CN112993318B - 一种水冷燃料电池发动机快速升温系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种水冷燃料电池发动机的快速升温系统及控制方法，包括主循环升温系统和辅循环升温系统，通过调节主循环升温系统和辅循环升温系统中各模块的工作状态，快速升温系统具有稳定升温和快速升温两种工作模式，当整车锂电池的SOC正常时为稳定升温工作模式，在保证较短升温时间的同时，减小冷却液温度控制在设定温度时的波动，并且在电子节温器拨片或转子位置有抖动的情况下，有辅循环升温会比无辅循环升温在温度控制时有更小的波动，利于延长电堆的使用寿命；当整车锂电池的SOC较低时为快速升温工作模式，相较稳定升温工作方式有更快的升温速度，提高燃料电池的发电效率。

Description

一种水冷燃料电池发动机快速升温系统及控制方法
技术领域
本发明属于燃料电池发动机技术领域，具体涉及一种水冷燃料电池发动机的快速升温系统及控制方法。
背景技术
随着社会工业化进程的发展，能源问题和环境问题日益突出，燃料电池因其清洁、高效、无污染的特点备受人们瞩目。其中，质子交换膜燃料电池因其工作温度低、工作压力低、不受卡诺循环限制等特点，在固定式发电、新能源汽车等领域被普遍认为有广阔的发展前景。在燃料电池汽车领域，整车除了燃料电池发动机外，通常还会配备锂电池，用于燃料电池发动机的启动、加速、减速等非稳态下所需要的输出功率。燃料电池一般有风冷、水冷两种散热方式，10KW以上的燃料电池发动机为了满足散热需求，必须使用水冷的方式以应对较高的产热量。
燃料电池发动机的电堆工作温度是燃料电池发动机系统的重要参数之一，对质子交换膜的含水量、气体的湿度与压力、电化学反应活跃度、催化剂的活性以及电堆的性能与寿命均会产生十分重要的影响。如果水温过低，电化学反应活跃度与催化剂活性较低，导致电堆效率低下，造成能量的浪费甚至影响燃料电池的寿命，这一情况在燃料电池发动机的启动过程中尤为明显，为此在启动时需将燃料电池发动机快速升温至最优工作温度。现有技术常见于一种由小循环辅助升温和大循环散热构成的热管理系统，在启动过程中通过小循环快速加热至最优工作温度，之后通过调节节温器控制大、小循环内冷却液的流量，将温度稳定在最优工作温度，最后通过调节风扇进行温度控制。但现有技术中，在调节节温器控制温度的过程中因大、小循环内冷却液的温差较大、温度响应存在一定滞后等问题，易出现冷却液入堆温度的波动较大，产生对燃料电池寿命造成影响的热应力；同时受节温器设计、制作工艺等影响，节温器拨片或转子位置可能发生抖动，也会造成冷却液入堆温度的波动。因此寻求一种优化的水冷燃料电池发动机快速升温系统及控制方法，更有利于在满足快速升温的需求下，保持燃料电池温度的稳定，延长使用寿命。
发明内容
本发明针对上述现有技术中存在的问题，提出了一种水冷燃料电池发动机的快速升温系统及控制方法，解决现有技术中因热管理系统结构，和节温器拨片或转子位置发生抖动，而存在的冷却液入堆温度波动大、燃料电池发动机使用寿命低的问题。
本发明所采用的技术方案如下：
一种水冷燃料电池发动机的快速升温系统，其特征在于，包括主循环升温系统和辅循环升温系统；所述主循环升温系统包括电堆、主循环水泵、主循环电子节温器、主循环电加热器和冷却液，所述辅循环升温系统包括辅循环水泵、辅循环电子节温器、辅循环电加热器、电磁三通阀、散热风扇和冷却液；所述主循环电子节温器和辅循环电子节温器均有三个开口，主循环电子节温器的开口分别为固定开口、第一可调开口和第二可调开口，辅循环电子节温器的开口分别为第三可调开口、第四可调开口和第五可调开口；
所述电堆的冷却液出口端连接至主循环水泵的入口；所述主循环电子节温器的固定开口经主循环电加热器连接至电堆的冷却液入口端，主循环电子节温器的第一可调开口和第二可调开口分别通过调节转子或拨片位置与主循环水泵的出口和辅循环电子节温器的第三可调开口连接；所述辅循环电子节温器的第四可调开口和第五可调开口分别通过调节转子或拨片位置与辅循环电加热器和辅循环水泵的出口连接；所述电磁三通阀有一个入口和两个出口，入口连接辅循环电加热器和主循环水泵的出口，两个出口分别连接散热风扇的入口和散热风扇的出口，两个出口通过控制有且仅有一个为通路；所述散热风扇的出口连接辅循环水泵的入口；
当整车锂电池的SOC(荷电状态)大于电量阈值时，没有大功率负载需求，此时要求水冷燃料电池发动机的快速升温系统处于稳定升温工作模式，具体为：
主循环升温系统的电堆、主循环水泵和主循环电加热器启动，主循环电子节温器的固定开口和第一可调开口开启，第二可调开口关闭；辅循环升温系统的辅循环水泵和辅循环电加热器启动，辅循环电子节温器的第四可调开口和第五可调开口开启，第三可调开口关闭，电磁三通阀的出口连通散热风扇的出口；此时主循环升温系统、辅循环升温系统中的冷却液温度逐渐升高，且辅循环升温系统旁路掉散热风扇，以减少由散热风扇对环境热辐射而带来的能量损失，直至电堆的冷却液入堆温度升至设定温度的93％～97％；
再将电磁三通阀的出口连通至散热风扇的入口，使得辅循环升温系统内冷却液与散热风扇内冷却液均匀混合，以使辅循环升温系统内温度分布更均匀，利于后续调节主循环电子节温器控制温度过程的稳定性，直至冷却液入堆温度升至设定温度；
之后关闭主循环电加热器、辅循环电加热器和辅循环水泵，开启辅循环电子节温器的第三可调开口，关闭第四可调开口，通过控制算法调节主循环电子节温器的第一可调开口和第二可调开口的流量，直至第一可调开口关闭，第二可调开口的开度开满，在调节过程中将冷却液入堆温度稳定控制在设定温度；此后通过调节散热风扇的转速，将冷却液入堆温度稳定控制在设定温度。
当整车锂电池的SOC小于等于电量阈值时，燃料电池发动机需要提供较大功率，此时要求水冷燃料电池发动机的快速升温系统处于快速升温工作模式，具体为：
主循环升温系统的电堆、主循环水泵和主循环电加热器启动，主循环电子节温器的固定开口和第二可调开口开启，第一可调开口关闭；辅循环升温系统的辅循环电加热器启动，辅循环电子节温器的第三可调开口和第四可调开口开启，第五可调开口关闭，电磁三通阀的出口连通散热风扇的入口，辅循环水泵关闭；此时通过电堆发热，主循环电加热器和辅循环电加热器产热，使得冷却液温度快速升高，直至冷却液入堆温度升至设定温度；
之后关闭主循环电加热器和辅循环电加热器，将辅循环电子节温器的第三可调开口设为固定开口，通过控制算法调节辅循环电子节温器的第四可调开口和第五可调开口的流量，直至第四可调开口关闭，第五可调开口的开度开满，在调节过程中将冷却液入堆温度稳定控制在设定温度；此后通过调节散热风扇的转速，将冷却液入堆温度稳定控制在设定温度。
进一步地，所述电量阈值为25％～35％。
进一步地，所述设定温度为电堆的最优工作温度。
进一步地，所述快速升温系统还包括位于主循环水泵的出口和电磁三通阀的入口之间的水箱，用于容纳快速升温系统中过多的冷却液膨胀量，减少冷却液压力，提高运行效率。
进一步地，所述控制算法为PID(比例积分微分控制)、MPC(模型预测控制)、ADRC(自抗扰控制)等控制算法。
一种水冷燃料电池发动机的快速升温系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：判断整车锂电池的SOC是否大于电量阈值，若是，转至步骤2；否则转至步骤3；
步骤2：水冷燃料电池发动机的快速升温系统处于稳定升温工作模式，具体如下：
步骤2.1：主循环升温系统的电堆、主循环水泵和主循环电加热器启动，主循环电子节温器的固定开口和第一可调开口开启，第二可调开口关闭；辅循环升温系统的辅循环水泵和辅循环电加热器启动，辅循环电子节温器的第四可调开口和第五可调开口开启，第三可调开口关闭，电磁三通阀的出口连通散热风扇的出口；此时，主循环升温系统中的冷却液从电堆的冷却液出口端流出，经主循环水泵、主循环电子节温器和主循环电加热器流入电堆的冷却液入口端；辅循环升温系统的冷却液从辅循环水泵的出口流出，经辅循环电子节温器、辅循环电加热器和电磁三通阀流入辅循环水泵的入口；
步骤2.2：当电堆的冷却液入堆温度升至设定温度的93％～97％时，将电磁三通阀的出口连通至散热风扇的入口；此时，辅循环升温系统的冷却液从辅循环水泵的出口流出，经辅循环电子节温器、辅循环电加热器、电磁三通阀和散热风扇流入辅循环水泵的入口；
步骤2.3：当冷却液入堆温度升至设定温度时，关闭主循环电加热器、辅循环电加热器和辅循环水泵，开启辅循环电子节温器的第三可调开口，关闭第四可调开口，通过控制算法调节主循环电子节温器的第一可调开口和第二可调开口的流量，直至第一可调开口关闭，第二可调开口的开度开满，在调节过程中将冷却液入堆温度稳定控制在设定温度；此时，快速升温系统的冷却液从电堆的冷却液出口端流出，经主循环水泵、电磁三通阀、散热风扇、辅循环水泵、辅循环电子节温器、主循环电子节温器和主循环电加热器流入电堆的冷却液入口端；
步骤2.4：通过调节散热风扇的转速，将冷却液入堆温度稳定控制在设定温度；
步骤3：水冷燃料电池发动机的快速升温系统处于快速升温工作模式，具体如下：
步骤3.1：主循环升温系统的电堆、主循环水泵和主循环电加热器启动，主循环电子节温器的固定开口和第二可调开口开启，第一可调开口关闭；辅循环升温系统的辅循环电加热器启动，辅循环电子节温器的第三可调开口和第四可调开口开启，第五可调开口关闭，电磁三通阀的出口连通散热风扇的入口，辅循环水泵关闭；此时，快速升温系统的冷却液从电堆的冷却液出口端流出，经主循环水泵、辅循环电加热器、辅循环电子节温器、主循环电子节温器和主循环电加热器流入电堆的冷却液入口端；
步骤3.2：当冷却液入堆温度升至设定温度时，关闭主循环电加热器和辅循环电加热器，将辅循环电子节温器的第三可调开口设为固定开口，通过控制算法调节辅循环电子节温器的第四可调开口和第五可调开口的流量，直至第四可调开口关闭，第五可调开口的开度开满，在调节过程中将冷却液入堆温度稳定控制在设定温度；此时，快速升温系统的冷却液从电堆的冷却液出口端流出，经主循环水泵、电磁三通阀、散热风扇、辅循环水泵、辅循环电子节温器、主循环电子节温器和主循环电加热器流入电堆的冷却液入口端；
步骤3.3：通过调节散热风扇的转速，将冷却液入堆温度稳定控制在设定温度。
进一步地，步骤1中所述电量阈值为25％～35％。
进一步地，步骤2和步骤3中所述设定温度为电堆的最优工作温度。
进一步地，步骤2.3和步骤3.2中所述控制算法为PID、MPC、ADRC等控制算法。
本发明的有益效果为：
本发明提出一种水冷燃料电池发动机的快速升温系统及控制方法，具有稳定升温和快速升温两种工作模式，当整车锂电池的SOC正常时，燃料电池发动机通过稳定升温工作模式启动，在保证较短升温时间的同时，减小冷却液温度控制在设定温度时的波动，并且在电子节温器拨片或转子位置有抖动的情况下，有辅循环升温会比无辅循环升温在温度控制时有更小的波动，利于延长电堆的使用寿命；当整车锂电池的SOC较低时，燃料电池发动机通过快速升温工作模式启动，相较稳定升温工作方式有更快的升温速度，提高燃料电池的发电效率。
附图说明
图1为本发明实施例1所得水冷燃料电池发动机的快速升温系统的装置示意图；
图2为本发明实施例1所得水冷燃料电池发动机的快速升温系统在稳定升温工作模式的第一控制示意图；
图3为本发明实施例1所得水冷燃料电池发动机的快速升温系统在稳定升温工作模式的第二控制示意图；
图4为本发明实施例1所得水冷燃料电池发动机的快速升温系统在稳定升温工作模式的第三控制示意图；
图5为本发明实施例1所得水冷燃料电池发动机的快速升温系统在稳定升温工作模式的第四控制示意图；
图6为本发明实施例1所得水冷燃料电池发动机的快速升温系统在快速升温工作模式的第一控制示意图；
图7为本发明实施例1所得水冷燃料电池发动机的快速升温系统在快速升温工作模式的第二控制示意图；
图8为本发明实施例1所得水冷燃料电池发动机的快速升温系统在快速升温工作模式的第三控制示意图；
图9为本发明实施例1所得水冷燃料电池发动机的快速升温系统在稳定升温工作模式的流程图；
图10为本发明实施例1所得水冷燃料电池发动机的快速升温系统在快速升温工作模式的流程图；
图11为辅循环是否加热对温度控制影响的仿真图；
图12为电子节温器拨片或转子位置有波动时，辅循环未加热温度波动仿真图；
图13为电子节温器拨片或转子位置有波动时，辅循环加热温度波动仿真图；
图14为稳定升温工作模式与快速升温工作模式升温时间对比仿真图。
附图标记如下：
1、电堆；2、主循环水泵；3、主循环电子节温器；4、主循环电加热器；5、辅循环水泵；6、辅循环电子节温器；7、辅循环电加热器；8、电磁三通阀；9、散热风扇；10、固定开口；11、第一可调开口；12、第二可调开口；13、第三可调开口；14、第四可调开口；15、第五可调开口；16、水箱。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清晰，结合以下具体实施例，并参照附图，对本发明做进一步的说明。
实施例1
本实施例提出了一种水冷燃料电池发动机的快速升温系统，如图1所示，包括主循环升温系统、辅循环升温系统和水箱16；所述主循环升温系统包括电堆1、主循环水泵2、主循环电子节温器3、主循环电加热器4和冷却液，所述辅循环升温系统包括辅循环水泵5、辅循环电子节温器6、辅循环电加热器7、电磁三通阀8、散热风扇9和冷却液；所述主循环电子节温器3和辅循环电子节温器6均有三个开口，主循环电子节温器3的开口分别为固定开口10、第一可调开口11和第二可调开口12，辅循环电子节温器6的开口分别为第三可调开口13、第四可调开口14和第五可调开口15；
所述电堆1的冷却液出口端连接至主循环水泵2的入口；所述主循环电子节温器3的固定开口10经主循环电加热器4连接至电堆1的冷却液入口端，主循环电子节温器3的第一可调开口11和第二可调开口12分别通过调节转子或拨片位置与主循环水泵1的出口和辅循环电子节温器6的第三可调开口13连接；所述辅循环电子节温器6的第四可调开14口和第五可调开口15分别通过调节转子或拨片位置与辅循环电加热器7和辅循环水泵5的出口连接；所述电磁三通阀8有一个入口和两个出口，入口连接辅循环电加热器7和主循环水泵2的出口，两个出口分别连接散热风扇9的入口和散热风扇9的出口，两个出口通过控制有且仅有一个为通路；所述散热风扇9的出口连接辅循环水泵5的入口；所述水箱16位于主循环水泵2的出口和电磁三通阀8的入口之间，用于容纳快速升温系统中中过多的冷却液膨胀量，减小冷却液压力，提高运行效率。
当整车锂电池的SOC大于电量阈值30％时，没有大功率负载需求，此时要求水冷燃料电池发动机的快速升温系统处于稳定升温工作模式，如图9所示，具体为：
如图2所示，主循环升温系统的电堆1、主循环水泵2和主循环电加热器4启动，主循环电子节温器3的固定开口10和第一可调开口11开启，第二可调开口12关闭；辅循环升温系统的辅循环水泵5和辅循环电加热器7启动，辅循环电子节温器6的第四可调开口14和第五可调开口15开启，第三可调开口13关闭，电磁三通阀8的出口连通散热风扇9的出口；此时主循环升温系统、辅循环升温系统中的冷却液温度逐渐升高，且辅循环升温系统旁路掉散热风扇9，以减少由散热风扇9对环境热辐射而带来的能量损失，直至电堆的冷却液入堆温度升至62℃；
如图3所示，再将电磁三通阀8的出口连通至散热风扇9的入口，使得辅循环升温系统内冷却液与散热风扇9内冷却液均匀混合，以使辅循环升温系统内温度分布更均匀，利于后续调节主循环电子节温器3控制温度过程的稳定性，直至冷却液入堆温度升至最优工作温度65℃；
如图4所示，之后关闭主循环电加热器4、辅循环电加热器7和辅循环水泵5，开启辅循环电子节温器6的第三可调开口13，关闭第四可调开口14，通过PID控制算法调节主循环电子节温器3的第一可调开口11和第二可调开口12的流量，直至第一可调开口11关闭，第二可调开口12的开度开满，在调节过程中将冷却液入堆温度稳定控制在最优工作温度65℃，如图5所示；此后通过调节散热风扇9的转速，将冷却液入堆温度稳定控制在65℃。
当整车锂电池的SOC小于等于电量阈值30％时，燃料电池发动机需要提供较大功率，此时要求水冷燃料电池发动机的快速升温系统处于快速升温工作模式，如图10所示，具体为：
如图6所示，主循环升温系统的电堆1、主循环水泵2和主循环电加热器4启动，主循环电子节温器3的固定开口10和第二可调开口12开启，第一可调开口11关闭；辅循环升温系统的辅循环电加热器7启动，辅循环电子节温器6的第三可调开口13和第四可调开口14开启，第五可调开口15关闭，电磁三通阀8的出口连通散热风扇9的入口，辅循环水泵5关闭；此时通过电堆1发热，主循环电加热器4和辅循环电加热器7产热，使得冷却液温度快速提高，直至冷却液入堆温度升至65℃；
如图7所示，之后关闭主循环电加热器4和辅循环电加热器7，将辅循环电子节温器6的第三可调开口13设为固定开口，通过PID控制算法调节辅循环电子节温器6的第四可调开口14和第五可调开口15的流量，直至第四可调开口14关闭，第五可调开口15的开度开满，在调节过程中将冷却液入堆温度稳定控制在65℃，如图8所示；此后通过调节散热风扇9的转速，将冷却液入堆温度稳定控制在65℃。
本实施例还提出了一种水冷燃料电池发动机的快速升温系统的控制方法，包括以下步骤：
步骤1：判断整车锂电池的SOC是否大于电量阈值30％，若是，转至步骤2；否则转至步骤3；
步骤2：水冷燃料电池发动机的快速升温系统处于稳定升温工作模式，具体如下：
步骤2.1：如图2所示，主循环升温系统的电堆1、主循环水泵2和主循环电加热器4启动，主循环电子节温器3的固定开口10和第一可调开口11开启，第二可调开口12关闭；辅循环升温系统的辅循环水泵5和辅循环电加热器7启动，辅循环电子节温器6的第四可调开口14和第五可调开口15开启，第三可调开口13关闭，电磁三通阀8的出口连通散热风扇9的出口；此时，主循环升温系统中的冷却液从电堆1的冷却液出口端流出，经主循环水泵2、主循环电子节温器3和主循环电加热器2流入电堆1的冷却液入口端；辅循环升温系统的冷却液从辅循环水泵5的出口流出，经辅循环电子节温器6、辅循环电加热器7和电磁三通阀8流入辅循环水泵5的入口；
步骤2.2：如图3所示，当电堆1的冷却液入堆温度升至62℃时，将电磁三通阀8的出口连通至散热风扇9的入口；此时，辅循环升温系统的冷却液从辅循环水泵5的出口流出，经辅循环电子节温器6、辅循环电加热器7、电磁三通阀8和散热风扇9流入辅循环水泵5的入口；
步骤2.3：如图4所示，当冷却液入堆温度升至65℃时，关闭主循环电加热器4、辅循环电加热器4和辅循环水泵5，开启辅循环电子节温器6的第三可调开口13，关闭第四可调开口14，通过PID控制算法调节主循环电子节温器3的第一可调开口11和第二可调开口的流量12，直至第一可调开口11关闭，第二可调开口12的开度开满，在调节过程中将冷却液入堆温度稳定控制在65℃，如图5所示；此时，快速升温系统的冷却液从电堆1的冷却液出口端流出，经主循环水泵2、电磁三通阀8、散热风扇9、辅循环水泵5、辅循环电子节温器6、主循环电子节温器3和主循环电加热器4流入电堆1的冷却液入口端；
步骤2.4：通过调节散热风扇9的转速，将冷却液入堆温度稳定控制在65℃；
步骤3：水冷燃料电池发动机的快速升温系统处于快速升温工作模式，具体如下：
步骤3.1：如图6所示，主循环升温系统的电堆1、主循环水泵2和主循环电加热器4启动，主循环电子节温器3的固定开口10和第二可调开口12开启，第一可调开口11关闭；辅循环升温系统的辅循环电加热器7启动，辅循环电子节温器6的第三可调开口13和第四可调开口14开启，第五可调开口15关闭，电磁三通阀8的出口连通散热风扇9的入口，辅循环水泵5关闭；此时，快速升温系统的冷却液从电堆1的冷却液出口端流出，经主循环水泵2、辅循环电加热器7、辅循环电子节温器6、主循环电子节温器3和主循环电加热器4流入电堆1的冷却液入口端；
步骤3.2：如图7所示，当冷却液入堆温度升至65℃时，关闭主循环电加热器4和辅循环电加热器7，将辅循环电子节温器6的第三可调开口13设为固定开口，通过PID控制算法调节辅循环电子节温器6的第四可调开口14和第五可调开口15的流量，直至第四可调开口14关闭，第五可调开口15的开度开满，在调节过程中将冷却液入堆温度稳定控制在65℃，如图8所示；此时，快速升温系统的冷却液从电堆1的冷却液出口端流出，经主循环水泵2、电磁三通阀8、散热风扇9、辅循环水泵5、辅循环电子节温器6、主循环电子节温器3和主循环电加热器4流入电堆1的冷却液入口端；
步骤3.3：通过调节散热风扇9的转速，将冷却液入堆温度稳定控制在65℃。
由图11所示的辅循环是否加热对温度控制影响的仿真图可知，辅循环加热相比于辅循环不加热，温度控制具有更小的波动，能够将电堆1的冷却液入堆温度稳定控制在最优工作温度，利于延长电堆1的使用寿命。
由图12所示的辅循环未加热温度波动仿真图和图13所示的辅循环加热温度波动仿真图可知，在电子节温器拨片或转子位置有抖动的情况下，水冷燃料电池发动机有辅循环升温会比无辅循环升温在温度控制时有更小的波动；因为在无辅循环升温时，由于辅循环升温系统和主循环升温系统中的冷却液温差较大，电子节温器拨片或转子位置的抖动会对温度产生较大波动，并且易造成冷却液入堆温度控制的不稳定，而在有辅循环升温时，由于辅循环升温系统和主循环升温系统中的冷却液温差较小，温度波动不明显，且冷却液入堆温度控制不易产生振荡，更有利于电堆1的稳定运行，延长使用寿命。
由图14所示的稳定升温工作模式与快速升温工作模式的升温时间对比仿真图可知，快速升温工作模式中升至最有工作温度65℃所用的时间比稳定升温工作模式缩短将近300s，极大减少了燃料电池发动机升温至电堆1最优工作温度的时间，提高了燃料电池的发电效率。

Claims (9)

1.一种水冷燃料电池发动机的快速升温系统，其特征在于，包括主循环升温系统和辅循环升温系统；所述主循环升温系统包括电堆、主循环水泵、主循环电子节温器、主循环电加热器和冷却液，所述辅循环升温系统包括辅循环水泵、辅循环电子节温器、辅循环电加热器、电磁三通阀、散热风扇和冷却液；所述主循环电子节温器和辅循环电子节温器均有三个开口，主循环电子节温器的开口分别为固定开口、第一可调开口和第二可调开口，辅循环电子节温器的开口分别为第三可调开口、第四可调开口和第五可调开口；
所述电堆的冷却液出口端连接至主循环水泵的入口；所述主循环电子节温器的固定开口经主循环电加热器连接至电堆的冷却液入口端，主循环电子节温器的第一可调开口和第二可调开口分别通过调节转子或拨片位置与主循环水泵的出口和辅循环电子节温器的第三可调开口连接；所述辅循环电子节温器的第四可调开口和第五可调开口分别通过调节转子或拨片位置与辅循环电加热器和辅循环水泵的出口连接；所述电磁三通阀有一个入口和两个出口，入口连接辅循环电加热器和主循环水泵的出口，两个出口分别连接散热风扇的入口和出口，两个出口有且仅有一个为通路；所述散热风扇的出口连接辅循环水泵的入口；
当整车锂电池的SOC大于电量阈值时，快速升温系统处于稳定升温工作模式，具体为：
主循环升温系统的电堆、主循环水泵和主循环电加热器启动，主循环电子节温器的固定开口和第一可调开口开启，第二可调开口关闭；辅循环升温系统的辅循环水泵和辅循环电加热器启动，辅循环电子节温器的第四可调开口和第五可调开口开启，第三可调开口关闭，电磁三通阀的出口连通散热风扇的出口；此时主循环升温系统、辅循环升温系统中的冷却液温度升高，直至电堆的冷却液入堆温度升至设定温度的93％～97％；
再将电磁三通阀的出口连通至散热风扇的入口，直至冷却液入堆温度升至设定温度；
之后关闭主循环电加热器、辅循环电加热器和辅循环水泵，开启辅循环电子节温器的第三可调开口，关闭第四可调开口，通过控制算法调节主循环电子节温器的第一可调开口和第二可调开口的流量，直至第一可调开口关闭，第二可调开口的开度开满，在调节过程中将冷却液入堆温度稳定控制在设定温度；此后通过调节散热风扇的转速，将冷却液入堆温度控制在设定温度；
当整车锂电池的SOC小于等于电量阈值时，快速升温系统处于快速升温工作模式，具体为：
主循环升温系统的电堆、主循环水泵和主循环电加热器启动，主循环电子节温器的固定开口和第二可调开口开启，第一可调开口关闭；辅循环升温系统的辅循环电加热器启动，辅循环电子节温器的第三可调开口和第四可调开口开启，第五可调开口关闭，电磁三通阀的出口连通散热风扇的入口，辅循环水泵关闭；此时冷却液温度快速升高，直至冷却液入堆温度升至设定温度；
之后关闭主循环电加热器和辅循环电加热器，将辅循环电子节温器的第三可调开口设为固定开口，通过控制算法调节辅循环电子节温器的第四可调开口和第五可调开口的流量，直至第四可调开口关闭，第五可调开口的开度开满，在调节过程中将冷却液入堆温度稳定控制在设定温度；此后通过调节散热风扇的转速，将冷却液入堆温度控制在设定温度。
2.根据权利要求1所述水冷燃料电池发动机的快速升温系统，其特征在于，所述电量阈值为25％～35％。
3.根据权利要求1所述水冷燃料电池发动机的快速升温系统，其特征在于，所述设定温度为电堆的最优工作温度。
4.根据权利要求1所述水冷燃料电池发动机的快速升温系统，其特征在于，所述控制算法为PID、MPC或ADRC。
5.根据权利要求1所述水冷燃料电池发动机的快速升温系统，其特征在于，所述快速升温系统还包括位于主循环水泵的出口和电磁三通阀的入口之间的水箱，用于容纳快速升温系统中过多的冷却液膨胀量。
6.一种水冷燃料电池发动机的快速升温系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：判断整车锂电池的SOC是否大于电量阈值，若是，转至步骤2；否则转至步骤3；
步骤2：快速升温系统处于稳定升温工作模式，具体如下：
步骤2.1：主循环升温系统的电堆、主循环水泵和主循环电加热器启动，主循环电子节温器的固定开口和第一可调开口开启，第二可调开口关闭；辅循环升温系统的辅循环水泵和辅循环电加热器启动，辅循环电子节温器的第四可调开口和第五可调开口开启，第三可调开口关闭，电磁三通阀的出口连通散热风扇的出口；此时，主循环升温系统中的冷却液从电堆的冷却液出口端流出，经主循环水泵、主循环电子节温器和主循环电加热器流入电堆的冷却液入口端；辅循环升温系统的冷却液从辅循环水泵的出口流出，经辅循环电子节温器、辅循环电加热器和电磁三通阀流入辅循环水泵的入口；
步骤2.2：当电堆的冷却液入堆温度升至设定温度的93％～97％时，将电磁三通阀的出口连通至散热风扇的入口；此时，辅循环升温系统的冷却液从辅循环水泵的出口流出，经辅循环电子节温器、辅循环电加热器、电磁三通阀和散热风扇流入辅循环水泵的入口；
步骤2.3：当冷却液入堆温度升至设定温度时，关闭主循环电加热器、辅循环电加热器和辅循环水泵，开启辅循环电子节温器的第三可调开口，关闭第四可调开口，通过控制算法调节主循环电子节温器的第一可调开口和第二可调开口的流量，直至第一可调开口关闭，第二可调开口的开度开满，在调节过程中将冷却液入堆温度稳定控制在设定温度；此时，快速升温系统的冷却液从电堆的冷却液出口端流出，经主循环水泵、电磁三通阀、散热风扇、辅循环水泵、辅循环电子节温器、主循环电子节温器和主循环电加热器流入电堆的冷却液入口端；
步骤2.4：通过调节散热风扇的转速，将冷却液入堆温度控制在设定温度；
步骤3：快速升温系统处于快速升温工作模式，具体如下：
步骤3.1：主循环升温系统的电堆、主循环水泵和主循环电加热器启动，主循环电子节温器的固定开口和第二可调开口开启，第一可调开口关闭；辅循环升温系统的辅循环电加热器启动，辅循环电子节温器的第三可调开口和第四可调开口开启，第五可调开口关闭，电磁三通阀的出口连通散热风扇的入口，辅循环水泵关闭；此时，快速升温系统的冷却液从电堆的冷却液出口端流出，经主循环水泵、辅循环电加热器、辅循环电子节温器、主循环电子节温器和主循环电加热器流入电堆的冷却液入口端；
步骤3.2：当冷却液入堆温度升至设定温度时，关闭主循环电加热器和辅循环电加热器，将辅循环电子节温器的第三可调开口设为固定开口，通过控制算法调节辅循环电子节温器的第四可调开口和第五可调开口的流量，直至第四可调开口关闭，第五可调开口的开度开满，在调节过程中将冷却液入堆温度稳定控制在设定温度；此时，快速升温系统的冷却液从电堆的冷却液出口端流出，经主循环水泵、电磁三通阀、散热风扇、辅循环水泵、辅循环电子节温器、主循环电子节温器和主循环电加热器流入电堆的冷却液入口端；
步骤3.3：通过调节散热风扇的转速，将冷却液入堆温度控制在设定温度。
7.根据权利要求6所述水冷燃料电池发动机的快速升温系统的控制方法，其特征在于，步骤1中所述电量阈值为25％～35％。
8.根据权利要求6所述水冷燃料电池发动机的快速升温系统的控制方法，其特征在于，步骤2和步骤3中所述设定温度为电堆的最优工作温度。
9.根据权利要求6所述水冷燃料电池发动机的快速升温系统的控制方法，其特征在于，步骤2.3和步骤3.2中所述控制算法为PID、MPC或ADRC。
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