子三通的c端連通。

15、進一步，所述熱控制系統(tǒng)的輸出端通過第二開關閥與相鄰的熱控制系統(tǒng)的輸出端連通。

16、一種燃料電池熱管理方法，通過連接有加熱組件的熱控制系統(tǒng)的水溫傳感器監(jiān)測獲取對應的熱控制系統(tǒng)內(nèi)的冷卻流體的溫度數(shù)據(jù)，若溫度低于t1℃，則進入冷啟動模式，否則常溫啟動；

17、關閉所有熱控制系統(tǒng)的電子三通閥，同時開啟連接有加熱組件的熱控制系統(tǒng)的水泵，阻斷多個熱控制系統(tǒng)之間的連通，通過加熱組件對對應連接的熱控制系統(tǒng)內(nèi)的冷卻流體加熱升溫至溫度高于t1℃；

18、與冷卻流體溫度高于t1℃的熱控制系統(tǒng)連接的燃料電池電堆啟動，并以一定功率運行，以對冷卻流體加熱；

19、當連接有加熱組件的熱控制系統(tǒng)的冷卻流體溫度高于t2℃時，其中t2大于t1，控制與該熱控制系統(tǒng)相鄰的熱控制系統(tǒng)的輸出端與輸入端均與該熱控制系統(tǒng)連通，同時開啟兩套熱控制系統(tǒng)的水泵，在連接有加熱組件的燃料電池電堆運行的同時，與該燃料電池電堆相鄰的燃料電池電堆開始冷啟動，以此類推，帶動整車燃料電池系統(tǒng)完成冷啟動；

20、當所有熱控制系統(tǒng)內(nèi)的冷卻流體溫度高于t2℃時，阻斷多個熱控制系統(tǒng)之間的連通，關閉加熱組件的加熱功能，并打開各熱控制系統(tǒng)的電子三通閥，各自通過對應的散熱器散熱正常運行。

21、進一步，需要加熱組件加熱時，在關閉電子三通閥的基礎上，關閉第一開關閥，使得冷卻流體通過ptc加熱器的流道流過，對冷卻流體加熱升溫；

22、當所有熱控制系統(tǒng)內(nèi)的冷卻流體溫度高于t℃時，在打開電子三通閥的基礎上，打開第一開關閥，并且關閉ptc加熱器的加熱功能，使得加熱組件停止對冷卻流體加熱。

23、進一步，在燃料電池電堆逐個進行冷啟動的過程中，當熱控制系統(tǒng)內(nèi)的冷卻流體溫度高于t2℃時，打開第二開關閥，使得與該熱控制系統(tǒng)相鄰的熱控制系統(tǒng)的輸出端與輸入端均與該熱控制系統(tǒng)連通；

24、當所有熱控制系統(tǒng)內(nèi)的冷卻流體溫度高于t2℃時，關閉第二開關閥，使得各熱控制系統(tǒng)相互獨立散熱運行。

25、與現(xiàn)有技術相比，本技術的有益效果是：

26、在實際應用中，通過水泵調節(jié)冷卻流體流量，控制燃料電池電堆的冷卻進口與冷卻出口之間冷卻流體的溫差，進水溫度傳感器用于監(jiān)測燃料電池電堆的冷卻進口的冷卻流體溫度，出水溫度傳感器用于監(jiān)測燃料電池電堆的冷卻出口的冷卻流體溫度，散熱器用于對冷卻流體正常散熱，加熱組件用于冷啟動時對冷卻流體加熱，電子三通閥用于切換冷卻流體流向，進而控制切換對冷卻流體的加熱或散熱；根據(jù)連接有加熱組件的熱控制系統(tǒng)的進水溫度傳感器和出水溫度傳感器監(jiān)測的溫度信號控制電子三通閥的開閉，進而實現(xiàn)對冷卻流體的加熱與散熱之間的轉換，當加熱組件將冷卻流體加熱到一定溫度后，對應連接的燃料電池電堆啟動運行并產(chǎn)生熱量，共同對冷卻流體加熱升溫；只在一個熱控制系統(tǒng)上連接加熱組件，由于相鄰兩個熱控制系統(tǒng)的輸入端連通，且相鄰兩個熱控制系統(tǒng)的輸出端之間可控連接，當連接有加熱組件的熱控制系統(tǒng)內(nèi)的冷卻流體達到一定溫度后，將連接有加熱組件的熱控制系統(tǒng)與該熱控制系統(tǒng)相鄰的熱控制系統(tǒng)連通，進而通過一個熱控制系統(tǒng)帶動相鄰熱控制系統(tǒng)內(nèi)的冷卻流體加熱升溫，以此類推，兩個熱控制系統(tǒng)對應連接的兩個燃料電池電堆啟動運行產(chǎn)生的熱量疊加后對下一個熱控制系統(tǒng)內(nèi)的冷卻流體加熱升溫，實現(xiàn)對應的燃料電池電堆加速冷啟動；本技術在保證整車燃料電池冷啟動速度的同時，節(jié)約了加熱器件，有效降低生產(chǎn)成本，提高氫氣利用率，提高整體效率，適合應用于礦卡這類需求大功率以及長續(xù)航的重型車輛。

技術實現(xiàn)思路