[发明专利]基于磁热流的燃料电池热管理系统及控制方法

权利要求书

1.一种基于磁热流的燃料电池热管理系统，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）；热管理控制器（3）与燃料电池热管理单元（2）电性连接，燃料电池热管理单元（2）的冷却回路与燃料电池电堆（1）的进液口侧和出液口侧连通，位于冷却回路中设置有四边形磁质通道，四边形磁质通道的内外侧设置有脉冲磁体组，脉冲磁体组与脉冲电源（219）电性连接。

2.根据权利要求1所述的基于磁热流的燃料电池热管理系统，其特征是：所述四边形磁质通道包括换热器和散热器；换热器的第一磁质换热器（203）和第二磁质换热器（204）分别与散热器的第一磁质散热器（205）和第二磁质散热器（206）连通，形成封闭的四边形磁质环形回路。

3.根据权利要求2所述的基于磁热流的燃料电池热管理系统，其特征是：所述换热器包括磁质换热器外壳（21）内的冷却液管（23），以及轴向穿过磁质换热器外壳（21）和冷却液管（23）的磁质热交换管（24），保温层（22）位于磁质换热器外壳（21）内壁与冷却液管（23）外壁之间，冷却液管（23）的两端分别设置出液口和进液口。

4.根据权利要求2所述的基于磁热流的燃料电池热管理系统，其特征是：所述第一磁质换热器（203）和第二磁质换热器（204）的出液口相互连通，并接入燃料电池电堆（1）的进液口侧；第一磁质换热器（203）和第二磁质换热器（204）的进液口相互连通，位于该连通的管路中设置有三通电磁阀（202），三通电磁阀（202）引出的支路与燃料电池电堆（1）的出液口侧连通，位于该支路中设置水泵（201），形成冷却回路。

5.根据权利要求4所述的基于磁热流的燃料电池热管理系统，其特征是：所述冷却回路中靠近燃料电池电堆（1）的进液口侧和出液口侧分别设置第一温度传感器（220）和第二温度传感器（211）。

6.根据权利要求2所述的基于磁热流的燃料电池热管理系统，其特征是：所述第一磁质散热器（205）的管道内充填磁性颗粒（208），第一磁质散热器（205）的下端设置高弹性膜（209），位于高弹性膜（209）下部设置气泵（210）。

7.根据权利要求1所述的基于磁热流的燃料电池热管理系统，其特征是：所述脉冲磁体组包括位于第一磁质换热器（203）外侧和内侧的脉冲磁体І（211）和脉冲磁体Ⅱ（212）、位于第二磁质换热器（204）外侧和内侧的脉冲磁体Ⅲ（213）和脉冲磁体Ⅳ（214）、位于第一磁质散热器（205）外侧和内侧的脉冲磁体Ⅴ（215）和脉冲磁体Ⅵ（216），以及位于第二磁质散热器（206）外侧和内侧的脉冲磁体Ⅶ（217）和脉冲磁体Ⅷ（218）。

8.根据权利要求3所述的基于磁热流的燃料电池热管理系统，其特征是：所述磁质热交换管（24）上沿轴线设置呈放射状的翅片25与冷却液管（23）接触。

9.根据权利要求1所述的基于磁热流的燃料电池热管理系统，其特征是：所述热管理控制器（3）接收温度信号并发送指令控制水泵（201）、气泵（210）、第一磁质散热器（205）和第二磁质散热器（206）的转速，以及控制脉冲磁体组的断通为换热器和散热器提供磁场。

10.根据权利要求1~9任一项所述的基于磁热流的燃料电池热管理系统的控制方法，其特征是，它包括如下步骤：

S1，当燃料电池在低于0℃的环境下需要低温启动，且热管理控制器（3）监测到燃料电池电堆（1）冷却液温度T_F小于第一阈值温度T₁时，水泵（201）和气泵（210）启动；此步骤中，第一阈值温度T₁设定为-4℃~0℃之间；

S1-1，水泵（201）驱动燃料电池电堆（1）的冷却液沿三通电磁阀（202）、第一磁质换热器（203）返回至燃料电池电堆（1）内；

S1-2，气泵（210）驱动第一磁质散热器（205）内的磁性颗粒（208）沿、第一磁质换热器（203）、第二磁质散热器（206）、第二磁质换热器（204）循环流动；

S1-3，脉冲磁体І（211）和脉冲磁体Ⅱ（212）作用于第一磁质换热器（203）上形成磁场，当磁性颗粒（208）流经第一磁质换热器（203）时形成磁化放热，冷却液吸收磁化热传递给燃料电池电堆（1）为其预热；

S1-4，当磁性颗粒（208）流经第二磁质散热器（206）时，磁性颗粒（208）开始退磁并吸收外界环境中热量恢复至环境温度；

S2，三通电磁阀（202）导通第二磁质换热器（204），冷却液沿三通电磁阀（202）、第二磁质换热器（204）返回至燃料电池电堆（1）内；

S2-1，脉冲磁体Ⅲ（213）和脉冲磁体Ⅳ（214）作用于第二磁质换热器（204）上形成磁场，当磁性颗粒（208）流经第二磁质换热器（204）时再次形成磁化放热，冷却液吸收磁化热传递给燃料电池电堆（1）为其预热；

S2-2，脉冲磁体Ⅴ（215）和脉冲磁体Ⅵ（216）作用于第一磁质散热器（205）上形成磁场，当磁性颗粒（208）流经第一磁质散热器（205）时，磁性颗粒（208）开始退磁并吸收外界环境中热量恢复至环境温度；

S3，依次重复S1和S2对燃料电池电堆（1）进行不间断的预热，并实时监测T_F与T₁的大小变化；当T_F＞T₁时，燃料电池开始启动，第一磁质散热器（205）和第二磁质散热器（206）关闭，待磁性颗粒（208）完全进入第二磁质换热器（204）后关闭气泵（210）；

S4，当冷却液温度T_F大于第二阈值温度T₂时，气泵（210）驱动第二磁质换热器（204）内的磁性颗粒（208）沿、第一磁质散热器（205）、第一磁质换热器（203）、第二磁质散热器（206）循环流动；此步骤中，第二阈值温度T₂设定为70℃~75℃之间；

S4-1，脉冲磁体Ⅴ（215）和脉冲磁体Ⅵ（216）作用于第一磁质散热器（205）上形成磁场，当磁性颗粒（208）流经第一磁质散热器（205）时形成磁化放热，磁化过程产生的热量在风扇的辅助下释放到环境中；

S4-2，当磁化后的磁性颗粒（208）进入到第一磁质换热器（203）时，三通电磁阀（202）导通第一磁质换热器（203），磁性颗粒（208）开始退磁并持续吸收冷却液中的热量，降低燃料电池电堆（1）工作时的降温；

S5，脉冲磁体Ⅶ（217）和脉冲磁体Ⅷ（218）作用于第二磁质散热器（206）上形成磁场，完成退磁的磁性颗粒（208）进入第二磁质散热器（206）时形成磁化放热，磁化过程产生的热量在风扇的辅助下释放到环境中；

S5-1，三通电磁阀（202）导通第二磁质换热器（204），冷却液沿三通电磁阀（202）、第二磁质换热器（204）返回至燃料电池电堆（1）内；

S5-2，当磁化后的磁性颗粒（208）进入到第二磁质换热器（204）时，磁性颗粒（208）开始退磁并持续吸收冷却液中的热量，降低燃料电池电堆（1）工作时的降温；

S6，依次重复S4→S5→S4进行循环，并通过PWM控制机制控制调整水泵（201）、气泵（210）、第一磁质散热器（205）和第二磁质散热器（206）转速，从而控制燃料电池电堆（1）的工作温度。