CN113054223A - 燃料电池的热管理系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例提供一种燃料电池的热管理系统及控制方法，该系统包括：燃料电池堆、散热器、冷却回路以及控制器；所述燃料电池堆设置有电堆入口端、电堆出口端以及所述电堆入口端与所述电堆出口端形成的堆叠冷却通道，所述散热器设置有散热器入口端、散热器出口端以及所述散热器入口端与所述散热器出口端形成的散热器冷却通道，所述电堆入口端与所述冷却回路的第四端连接，所述电堆出口端与所述冷却回路的第一端连接，所述散热器入口端与所述冷却回路的第二端连接，所述散热器出口端与所述冷却回路的第三端连接，所述冷却回路与所述控制器连接。本申请提供的系统能够有效地将冷却水的导电浓度保持在最佳范围内，进而保证燃料电池系统的安全运行。

Description

燃料电池的热管理系统及控制方法
技术领域
本申请实施例涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池的热管理系统及控制方法。
背景技术
燃料电池通过氢气与空气中的氧气反应产生电力，反应产物是水。不受卡诺循环的限制，效率可以达到50％以上。因此不仅环保而且节能，适用于燃料电池动力车辆。
在诸如燃料电池动力车辆的应用中，通过在燃料电池堆中堆叠多个燃料电池来产生期望的电力。通常在燃料电池中，供应到阳极侧的氢气与阴极侧的氧气(例如空气)反应以发电。该电化学反应还导致燃料电池堆中的热量产生。因此，重要的是将燃料电池堆的温度保持在工作温度内，以避免损坏燃料电池。为此，在燃料电池系统中使用冷却回路。
但是，现有技术中保持适合于不同驱动条件的冷却回路中的冷却剂的温度，压力和电导率浓度等参数是一个挑战。例如，在冷启动条件期间冷却剂温度应该高，以快速加热燃料电池堆，并且在高功率运行条件期间应该低，以将燃料电池的温度保持在工作温度内。类似地，冷却剂的电导率浓度必须保持较低。如果具有过高导电率的冷却剂流入燃料电池堆，则燃料电池堆的电绝缘能力可能降低。因此，需要一种用于燃料电池堆的热管理系统，其保持适合于燃料电池操作的冷却剂的不同参数。在燃料电池系统中使用冷却回路无法将冷却水的导电浓度保持在最佳范围内，进而无法保证燃料电池系统的安全运行。
发明内容
本申请实施例提供一种燃料电池的热管理系统及控制方法，以克服现有技术中在燃料电池系统中使用冷却回路无法将冷却水的导电浓度保持在最佳范围内，进而无法保证燃料电池系统的安全运行的问题。
第一方面，本申请实施例提供一种燃料电池的热管理系统，包括：燃料电池堆、散热器、冷却回路以及控制器；
所述燃料电池堆设置有电堆入口端、电堆出口端以及所述电堆入口端与所述电堆出口端形成的堆叠冷却通道，所述散热器设置有散热器入口端、散热器出口端以及所述散热器入口端与所述散热器出口端形成的散热器冷却通道，所述电堆入口端与所述冷却回路的第四端连接，所述电堆出口端与所述冷却回路的第一端连接，所述散热器入口端与所述冷却回路的第二端连接，所述散热器出口端与所述冷却回路的第三端连接，所述冷却回路与所述控制器连接；
所述堆叠冷却通道用于给冷却剂提供流过所述燃料电池堆的通道，所述散热器冷却通道用于给冷却剂提供流过所述散热器的通道，所述冷却回路用于给冷却剂提供冷却循环通道，所述控制器用于控制所述冷却剂的流向和冷却剂的流量；
其中，所述冷却回路包括：冷却剂进料通道、冷却剂排出通道、去离子通道、电堆旁路通道；
所述冷却剂进料通道由所述冷却回路的第四端和所述冷却回路的第三端之间构成的通道，所述冷却剂进料通道用于在所述电堆入口端和所述散热器出口端之间提供流体连接；
所述冷却剂排出通道是由所述冷却回路的第一端和所述冷却回路的第二端之间构成的通道，所述冷却剂排出通道用于在所述电堆出口端和所述散热器入口端之间提供流体连接；
所述去离子通道中设置有去离子器，所述去离子通道是由所述冷却回路的第一端、所述去离子器和所述冷却回路的第四端之间构成的通道，所述去离子通道用于在所述冷却剂进料通道和所述冷却剂排出通道之间提供流体连接；
所述电堆旁路通道中设置有泄压电阻，所述电堆旁路通道是由所述冷却回路的第四端、靠近电堆入口端且背离电堆出口端方向的第一延伸端、泄压电阻、靠近散热器出口端且背离散热器入口端方向的第二延伸端和所述冷却回路的第三端之间构成的通道，所述冷却剂从所述冷却回路的第三端流向所述冷却回路的第四端之后，所述冷却剂分别流向所述冷却剂进料通道和所述第一延伸端，从所述第一延伸端流入的冷却剂依次流向泄压电阻、第二延伸端所述冷却回路的第三端，所述电堆旁路通道用于在第一延伸端所在的分支上与第二延伸端所在的分支上提供流体连接；
其中，所述第一延伸端为所述冷却回路的第五端，所述第二延伸端为所述冷却回路的第六端。
在一种可能的设计中，所述冷却剂通过所述电堆入口端进入所述堆叠冷却通道，并从所述电堆出口端流出；
从所述电堆出口端流出的冷却剂流入所述冷却回路中，在所述冷却回路中冷却剂的流向依次是所述冷却回路的第一端、所述冷却回路的第二端；
从所述冷却回路的第二端流出的冷却剂的一部分流向所述冷却回路的第三端，从所述冷却回路的第二端流出的冷却剂的另一部分依次流向所述散热器入口端、散热器冷却通道、散热器出口端以及所述冷却回路的第三端；
从所述冷却回路的第三端流出的冷却剂流向所述冷却回路的第四端，从所述冷却回路的第四端流出的冷却剂的第一部分流向所述冷却回路的第一端、从所述冷却回路的第四端流出的冷却剂的第二部分流向所述电堆入口端和从所述冷却回路的第四端流出的冷却剂的第三部分流向所述冷却回路的第五端；
从所述冷却回路的第五端流出的冷却剂依次流向所述冷却回路的第六端和所述冷却回路的第三端。
在一种可能的设计中，所述系统还包括：散热器旁路通道；
所述散热器旁路通道是由所述冷却回路的第二端和所述冷却回路的第三端之间构成的通道，所述散热器旁路通道用于在靠近所述散热器入口端位置的冷却剂排放通道和靠近所述散热器出口端的冷却剂进料通道之间提供流体连接。
在一种可能的设计中，所述系统还包括：设置在所述冷却剂进料通道上的至少一个泵；
所述泵，用于调节所述冷却剂进料通道中冷却剂的流速。
在一种可能的设计中，所述系统还包括：电堆旁通阀、散热器旁通阀和电导率传感器；
所述电堆旁通阀设置在所述冷却剂进料通道和所述电堆旁路通道之间，并配置成控制冷却剂从所述冷却剂进料通道流向所述电堆入口端和电堆旁路通道；
所述散热器旁通阀设置在冷却剂排放通道和散热器旁路通道之间，并配置成控制冷却剂从所述冷却剂排放通道流向所述散热器入口端和散热器旁路通道；
所述电导率传感器设置在靠近所述电堆入口端位置处，所述电导率传感器用于检测流入所述电堆入口端的冷却剂的电导率浓度。
在一种可能的设计中，所述控制器设置成与所述电堆旁通阀、所述散热器旁通阀和所述电导率传感器连通，所述控制器用于在确定进入电堆入口端的冷却剂的电导率浓度高于预设浓度时，控制所述电堆旁通阀以使第一预设阈值的冷却剂流向所述电堆旁路通道，并以使第二预设阈值的冷却剂流向电堆入口端，控制所述散热器旁通阀以使冷却剂流向散热器，并以使冷却剂不能流向所述散热器旁路通道；
其中，所述第一预设阈值大于所述第二预设阈值。
在一种可能的设计中，所述系统还包括：温度传感器；
所述温度传感器设置在靠近电堆入口端的位置处，所述温度传感器用于检测进入所述电堆入口端的冷却剂的温度。
在一种可能的设计中，所述控制器还用于在确定进入电堆入口端的冷却剂的温度低于预设温度时，控制电堆旁通阀以使相等量的冷却剂流向所述电堆旁路通道和电堆入口端，控制所述散热器旁通阀以使冷却剂不能流入散热器，并以使冷却剂流向散热器旁路通道。
第二方面，本申请实施例提供一种燃料电池的热管理控制方法，应用于第一方面或第一方面可能的设计中的燃料电池的热管理系统；
所述方法包括：
所述控制器控制冷却剂流向所述堆叠冷却通道、散热器冷却通道以及所述冷却回路、以及流向所述堆叠冷却通道、散热器冷却通道以及所述冷却回路的冷却剂的流量；
当所述燃料电池堆启动时，所述控制器检测所述冷却剂的状态参数，所述状态参数包括冷却剂的温度和冷却剂的电导率。
在一种可能的设计中，所述控制器控制冷却剂流向所述堆叠冷却通道、散热器冷却通道以及所述冷却回路、以及流向所述堆叠冷却通道、散热器冷却通道以及所述冷却回路的冷却剂的流量，包括：
若所述控制器检测到进入所述电堆入口端的冷却剂的温度低于预设温度时，则所述控制器控制从所述冷却回路的第四端流出的冷却剂的第一阈值流量的冷却剂流向所述电堆旁路通道和从所述冷却回路的第四端流出的冷却剂的第二阈值流量的冷却剂流向所述电堆入口端，并控制从所述冷却回路的第二端流出的冷却剂中的第一预设阈值的冷却剂流向所述电堆旁路通道，且控制从所述冷却回路的第二端流出的冷却剂中的第二预设阈值的冷却剂流向电堆入口端；
其中，所述第一阈值流量与第二阈值流量相等，所述第一预设阈值大于所述第二预设阈值。
在一种可能的设计中，所述控制器控制冷却剂流向所述堆叠冷却通道、散热器冷却通道以及所述冷却回路、以及流向所述堆叠冷却通道、散热器冷却通道以及所述冷却回路的冷却剂的流量，包括：
若所述控制器检测到所述冷却剂的温度高于预设温度时，则所述控制器检测进入所述电堆入口端的冷却剂的电导率浓度是否高于预设浓度；
若所述控制器检测到进入所述电堆入口端的冷却剂的电导率浓度高于预设浓度，所述控制器控制从所述冷却回路的第二端流出的冷却剂通过散热器旁路完全流过散热器，并控制从所述冷却回路的第四端流出的冷却剂中的第三预设阈值的冷却剂流过所述电堆旁路通道中的泄压电阻，且控制从所述冷却回路的第四端流出的冷却剂中的第四预设阈值的冷却剂流过所述去离子通道中的去离子器，所述去离子器用于降低冷却剂的电导率浓度；
其中，所述第三预设阈值大于所述第四预设阈值。
在一种可能的设计中，所述控制器控制冷却剂流向所述堆叠冷却通道、散热器冷却通道以及所述冷却回路、以及流向所述堆叠冷却通道、散热器冷却通道以及所述冷却回路的冷却剂的流量，包括：
若所述控制器检测到进入所述电堆入口端的冷却剂的电导率浓度低于预设浓度，所述控制器控制从所述冷却回路的第二端流出的冷却剂的流速通过散热器旁路完全流过所述散热器，并控制从所述冷却回路的第四端流出的冷却剂的流速完全流过所述泄压电阻。
在一种可能的设计中，所述燃料电池的热管理系统包括：电导率传感器以及温度传感器；
所述方法还包括：
在所述控制器检测到进入所述电堆入口端的冷却剂的温度高于预设温度之前，所述控制器通过所述温度传感器检测进入所述电堆入口端的冷却剂的温度是否高于预设温度；
在所述控制器检测到进入所述电堆入口端的冷却剂的电导率浓度高于预设浓度之前，所述控制器通过所述电导率传感器检测进入所述电堆入口端的冷却剂的电导率浓度是否高于预设浓度。
本实施例提供的燃料电池的热管理系统及控制方法，所述热管理系统设置有燃料电池堆、散热器、冷却回路以及控制器；所述燃料电池堆设置有电堆入口端、电堆出口端以及所述电堆入口端与所述电堆出口端形成的堆叠冷却通道，所述散热器设置有散热器入口端、散热器出口端以及所述散热器入口端与所述散热器出口端形成的散热器冷却通道，所述电堆入口端与所述冷却回路的第一端连接，所述电堆出口端与所述冷却回路的第三端连接，所述散热器入口端与所述冷却回路的第二端连接，所述散热器出口端与所述冷却回路的第四端连接，所述冷却回路与所述控制器连接；通过所述堆叠冷却通道给冷却剂提供流过所述燃料电池堆的通道，所述散热器冷却通道给冷却剂提供流过所述散热器的通道，所述冷却回路给冷却剂提供冷却循环通道，所述控制器控制所述冷却剂的流向和冷却剂的流量，以实现有效地将燃料电池堆的温度保持在工作温度内，以避免损坏燃料电池，其中，所述冷却回路包括：冷却剂进料通道、冷却剂排出通道、去离子通道、电堆旁路通道；所述冷却剂进料通道由所述冷却回路的第四端和所述冷却回路的第三端之间构成的通道，所述冷却剂进料通道用于在所述电堆入口端和所述散热器出口端之间提供流体连接；所述冷却剂排出通道是由所述冷却回路的第一端和所述冷却回路的第二端之间构成的通道，所述冷却剂排出通道用于在所述电堆出口端和所述散热器入口端之间提供流体连接；所述去离子通道中设置有去离子器，所述去离子通道是由所述冷却回路的第一端、所述去离子器和所述冷却回路的第四端之间构成的通道，所述去离子通道用于在所述冷却剂进料通道和所述冷却剂排出通道之间提供流体连接；所述电堆旁路通道中设置有泄压电阻，所述电堆旁路通道是由所述冷却回路的第四端、靠近电堆入口端且背离电堆出口端方向的第一延伸端、泄压电阻、靠近散热器出口端且背离散热器入口端方向的第二延伸端和所述冷却回路的第三端之间构成的通道，所述冷却剂从所述冷却回路的第三端流向所述冷却回路的第四端之后，所述冷却剂分别流向所述冷却剂进料通道和所述第一延伸端，从所述第一延伸端流入的冷却剂依次流向泄压电阻、第二延伸端所述冷却回路的第三端，所述电堆旁路通道用于在第一延伸端所在的分支上与第二延伸端所在的分支上提供流体连接；其中，所述第一延伸端为所述冷却回路的第五端，所述第二延伸端为所述冷却回路的第六端。本方案通过设置燃料电池堆、散热器、冷却回路以及控制器的连接关系形成能够给冷却剂提供流过的各个通道，通过控制器控制冷却剂在各个通道的流向和冷却剂的流量，以使冷却剂在各个通道中对燃料电池堆产生的反应热能够得到充分的冷却，有效地将燃料电池堆的温度保持在工作温度内，以避免损坏燃料电池。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的燃料电池的热管理系统的示意图；
图2为本申请另一实施例提供的燃料电池的热管理系统的示意图；
图3为本申请又一实施例提供的燃料电池的热管理系统的示意图；
图4为本申请再一实施例提供的燃料电池的热管理系统中冷却剂的流向示意图；
图5为本申请另一实施例提供的燃料电池的热管理系统的示意图；
图6为本申请又一实施例提供的燃料电池的热管理系统中冷却剂的流向示意图；
图7为本申请实施例提供的燃料电池的热管理控制方法的流程示意图；
图8为本申请又一实施例提供的燃料电池的热管理控制方法的流程示意图。
附图标记说明
燃料电池堆：101；冷却回路102：散热器：103；；控制器：104；电堆旁通阀：105；散热器旁通阀：106；温度传感器：108；泵：109；电导率传感器：107；去离子器：110；泄压电阻：111；电堆入口端：1011；电堆出口端：1012；散热器入口端：1031；散热器出口端：1032。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例，例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
现有技术中为了保持适合于不同驱动条件的冷却回路中的冷却剂的温度，压力和电导率浓度等参数是一个挑战。例如，在冷启动条件期间冷却剂温度应该高，以快速加热燃料电池堆，并且在高功率运行条件期间应该低，以将燃料电池的温度保持在工作温度内。类似地，冷却剂的电导率浓度必须保持较低。如果具有过高导电率的冷却剂流入燃料电池堆，则燃料电池堆的电绝缘能力可能降低。因此，本申请实施例提供了一种用于燃料电池堆的热管理系统，其保持适合于燃料电池操作的冷却剂的不同参数。
为了有效地将燃料电池堆的温度保持在工作温度内，以避免损坏燃料电池，本申请实施例提供一种燃料电池的热管理系统，图1为本申请实施例提供的燃料电池系统的示意图。
参见图1，所述燃料电池的热管理系统，包括：燃料电池堆、散热器、冷却回路以及控制器；所述燃料电池堆设置有电堆入口端、电堆出口端以及所述电堆入口端与所述电堆出口端形成的堆叠冷却通道，所述散热器设置有散热器入口端、散热器出口端以及所述散热器入口端与所述散热器出口端形成的散热器冷却通道，所述电堆入口端与所述冷却回路的第一端连接，所述电堆出口端与所述冷却回路的第三端连接，所述散热器入口端与所述冷却回路的第二端连接，所述散热器出口端与所述冷却回路的第四端连接，所述冷却回路与所述控制器连接；所述堆叠冷却通道用于给冷却剂提供流过所述燃料电池堆的通道，所述散热器冷却通道用于给冷却剂提供流过所述散热器的通道，所述冷却回路用于给冷却剂提供冷却循环通道，所述控制器用于控制所述冷却剂的流向和冷却剂的流量。其中，所述冷却回路包括：冷却剂进料通道、冷却剂排出通道、去离子通道、电堆旁路通道；
所述冷却剂进料通道由所述冷却回路的第四端和所述冷却回路的第三端之间构成的通道，所述冷却剂进料通道用于在所述电堆入口端和所述散热器出口端之间提供流体连接；
所述冷却剂排出通道是由所述冷却回路的第一端和所述冷却回路的第二端之间构成的通道，所述冷却剂排出通道用于在所述电堆出口端和所述散热器入口端之间提供流体连接；
所述去离子通道中设置有去离子器，所述去离子通道是由所述冷却回路的第一端、所述去离子器和所述冷却回路的第四端之间构成的通道，所述去离子通道用于在所述冷却剂进料通道和所述冷却剂排出通道之间提供流体连接；
所述电堆旁路通道中设置有泄压电阻，所述电堆旁路通道是由所述冷却回路的第四端、靠近电堆入口端且背离电堆出口端方向的第一延伸端、泄压电阻、靠近散热器出口端且背离散热器入口端方向的第二延伸端和所述冷却回路的第三端之间构成的通道，所述冷却剂从所述冷却回路的第三端流向所述冷却回路的第四端之后，所述冷却剂分别流向所述冷却剂进料通道和所述第一延伸端，从所述第一延伸端流入的冷却剂依次流向泄压电阻、第二延伸端所述冷却回路的第三端，所述电堆旁路通道用于在第一延伸端所在的分支上与第二延伸端所在的分支上提供流体连接；其中，所述第一延伸端为所述冷却回路的第五端，所述第二延伸端为所述冷却回路的第六端。
本实施例中，燃料电池堆包括电堆入口端、电堆出口端和在它们之间的冷却剂通道(即堆叠冷却通道)，以允许冷却剂流过堆叠。散热器包括散热器入口端、散热器出口端和在它们之间的冷却剂通道(即散热器冷却通道)，以允许冷却剂流过散热器。所述电堆入口端与所述冷却回路的第一端连接，所述电堆出口端与所述冷却回路的第三端连接，所述散热器入口端与所述冷却回路的第二端连接，所述散热器出口端与所述冷却回路的第四端连接，所述冷却回路与所述控制器连接，形成所述燃料电池的热管理系统。其中，所述堆叠冷却通道、所述散热器冷却通道以及所述冷却回路都用于给冷却剂提供流通的通道，然后通过所述控制器控制所述冷却剂的流向和冷却剂的流量。
实际应用中，在冷却回路中，冷却剂(或是冷却水)循环通过燃料电池堆和散热器。冷却剂从燃料电池堆吸收热量并在散热器中冷却以将燃料电池堆保持在工作温度内。控制器对各个给冷却剂流通的通道中冷却剂的控制，比如电堆入口端、电堆出口端以及所述电堆入口端与所述电堆出口端形成的堆叠冷却通道，散热器入口端、散热器出口端以及所述散热器入口端与所述散热器出口端形成的散热器冷却通道，冷却回路。在冷却回路中，由于冷却剂中较高的电导率浓度可能损坏燃料电池部件并导致电短路。通常，当燃料电池堆闲置很长时，冷却剂的电导率浓度增加。因此，需要在启动燃料电池堆时将冷却剂的导电浓度降低到最佳范围内。另一方面，能够减少冷却回路的响应时间并快速加热燃料电池组以使其处于工作温度内。因此，需要将冷却剂的导电浓度保持在最佳范围内，并且还有助于燃料电池堆的快速预热。
本实施例中，所述热管理系统设置有燃料电池堆101、散热器103、冷却回路102以及控制器104；所述燃料电池堆设置有电堆入口端1011、电堆出口端1012以及所述电堆入口端与所述电堆出口端形成的堆叠冷却通道，所述散热器设置有散热器入口端1031、散热器出口端1032以及所述散热器入口端与所述散热器出口端形成的散热器冷却通道，所述电堆入口端与所述冷却回路的第一端连接，所述电堆出口端与所述冷却回路的第三端连接，所述散热器入口端与所述冷却回路的第二端连接，所述散热器出口端与所述冷却回路的第四端连接，所述冷却回路与所述控制器连接；通过所述堆叠冷却通道给冷却剂提供流过所述燃料电池堆的通道，所述散热器冷却通道给冷却剂提供流过所述散热器的通道，所述冷却回路给冷却剂提供冷却循环通道，所述控制器控制所述冷却剂的流向和冷却剂的流量，以实现有效地将燃料电池堆的温度保持在工作温度内，以避免损坏燃料电池。本方案通过设置燃料电池堆、散热器、冷却回路以及控制器的连接关系形成能够给冷却剂提供流过的各个通道，通过控制器控制冷却剂在各个通道的流向和冷却剂的流量，以使冷却剂在各个通道中对燃料电池堆产生的反应热能够得到充分的冷却，有效地将燃料电池堆的温度保持在工作温度内，以避免损坏燃料电池。
为了明确冷却剂在所述热管理系统中的流向，结合图1所示，所述冷却剂通过所述电堆入口端1011进入所述堆叠冷却通道，并从所述电堆出口端1012流出；从所述电堆出口端流出的冷却剂流入所述冷却回路中，在所述冷却回路102中冷却剂的流向依次是所述冷却回路的第一端、所述冷却回路的第二端；从所述冷却回路的第二端流出的冷却剂的一部分流向所述冷却回路的第三端，从所述冷却回路的第二端流出的冷却剂的另一部分依次流向所述散热器入口端、散热器冷却通道、散热器出口端以及所述冷却回路的第三端；从所述冷却回路的第三端流出的冷却剂流向所述冷却回路的第四端，从所述冷却回路的第四端流出的冷却剂的第一部分流向所述冷却回路的第一端、从所述冷却回路的第四端流出的冷却剂的第二部分流向所述电堆入口端和从所述冷却回路的第四端流出的冷却剂的第三部分流向所述冷却回路的第五端；从所述冷却回路的第五端流出的冷却剂依次流向所述冷却回路的第六端和所述冷却回路的第三端。
本实施例中，冷却回路包含了六个节点端口，通过堆叠冷却通道、散热器冷却通道以及冷却回路中的各个通道给冷却剂提供了流通的连接关系，冷却剂在堆叠冷却通道、散热器冷却通道以及冷却回路中不断循环进而冷却燃料电池堆产生的反应热，以使燃料电池堆能够保持在工作温度内，同时将冷却剂的导电浓度保持在最佳值。
具体地，冷却剂在冷却回路102中如何循环和作用，结合图2所示，图2为本申请另一实施例提供的燃料电池的热管理系统的示意图。
本实施例中，冷却回路包括冷却剂进料通道，冷却剂排出通道，散热器旁路通道，电堆旁路通道和去离子通道。冷却剂进料通道，用于在散热器出口端和电堆入口端之间提供流体连接；冷却剂排出通道，用于在电堆出口端和散热器入口端之间提供流体连接；电堆旁路通道在邻近电堆入口端的位置处远离冷却剂进料通道的分支上并且在远离电堆入口端的位置处重新连接到冷却剂进料通道，其中，在电堆旁路通道中设置有泄压电阻111，即电堆旁路通道在燃料电池堆上游的位置处朝向泄压电阻远离冷却剂进料通道的分支上，并且在经过泄压电阻之后在与散热器出口端相邻的位置处重新连接到冷却剂进料通道。流体连接在冷却剂进料通道和冷却剂排出通道之间的去离子通道，其中去离子通道从冷却剂进料通道分支，在电堆旁路通道与冷却剂进料通道重新连接的点的下游位置处，并且在电堆旁路通道与冷却剂进料通道重新连接的点的上游的点处的电堆旁路通道延伸位置处，远离冷却剂进料通道分支。
具体地，冷却剂进料通道流体连接在散热器出口端和电堆入口之间，冷却剂排出通道流体连接在电堆出口端和散热器入口端之间，冷却剂进料通道和冷却剂排出通道一起允许冷却剂在燃料电池堆和散热器内循环。
电堆旁路通道在燃料电池堆上游的位置处朝向倾卸电阻器远离冷却剂进料通道分支，并且在经过泄压电阻之后在与散热器出口端相邻的位置处重新连接到冷却剂进料通道。其中，泄压电阻用作电加热器，泄压电阻可用于快速消耗燃料电池堆中产生的多余能量，通过冷却回路将热量散去。
去离子通道从冷却剂进料通道在电堆旁路通道从冷却剂进料通道分开的部分与电堆旁路通道与冷却剂进料通道重新连接的部分之间的位置处延伸。去离子通道包括去离子器110，该去离子器110用于从通过去离子通道循环的冷却剂中滤出离子。
在一种可能的设计中，所述系统还包括：散热器旁路通道；所述散热器旁路通道是由所述冷却回路的第二端和所述冷却回路的第三端之间构成的通道，所述散热器旁路通道用于在靠近所述散热器入口端位置的冷却剂排放通道和靠近所述散热器出口端的冷却剂进料通道之间提供流体连接。
本实施例中，散热器旁路通道，用于在散热器入口端上游的冷却剂排放通道和散热器出口端下游的冷却剂进料通道之间提供流体连接。其中，散热器旁路通道在冷却剂排出通道和冷却剂进给通道之间延伸，其中，散热器旁路通道基本上平行于散热器。散热器旁路通道在散热器入口端上游的位置处从冷却剂排出通道延伸到散热器出口端下游的位置处的冷却剂进料通道。
在一种可能的设计中，所述系统还包括：设置在所述冷却剂进料通道上的至少一个泵；所述泵，用于调节所述冷却剂进料通道中冷却剂的流速。
为了有效地控制冷却剂的流向和冷却剂的流量，所述系统增加了电堆旁通阀、散热器旁通阀和电导率传感器，参见图3所示，图3为本申请又一实施例提供的燃料电池的热管理系统，所述系统还包括：电堆旁通阀105、散热器旁通阀106和电导率传感器107；所述电堆旁通阀设置在所述冷却剂进料通道和所述电堆旁路通道之间，并配置成控制冷却剂从所述冷却剂进料通道流向所述电堆入口端和电堆旁路通道；所述散热器旁通阀设置在冷却剂排放通道和散热器旁路通道之间，并配置成控制冷却剂从所述冷却剂排放通道流向所述散热器入口端和散热器旁路通道；所述电导率传感器设置在靠近所述电堆入口端位置处，所述电导率传感器用于检测流入所述电堆入口端的冷却剂的电导率浓度。
本实施例中，电堆旁通阀设置在冷却剂进料通道和电堆旁路通道之间，并配置成控制冷却剂流向电堆入口端和电堆旁路通道，以控制通过电堆旁路通道和燃料电池堆的冷却剂流速。其中，电堆旁通阀可以是三通阀并且设置在冷却剂进料通道上。散热器旁通阀设置在冷却剂排出通道和散热器旁路通道之间，并且配置成控制冷却剂到散热器和散热器旁路通道的流动，以控制散热器旁路通道和散热器中的冷却剂的流量。其中，散热器旁通阀可以是三通阀。电导率传感器107(Conductivity Sensor，CS)设置在电堆入口端附近，以检测冷却剂的电导率浓度。
在一种可能的设计中，为了实现控制器在整个系统中是如何控制的，进而能够有效率实现循环且节约资源，结合图3所示，所述控制器104设置成与所述电堆旁通阀105、所述散热器旁通阀106和所述电导率传感器107连通，所述控制器用于在确定进入电堆入口端的冷却剂的电导率浓度高于预设浓度时，控制所述电堆旁通阀以使第一预设阈值的冷却剂流向所述电堆旁路通道，并以使第二预设阈值的冷却剂流向电堆入口端，控制所述散热器旁通阀以使冷却剂流向散热器，并以使冷却剂不能流向所述散热器旁路通道；其中，所述第一预设阈值大于所述第二预设阈值。
本实施例中，冷却回路还包括设置在电堆入口端上游的电导率传感器和分别设置在燃料电池堆的上游和下游的冷却剂进料通道和冷却剂排出通道中上的每一个压力传感器，以及设置在冷却回路上的至少一个泵(泵109)用以调节冷却剂进料通道中冷却剂的流速。其中，本实施例可以使用一个以上的低功率泵代替一个高功率泵来调节冷却剂进料通道中的冷却剂的流速。
其中，控制器在确定进入电堆入口端的冷却剂的电导率浓度高于预设浓度时，控制器控制电堆旁通阀允许大量冷却剂(第一预设阈值的冷却剂)流过电堆旁路通道，并允许最小的冷却剂(第二预设阈值的冷却剂)流入电堆入口端；同时控制散热器旁通阀以成允许冷却剂流过散热器并阻止冷却剂流过散热器旁路通道。
在实际应用中，基于堆叠(燃料电池堆)配置和冷却剂的类型来确定电导率集中的预设浓度。在一个实施例中，预设浓度可以是5μS/cm。在高电导率浓度条件下，电堆旁通阀(SBV)被控制以主要通过泄压电阻引导冷却剂流动，流向燃料电池堆的流量应非常少，可用于测试冷却剂的导电率。此外，控制器控制散热器旁通阀(RBV)以将冷却剂流完全引导通过散热器并阻止冷却剂流过散热器旁路。参见图4所示，在高电导率浓度条件下，控制器控制SBV以引导冷却剂流主要通过泄压电阻，并且控制RBV以引导冷却剂流完全通过散热器。该控制策略允许在冷却剂进料通道中流动的冷却剂基本上流过泄压电阻，在通过泄压电阻之后，冷却剂穿过去离子通道并通过去离子器，在去离子器中，冷却剂的电导率浓度降低。此后，冷却剂到达散热器旁通阀，在那里流量完全被引导到散热器并且在散热器旁路通道中被阻挡，然后冷却剂从散热器再次流入冷却剂进料通道，并且重复该过程直到冷却剂的导电率浓度小于或等于预设浓度。一旦冷却剂的电导率浓度等于或小于预设浓度，控制器控制电堆旁通阀以允许冷却剂完全流过电池组并阻止流向电堆旁路通道。类似地，控制RBV以允许冷却剂完全流过散热器旁路通道并阻止冷却剂流过散热器。
在一种可能的设计中，参见图5所示，图5为本申请另一实施例提供的燃料电池的热管理系统的示意图。为了有效地检测整个系统中冷却剂的温度，系统中还设置有温度传感器，所述系统还包括：温度传感器108；所述温度传感器设置在靠近电堆入口端的位置处，所述温度传感器用于检测进入所述电堆入口端的冷却剂的温度。
在一种可能的设计中，结合温度传感器108(在图中用符号T表示)，所述控制器还用于在确定进入电堆入口端的冷却剂的温度低于预设温度时，控制电堆旁通阀以使相等量的冷却剂流向所述电堆旁路通道和电堆入口端，控制所述散热器旁通阀以使冷却剂不能流入散热器，并以使冷却剂流向散热器旁路通道。
本实施例中，结合图6所示，图6为本申请又一实施例提供的燃料电池的热管理系统中冷却剂的流向示意图。温度传感器设置在电堆入口端附近，以检测进入燃料电池堆的冷却剂的温度。其中，控制器在确定进入电堆入口端的冷却剂的温度低于预设温度时，控制器控制电堆旁通阀允许相等量的冷却剂流过电堆旁路通道和电堆入口端，同时控制散热器旁通阀阻止冷却剂流过散热器，并允许冷却剂流过散热器旁路通道。
在实际应用中，在燃料电池启动时，如果进入燃料电池堆的冷却剂的温度低于预设温度，则标记为冷启动条件。例如，如果进入电堆(燃料电池堆)的冷却剂的温度低于5摄氏度，则标记冷启动条件。此外，在冷启动条件下，控制器控制电堆旁通阀以允许冷却剂在相同的流速下均匀地流过燃料电池堆和泄压电阻。同时控制器控制散热器旁通阀，使冷却剂主要通过散热器旁路通道，最小流量通过散热器。SBV和RBV的这种控制允许冷却剂保持热量并快速加热燃料电池堆。例如，冷却剂在通过泄压电阻时被加热，此外，由于通过允许通过散热器旁路通道的最大流量，避免了散热器中的冷却剂的排热。
具体地，检测燃料电池是否启动，若燃料电池启动，则检测冷却剂的温度和电导率。若检测到冷启动条件，即进入燃料电池堆的冷却剂的温度低于预设温度，则控制SBV以允许相同的冷却剂流过泄压电阻和燃料电池堆，同时控制RBV以确保冷却剂主要通过散热器旁路通道通过，最小流量通过散热器；若未检测到冷启动条件，即进入燃料电池堆的冷却剂的温度不低于预设温度，则检测冷却剂的电导率浓度是否大于预设浓度，若大于，则控制RBV以允许冷却剂通过散热器旁路通道完全流过散热器；控制SBV使所有冷却液完全流过泄压电阻，通过泄压电阻，允许冷却液通过去离子器；若小于或等于，则控制RBV以使冷却液完全流过散热器旁路通道，并通过散热器，同时控制SBV使所有冷却液完全流过燃料电池堆，通过泄压电阻，控制泵(泵)以增加冷却剂的流速。通过控制器控制冷却剂在各个通道的流向和冷却剂的流量，以使冷却剂在各个通道中对燃料电池堆产生的反应热能够得到充分的冷却，有效地将燃料电池堆的温度保持在工作温度内，以避免损坏燃料电池。
为了实现所述燃料电池的热管理系统的控制策略，本实施例提供了一种燃料电池的热管理控制方法。所述方法应用于燃料电池的热管理系统，所述燃料电池的热管理系统包括：燃料电池堆、散热器、冷却回路以及控制器；所述燃料电池堆设置有电堆入口端、电堆出口端以及所述电堆入口端与所述电堆出口端形成的堆叠冷却通道，所述散热器设置有散热器入口端、散热器出口端以及所述散热器入口端与所述散热器出口端形成的散热器冷却通道，所述电堆入口端与所述冷却回路的第一端连接，所述电堆出口端与所述冷却回路的第三端连接，所述散热器入口端与所述冷却回路的第二端连接，所述散热器出口端与所述冷却回路的第四端连接，所述冷却回路与所述控制器连接；所述堆叠冷却通道用于给冷却剂提供流过所述燃料电池堆的通道，所述散热器冷却通道用于给冷却剂提供流过所述散热器的通道，所述冷却回路用于给冷却剂提供冷却循环通道；其中，所述冷却回路包括：冷却剂进料通道、冷却剂排出通道、去离子通道、电堆旁路通道；所述冷却剂进料通道由所述冷却回路的第四端和所述冷却回路的第三端之间构成的通道，所述冷却剂进料通道用于在所述电堆入口端和所述散热器出口端之间提供流体连接；所述冷却剂排出通道是由所述冷却回路的第一端和所述冷却回路的第二端之间构成的通道，所述冷却剂排出通道用于在所述电堆出口端和所述散热器入口端之间提供流体连接；所述去离子通道中设置有去离子器，所述去离子通道是由所述冷却回路的第一端、所述去离子器和所述冷却回路的第四端之间构成的通道，所述去离子通道用于在所述冷却剂进料通道和所述冷却剂排出通道之间提供流体连接；所述电堆旁路通道中设置有泄压电阻，所述电堆旁路通道是由所述冷却回路的第四端、靠近电堆入口端且背离电堆出口端方向的第一延伸端、泄压电阻、靠近散热器出口端且背离散热器入口端方向的第二延伸端和所述冷却回路的第三端之间构成的通道，所述冷却剂从所述冷却回路的第三端流向所述冷却回路的第四端之后，所述冷却剂分别流向所述冷却剂进料通道和所述第一延伸端，从所述第一延伸端流入的冷却剂依次流向泄压电阻、第二延伸端所述冷却回路的第三端，所述电堆旁路通道用于在第一延伸端所在的分支上与第二延伸端所在的分支上提供流体连接；其中，所述第一延伸端为所述冷却回路的第五端，所述第二延伸端为所述冷却回路的第六端。所述方法包括：所述控制器控制冷却剂流向所述堆叠冷却通道、散热器冷却通道以及所述冷却回路、以及流向所述堆叠冷却通道、散热器冷却通道以及所述冷却回路的冷却剂的流量。
本实施例中，在冷却回路中，冷却剂(或是冷却水)循环通过燃料电池堆和散热器。冷却剂从燃料电池堆吸收热量并在散热器中冷却以将燃料电池堆保持在工作温度内。控制器对各个给冷却剂流通的通道中冷却剂的控制，比如电堆入口端、电堆出口端以及所述电堆入口端与所述电堆出口端形成的堆叠冷却通道，散热器入口端、散热器出口端以及所述散热器入口端与所述散热器出口端形成的散热器冷却通道，冷却回路。在冷却回路中，由于冷却剂中较高的电导率浓度可能损坏燃料电池部件并导致电短路。通常，当燃料电池堆闲置很长时，冷却剂的电导率浓度增加。因此，需要在启动燃料电池堆时将冷却剂的导电浓度降低到最佳范围内。另一方面，能够减少冷却回路的响应时间并快速加热燃料电池组以使其处于工作温度内。因此，需要将冷却剂的导电浓度保持在最佳范围内，并且还有助于燃料电池堆的快速预热。
其中，所述控制器控制所述冷却剂的流向和冷却剂的流量，以实现有效地将燃料电池堆的温度保持在工作温度内，以避免损坏燃料电池。本方案通过设置燃料电池堆、散热器、冷却回路以及控制器的连接关系形成能够给冷却剂提供流过的各个通道，通过控制器控制冷却剂在各个通道的流向和冷却剂的流量，以使冷却剂在各个通道中对燃料电池堆产生的反应热能够得到充分的冷却，有效地将燃料电池堆的温度保持在工作温度内，以避免损坏燃料电池。
本实施例提供的控制方法，可用于执行上述系统实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，本实施例此处不再赘述。
在一种可能的设计中，所述冷却回路包括：冷却剂进料通道，冷却剂排出通道，散热器旁路通道、去离子通道、电堆旁路通道；所述方法还包括：当所述燃料电池堆启动时，所述控制器检测所述冷却剂的状态参数，所述状态参数包括冷却剂的温度和冷却剂的电导率。
本实施例中，冷却剂进料通道流体连接在散热器出口端和电堆入口之间，冷却剂排出通道流体连接在电堆出口端和散热器入口端之间，冷却剂进料通道和冷却剂排出通道一起允许冷却剂在燃料电池堆和散热器内循环。当所述燃料电池堆启动时，所述控制器开始执行控制操作，检测所述冷却剂的温度和冷却剂的电导率，进而确定如何控制整个热管理系统，实现热管理的控制策略。
在一种可能的设计中，所述控制器控制冷却剂流向所述堆叠冷却通道、散热器冷却通道以及所述冷却回路、以及流向所述堆叠冷却通道、散热器冷却通道以及所述冷却回路的冷却剂的流量，包括：
若所述控制器检测到进入所述电堆入口端的冷却剂的温度低于预设温度时，则所述控制器控制从所述冷却回路的第四端流出的冷却剂的第一阈值流量的冷却剂流向所述电堆旁路通道和从所述冷却回路的第四端流出的冷却剂的第二阈值流量的冷却剂流向所述电堆入口端，并控制从所述冷却回路的第二端流出的冷却剂中的第一预设阈值的冷却剂流向所述电堆旁路通道，且控制从所述冷却回路的第二端流出的冷却剂中的第二预设阈值的冷却剂流向电堆入口端；其中，所述第一阈值流量与第二阈值流量相等，所述第一预设阈值大于所述第二预设阈值。
本实施例中，为了有效地控制冷却剂的流向和冷却剂的流量，所述系统增加了电堆旁通阀、散热器旁通阀，所述电堆旁通阀设置在所述冷却剂进料通道和所述电堆旁路通道之间，并配置成控制冷却剂从所述冷却剂进料通道流向所述电堆入口端和电堆旁路通道；所述散热器旁通阀设置在冷却剂排放通道和散热器旁路通道之间，并配置成控制冷却剂从所述冷却剂排放通道流向所述散热器入口端和散热器旁路通道。
具体地，控制器在确定进入电堆入口端的冷却剂的电导率浓度高于预设浓度时，控制器控制电堆旁通阀允许大量冷却剂(第一预设阈值的冷却剂)流过电堆旁路通道，并允许最小的冷却剂(第二预设阈值的冷却剂)流入电堆入口端；同时控制散热器旁通阀以成允许冷却剂流过散热器并阻止冷却剂流过散热器旁路通道。
在一种可能的设计中，所述控制器控制冷却剂流向所述堆叠冷却通道、散热器冷却通道以及所述冷却回路、以及流向所述堆叠冷却通道、散热器冷却通道以及所述冷却回路的冷却剂的流量，包括：
若所述控制器检测到所述冷却剂的温度高于预设温度时，则所述控制器检测进入所述电堆入口端的冷却剂的电导率浓度是否高于预设浓度；若所述控制器检测到进入所述电堆入口端的冷却剂的电导率浓度高于预设浓度，所述控制器控制从所述冷却回路的第二端流出的冷却剂通过散热器旁路完全流过散热器，并控制从所述冷却回路的第四端流出的冷却剂中的第三预设阈值的冷却剂流过所述电堆旁路通道中的泄压电阻，且控制从所述冷却回路的第四端流出的冷却剂中的第四预设阈值的冷却剂流过所述去离子通道中的去离子器，所述去离子器用于降低冷却剂的电导率浓度；其中，所述第三预设阈值大于所述第四预设阈值。
在实际应用中，基于堆叠(燃料电池堆)配置和冷却剂的类型来确定电导率集中的预设浓度。在一个实施例中，预设浓度可以是5μS/cm。在高电导率浓度条件下，电堆旁通阀(SBV)被控制以主要通过泄压电阻引导冷却剂流动，流向燃料电池堆的流量应非常少，可用于测试冷却剂的导电率。此外，控制器控制散热器旁通阀(RBV)以将冷却剂流完全引导通过散热器并阻止冷却剂流过散热器旁路。在高电导率浓度条件下，控制器控制SBV以引导冷却剂流主要通过泄压电阻，并且控制RBV以引导冷却剂流完全通过散热器。该控制策略允许在冷却剂进料通道中流动的冷却剂基本上流过泄压电阻，在通过泄压电阻之后，冷却剂穿过去离子通道并通过去离子器，在去离子器中，冷却剂的电导率浓度降低。此后，冷却剂到达散热器旁通阀，在那里流量完全被引导到散热器并且在散热器旁路通道中被阻挡，然后冷却剂从散热器再次流入冷却剂进料通道，并且重复该过程直到冷却剂的导电率浓度小于或等于预设浓度。一旦冷却剂的电导率浓度等于或小于预设浓度，控制器控制电堆旁通阀以允许冷却剂完全流过电池组并阻止流向电堆旁路通道。类似地，控制RBV以允许冷却剂完全流过散热器旁路通道并阻止冷却剂流过散热器。
在一种可能的设计中，所述系统还包括：电导率传感器以及温度传感器；所述方法还包括：
在所述控制器检测到进入所述电堆入口端的冷却剂的温度高于预设温度之前，所述控制器通过所述温度传感器检测进入所述电堆入口端的冷却剂的温度是否高于预设温度；在所述控制器检测到进入所述电堆入口端的冷却剂的电导率浓度高于预设浓度之前，所述控制器通过所述电导率传感器检测进入所述电堆入口端的冷却剂的电导率浓度是否高于预设浓度。
本实施例中，通过温度传感器，用以检测进入电堆入口端的冷却剂的温度是否低于或高于预设温度，进而使控制器执行相应的控制操作；通过电导率传感器用以检测流入所述电堆入口端的冷却剂的电导率浓度，进而使控制器执行相应的控制操作。
在一种可能的设计中，所述控制器控制冷却剂流向所述堆叠冷却通道、散热器冷却通道以及所述冷却回路、以及流向所述堆叠冷却通道、散热器冷却通道以及所述冷却回路的冷却剂的流量，包括：
若所述控制器检测到进入所述电堆入口端的冷却剂的电导率浓度低于预设浓度，所述控制器控制从所述冷却回路的第二端流出的冷却剂的流速通过散热器旁路完全流过所述散热器，并控制从所述冷却回路的第四端流出的冷却剂的流速完全流过所述泄压电阻。
在实际应用中，在燃料电池启动时，如果进入燃料电池堆的冷却剂的温度低于预设温度，则标记为冷启动条件。例如，如果进入电堆(燃料电池堆)的冷却剂的温度低于5摄氏度，则标记冷启动条件。此外，在冷启动条件下，控制器控制电堆旁通阀以允许冷却剂在相同的流速下均匀地流过燃料电池堆和泄压电阻。同时控制器控制散热器旁通阀，使冷却剂主要通过散热器旁路通道，最小流量通过散热器。SBV和RBV的这种控制允许冷却剂保持热量并快速加热燃料电池堆。例如，冷却剂在通过泄压电阻时被加热，此外，由于通过允许通过散热器旁路通道的最大流量，避免了散热器中的冷却剂的排热。
参见图7所示，图7为本申请实施例提供的燃料电池的热管理控制方法的流程示意图。热管理系统的控制策略为：
S701、若所述控制器检测到进入所述电堆入口端的冷却剂的温度低于预设温度时，则所述控制器控制从所述冷却回路的第四端流出的冷却剂的第一阈值流量的冷却剂流向所述电堆旁路通道和从所述冷却回路的第四端流出的冷却剂的第二阈值流量的冷却剂流向所述电堆入口端，并控制从所述冷却回路的第二端流出的冷却剂中的第一预设阈值的冷却剂流向所述电堆旁路通道，且控制从所述冷却回路的第二端流出的冷却剂中的第二预设阈值的冷却剂流向电堆入口端；
S702、若所述控制器检测到所述冷却剂的温度高于预设温度时，则所述控制器检测进入所述电堆入口端的冷却剂的电导率浓度是否高于预设浓度；
S703、若所述控制器检测到进入所述电堆入口端的冷却剂的电导率浓度高于预设浓度，所述控制器控制从所述冷却回路的第二端流出的冷却剂通过散热器旁路完全流过散热器，并控制从所述冷却回路的第四端流出的冷却剂中的第三预设阈值的冷却剂流过所述电堆旁路通道中的泄压电阻，且控制从所述冷却回路的第四端流出的冷却剂中的第四预设阈值的冷却剂流过所述去离子通道中的去离子器，所述去离子器用于降低冷却剂的电导率浓度；其中，所述第三预设阈值大于所述第四预设阈值；
S704、若所述控制器检测到进入所述电堆入口端的冷却剂的电导率浓度低于预设浓度，所述控制器控制从所述冷却回路的第二端流出的冷却剂的流速通过散热器旁路完全流过所述散热器，并控制从所述冷却回路的第四端流出的冷却剂的流速完全流过所述泄压电阻。
具体地，燃料电池系统中电子控制单元(Electronic Control Unit，ECU)内部程序将会根据不同的电流大小，设置不同的冷却剂进出口温度期望值，从而确保在不同工况下，都可以通过PID自动调节的方式满足电堆的工作环境温度。通过燃料电池堆的电堆入口端温度控制风扇转速，电堆进出口(电堆入口端与电堆出口端)温差delt T控制泵转速。
结合图7和图8所示，热管理系统的控制策略具体为：
S801、检测到燃料电池启动；
S802、检测冷却剂的温度和冷却剂的电导率；
S803、判断是否检测到冷启动条件；
S804、若检测到冷启动条件，即进入燃料电池堆的冷却剂的温度低于预设温度，则控制SBV以允许相同的冷却剂流过泄压电阻和燃料电池堆，同时控制RBV以确保冷却剂主要通过散热器旁路通道通过，最小流量通过散热器，继续执行S802；
S805、若未检测到冷启动条件，即进入燃料电池堆的冷却剂的温度不低于预设温度，则检测冷却剂的电导率浓度是否大于预设浓度；
S806、若大于，则控制RBV以允许冷却剂通过散热器旁路通道完全流过散热器；控制SBV使所有冷却液完全流过泄压电阻，通过泄压电阻，允许冷却液通过去离子器，继续执行S805；
S807、若小于或等于，则控制RBV以使冷却液完全流过散热器旁路通道，并通过散热器，同时控制SBV使所有冷却液完全流过燃料电池堆，通过泄压电阻，控制泵以增加冷却剂的流速。通过控制器控制冷却剂在各个通道的流向和冷却剂的流量，以使冷却剂在各个通道中对燃料电池堆产生的反应热能够得到充分的冷却，有效地将燃料电池堆的温度保持在工作温度内，以避免损坏燃料电池。
本方案通过设置燃料电池堆、散热器、冷却回路以及控制器的连接关系形成能够给冷却剂提供流过的各个通道，通过控制器控制冷却剂在各个通道的流向和冷却剂的流量，以使冷却剂在各个通道中对燃料电池堆产生的反应热能够得到充分的冷却，有效地将燃料电池堆的温度保持在工作温度内，以避免损坏燃料电池。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (13)

1.一种燃料电池的热管理系统，其特征在于，包括：燃料电池堆、散热器、冷却回路以及控制器；
所述燃料电池堆设置有电堆入口端、电堆出口端以及所述电堆入口端与所述电堆出口端形成的堆叠冷却通道，所述散热器设置有散热器入口端、散热器出口端以及所述散热器入口端与所述散热器出口端形成的散热器冷却通道，所述电堆入口端与所述冷却回路的第四端连接，所述电堆出口端与所述冷却回路的第一端连接，所述散热器入口端与所述冷却回路的第二端连接，所述散热器出口端与所述冷却回路的第三端连接，所述冷却回路与所述控制器连接；
所述堆叠冷却通道用于给冷却剂提供流过所述燃料电池堆的通道，所述散热器冷却通道用于给冷却剂提供流过所述散热器的通道，所述冷却回路用于给冷却剂提供冷却循环通道，所述控制器用于控制所述冷却剂的流向和冷却剂的流量；
其中，所述冷却回路包括：冷却剂进料通道、冷却剂排出通道、去离子通道、电堆旁路通道；
所述冷却剂进料通道由所述冷却回路的第四端和所述冷却回路的第三端之间构成的通道，所述冷却剂进料通道用于在所述电堆入口端和所述散热器出口端之间提供流体连接；
所述冷却剂排出通道是由所述冷却回路的第一端和所述冷却回路的第二端之间构成的通道，所述冷却剂排出通道用于在所述电堆出口端和所述散热器入口端之间提供流体连接；
所述去离子通道中设置有去离子器，所述去离子通道是由所述冷却回路的第一端、所述去离子器和所述冷却回路的第四端之间构成的通道，所述去离子通道用于在所述冷却剂进料通道和所述冷却剂排出通道之间提供流体连接；
所述电堆旁路通道中设置有泄压电阻，所述电堆旁路通道是由所述冷却回路的第四端、靠近电堆入口端且背离电堆出口端方向的第一延伸端、泄压电阻、靠近散热器出口端且背离散热器入口端方向的第二延伸端和所述冷却回路的第三端之间构成的通道，所述冷却剂从所述冷却回路的第三端流向所述冷却回路的第四端之后，所述冷却剂分别流向所述冷却剂进料通道和所述第一延伸端，从所述第一延伸端流入的冷却剂依次流向泄压电阻、第二延伸端所述冷却回路的第三端，所述电堆旁路通道用于在第一延伸端所在的分支上与第二延伸端所在的分支上提供流体连接；
其中，所述第一延伸端为所述冷却回路的第五端，所述第二延伸端为所述冷却回路的第六端。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述冷却剂通过所述电堆入口端进入所述堆叠冷却通道，并从所述电堆出口端流出；
从所述电堆出口端流出的冷却剂流入所述冷却回路中，在所述冷却回路中冷却剂的流向依次是所述冷却回路的第一端、所述冷却回路的第二端；
从所述冷却回路的第二端流出的冷却剂的一部分流向所述冷却回路的第三端，从所述冷却回路的第二端流出的冷却剂的另一部分依次流向所述散热器入口端、散热器冷却通道、散热器出口端以及所述冷却回路的第三端；
从所述冷却回路的第三端流出的冷却剂流向所述冷却回路的第四端，从所述冷却回路的第四端流出的冷却剂的第一部分流向所述冷却回路的第一端、从所述冷却回路的第四端流出的冷却剂的第二部分流向所述电堆入口端和从所述冷却回路的第四端流出的冷却剂的第三部分流向所述冷却回路的第五端；
从所述冷却回路的第五端流出的冷却剂依次流向所述冷却回路的第六端和所述冷却回路的第三端。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：散热器旁路通道；
所述散热器旁路通道是由所述冷却回路的第二端和所述冷却回路的第三端之间构成的通道，所述散热器旁路通道用于在靠近所述散热器入口端位置的冷却剂排放通道和靠近所述散热器出口端的冷却剂进料通道之间提供流体连接。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：设置在所述冷却剂进料通道上的至少一个泵；
所述泵，用于调节所述冷却剂进料通道中冷却剂的流速。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：电堆旁通阀、散热器旁通阀和电导率传感器；
所述电堆旁通阀设置在所述冷却剂进料通道和所述电堆旁路通道之间，并配置成控制冷却剂从所述冷却剂进料通道流向所述电堆入口端和电堆旁路通道；
所述散热器旁通阀设置在冷却剂排放通道和散热器旁路通道之间，并配置成控制冷却剂从所述冷却剂排放通道流向所述散热器入口端和散热器旁路通道；
所述电导率传感器设置在靠近所述电堆入口端位置处，所述电导率传感器用于检测流入所述电堆入口端的冷却剂的电导率浓度。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述控制器设置成与所述电堆旁通阀、所述散热器旁通阀和所述电导率传感器连通，所述控制器用于在确定进入电堆入口端的冷却剂的电导率浓度高于预设浓度时，控制所述电堆旁通阀以使第一预设阈值的冷却剂流向所述电堆旁路通道，并以使第二预设阈值的冷却剂流向电堆入口端，控制所述散热器旁通阀以使冷却剂流向散热器，并以使冷却剂不能流向所述散热器旁路通道；
其中，所述第一预设阈值大于所述第二预设阈值。
7.根据权利要求5或6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：温度传感器；
所述温度传感器设置在靠近电堆入口端的位置处，所述温度传感器用于检测进入所述电堆入口端的冷却剂的温度。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述控制器还用于在确定进入电堆入口端的冷却剂的温度低于预设温度时，控制电堆旁通阀以使相等量的冷却剂流向所述电堆旁路通道和电堆入口端，控制所述散热器旁通阀以使冷却剂不能流入散热器，并以使冷却剂流向散热器旁路通道。
9.一种燃料电池的热管理控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1-8任一项所述的燃料电池的热管理系统，
所述方法包括：
所述控制器控制冷却剂流向所述堆叠冷却通道、散热器冷却通道以及所述冷却回路、以及流向所述堆叠冷却通道、散热器冷却通道以及所述冷却回路的冷却剂的流量；
当所述燃料电池堆启动时，所述控制器检测所述冷却剂的状态参数，所述状态参数包括冷却剂的温度和冷却剂的电导率。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述控制器控制冷却剂流向所述堆叠冷却通道、散热器冷却通道以及所述冷却回路、以及流向所述堆叠冷却通道、散热器冷却通道以及所述冷却回路的冷却剂的流量，包括：
若所述控制器检测到进入所述电堆入口端的冷却剂的温度低于预设温度时，则所述控制器控制从所述冷却回路的第四端流出的冷却剂的第一阈值流量的冷却剂流向所述电堆旁路通道和从所述冷却回路的第四端流出的冷却剂的第二阈值流量的冷却剂流向所述电堆入口端，并控制从所述冷却回路的第二端流出的冷却剂中的第一预设阈值的冷却剂流向所述电堆旁路通道，且控制从所述冷却回路的第二端流出的冷却剂中的第二预设阈值的冷却剂流向电堆入口端；
其中，所述第一阈值流量与第二阈值流量相等，所述第一预设阈值大于所述第二预设阈值。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述控制器控制冷却剂流向所述堆叠冷却通道、散热器冷却通道以及所述冷却回路、以及流向所述堆叠冷却通道、散热器冷却通道以及所述冷却回路的冷却剂的流量，包括：
若所述控制器检测到所述冷却剂的温度高于预设温度时，则所述控制器检测进入所述电堆入口端的冷却剂的电导率浓度是否高于预设浓度；
若所述控制器检测到进入所述电堆入口端的冷却剂的电导率浓度高于预设浓度，所述控制器控制从所述冷却回路的第二端流出的冷却剂通过散热器旁路完全流过散热器，并控制从所述冷却回路的第四端流出的冷却剂中的第三预设阈值的冷却剂流过所述电堆旁路通道中的泄压电阻，且控制从所述冷却回路的第四端流出的冷却剂中的第四预设阈值的冷却剂流过所述去离子通道中的去离子器，所述去离子器用于降低冷却剂的电导率浓度；
其中，所述第三预设阈值大于所述第四预设阈值。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述控制器控制冷却剂流向所述堆叠冷却通道、散热器冷却通道以及所述冷却回路、以及流向所述堆叠冷却通道、散热器冷却通道以及所述冷却回路的冷却剂的流量，包括：
若所述控制器检测到进入所述电堆入口端的冷却剂的电导率浓度低于预设浓度，所述控制器控制从所述冷却回路的第二端流出的冷却剂的流速通过散热器旁路完全流过所述散热器，并控制从所述冷却回路的第四端流出的冷却剂的流速完全流过所述泄压电阻。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述燃料电池的热管理系统包括：电导率传感器以及温度传感器；
所述方法还包括：
在所述控制器检测到进入所述电堆入口端的冷却剂的温度高于预设温度之前，所述控制器通过所述温度传感器检测进入所述电堆入口端的冷却剂的温度是否高于预设温度；
在所述控制器检测到进入所述电堆入口端的冷却剂的电导率浓度高于预设浓度之前，所述控制器通过所述电导率传感器检测进入所述电堆入口端的冷却剂的电导率浓度是否高于预设浓度。
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