[发明专利]基于磁热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）的循环回路与燃料电池电堆（1）的进液口侧和出液口侧连通，位于循环回路中串联有永磁体（205）、磁质储热器（203）和水泵（201），步进电机（204）与磁质储热器（203）连接并驱动磁质储热器（203）进出永磁体（205）的磁场空腔。

2.根据权利要求1所述的基于磁热的燃料电池热管理系统，其特征是：所述循环回路中的磁质储热器（203）和水泵（201）之间，设置第一三通电磁阀（202）与永磁体（205）一侧的第二三通电磁阀（206）连通。

3.根据权利要求1所述的基于磁热的燃料电池热管理系统，其特征是：所述水泵（201）的进液侧设置第四三通电磁阀（210），从第四三通电磁阀（210）引出的支路与永磁体（205）一侧的循环回路连通，该支路中串联有第三三通电磁阀（207）。

4.根据权利要求3所述的基于磁热的燃料电池热管理系统，其特征是：所述第三三通电磁阀（207）引出的支路连接于循环回路的水泵（201）和第四三通电磁阀（210）之间，该支路中串联有散热器（208）和单向阀（209）。

5.根据权利要求1所述的基于磁热的燃料电池热管理系统，其特征是：所述循环回路中还设置有第一温度传感器（211）、第二温度传感器（212）和第三温度传感器（213）；第一温度传感器（211）和第二温度传感器（212）分别靠近燃料电池电堆（1）的进液口侧和出液口侧；第三温度传感器（213）靠近永磁体（205）一侧。

6.根据权利要求1所述的基于磁热的燃料电池热管理系统，其特征是：所述磁质储热器（203）包括位于磁质储热器外壳（2031）内的磁质储热管（2033），以及位于磁质储热器外壳（2031）和磁质储热管（2033）之间的保温层（2032），进液口（2035）和出液口（2036）分别位于磁质储热器外壳（2031）两端与磁质储热管（2033）连通。

7.根据权利要求6所述的基于磁热的燃料电池热管理系统，其特征是：所述保温层（2032）内填充绝热材料；磁质储热管（2033）内填充球体或椭球体的固体磁性材料（2034），球体或椭球体之间的空隙为冷却液流动通道。

8.根据权利要求1所述的基于磁热的燃料电池热管理系统，其特征是：所述永磁体（205）为中空的圆形筒体。

9.根据权利要求1所述的基于磁热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，控制调整水泵（201）、步进电机（204）和散热器（208）的转速。

10.根据权利要求1~9任一项所述的基于磁热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，预热，当燃料电池在低于0℃的环境下需要低温启动时，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，对燃料电池电堆（1）进行预热；此步骤中，第一阈值温度T₁设定为-4℃~0℃之间；

S1-1，水泵（201）驱动燃料电池的冷却液沿第四三通电磁阀（210）、水泵（201）、第一三通电磁阀（202）、磁质储热器（203）、永磁体（205）、第二三通电磁阀（206）返回至燃料电池电堆（1）；

S1-2，步进电机（204）驱动磁质储热器（203）进入永磁体（205）的磁场腔内，磁性材料开始磁化放热，磁性材料释放的磁化热传递给冷却液后进入燃料电池电堆（1）为其预热；

S2，释冷，当热管理控制器（3）监测到磁质储热器（203）冷却液出口的温度T_M不再升高时，第二三通电磁阀（206）和第四三通电磁阀（210）关闭，步进电机（204）开始换向驱动磁质储热器（203）移出永磁体（205）空腔退磁，水泵（201）驱动冷却液沿磁质储热器（203）、永磁体（205）、第三三通电磁阀（207）、散热器（208）、单向阀（209）返回至水泵（201），将磁质储热器（203）中磁性材料退磁时的冷量释放到环境中；

S3，继续预热，当热管理控制器（3）监测到磁质储热器（203）出液口冷却液的温度T_M接近环境温度时，第三三通电磁阀（207）关闭，第二三通电磁阀（206）和第四三通电磁阀（210）打开，重复S1-1~S1-2；然后实时监测T_F与T₁的大小变化；

S4，控制管理，当热管理控制器（3）监测到T_F＞T₁时，步进电机（204）驱动磁质储热器（203）退出永磁体（205）的磁场腔，燃料电池开始启动，水泵（201）驱动冷却液沿第四三通电磁阀（210）、水泵（201）、第一三通电磁阀（202）、二三通电磁阀（206）进入返回燃料电池电堆（1），进入正常热管理模式；

S5，散热降温，当热管理控制器（3）监测到T_F＞T₂时，第三三通电磁阀（207）打开，冷却液沿第四三通电磁阀（210）、第三三通电磁阀（207）、散热器（208）、单向阀（209）返回至水泵（201）的进液侧后再进入燃料电池电堆（1），使燃料电池电堆（1）的冷却液流经散热器（208）进行散热降温以确保燃料电池处于最佳的工作温度区间；此步骤中，第二阈值温度T₂设定为70℃~75℃之间。