[发明专利]一种集成式热管理系统及其控制方法

说明书

本发明涉及一种集成式热管理系统及方法，至少包括控制单元和电堆的冷却循环管路；在向电堆的阴极(5)输入空气的管路上至少设置有空压机(3)和中冷器(4)，所述中冷器(4)与氢气输入管路连通；所述电堆的冷却循环管路与所述空压机(3)以构成回路的方式连通，使得部分冷却流体以流经所述空压机(3)的方式完成冷却循环，从而所述冷却流体在所述空压机(3)内以热能传递的方式将空气降温，由所述空压机(3)排出的空气与氢气在所述中冷器(4)内以热传递方式实现两种气体的温度均衡，从而空气与氢气以温度趋近于一致的方式分别进入电堆。本发明基于温控的精确管理提高了燃料电池系统的控制精度，保证燃料电池系统高效可靠运行。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种集成式热管理系统及其控制方法。

背景技术

燃料电池电堆在发电的过程中会产生大量的热，需要通过冷却流体带走热量以控制电堆的温度。冷却流体流量、温度的控制系统称为燃料电池的热管理系统。

现有技术中的燃料电池的热管理系统，只能对空气进行加热，无法对即将进入电堆的氢气进行加热，使得氢气进入电堆后消耗电堆更多的能量。现有技术中的燃料电池的热管理系统，其缺陷还包括：管路复杂，进入电堆的空气和氢气温差大，降低了燃料电池的工作效率及使用寿命；采用多个水泵来促进管路的循环运行，多个水泵的内耗高，成本也较高；没有基于环境的变化来进行热管理的高精度调控，使得热管理系统的运行效率低。

例如，中国专利CN112490468 A公开了一种集成式中冷器、热管理装置，包括壳体以及在所述壳体的两个侧面开设有向外延展的气路接口，所述气路接口包括气体入口和气体出口，所述壳体的内部还设有用于热交换的换热芯体，所述换热芯体上设有气室和水室，所述换热芯体与壳体固定连接，所述气室分别与气体入口和气体出口连通用于形成气体热交换回路。该专利虽然能够对冷却水流量进行控制以实现热管理，但是不能够对空气和和氢气的温度进行调节。

例如，中国专利CN 213988943 U公开了一种含氢-空热交换器的燃料电池热管理系统，包括燃料电堆、空压机、氢气罐和氢气-空气热交换器，氢气-空气热交换器相对两端的进气口分别连接空压机和氢气罐，氢气-空气热交换器的其中一端的出气口通过阴极中冷器连接燃料电堆的进气口，氢气-空气热交换器的另一端的出气口通过氢气喷射装置连接燃料电堆的进气口。该专利利用增压后的高温空气对冷源氢气进行加热，提高了氢气进入电堆前的温度。但是，该专利没有基于环境温度来调节水温、冷却流体温度以及氢气温度，因此其对于电堆的热管理的调控比较粗糙，最后得到的热调控的效率也不高。

基于现有技术的燃料电池电堆的简单热管理技术，本发明希望能够提供一种能够基于环境的变化，尤其是环境温度的变化来进行高精度热管理的管理策略，以实现燃料电堆的热管理的高效率运行。

此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

发明内容

针对现有技术之不足，本发明提供了一种集成式热管理系统，至少包括控制单元和电堆的冷却循环管路；在向电堆的阴极输入空气的管路上至少设置有空压机和中冷器，所述中冷器与氢气输入管路连通；所述电堆的冷却循环管路与所述空压机以构成回路的方式连通，使得部分冷却流体以流经所述空压机的方式完成冷却循环，从而所述冷却流体在所述空压机内以热能传递的方式将空气降温，由所述空压机排出的空气与氢气在所述中冷器内通过冷却流体以热传递方式实现两种气体的温度均衡，从而空气与氢气以温度趋近于一致的方式分别进入电堆。

本发明通过改变集成式热管理系统，集成空气冷却、氢气加热、电堆冷却/加热、空压机及其控制器等组件，不但可以满足电堆冷却/加热，还可以满足空气和氢气冷却/加热，同时还能满足空压机和控制器的冷却/加热。