CN113113632B - 燃料电池热能回收系统、方法及燃料电池汽车 - Google Patents

燃料电池热能回收系统、方法及燃料电池汽车 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种燃料电池热能回收系统、方法及燃料电池汽车，所述燃料电池热能回收系统包括：电堆支路、电池水暖支路和温差发电支路，电池水暖支路上设置有第一阀门，第一阀门用于在燃料电池的当前工作温度小于工作温度阈值时开启，使加热后的燃料电池堆的换热介质流经电池水暖支路；温差发电支路上设置有第二阀门，第二阀门用于在燃料电池SOC小于充电阈值时开启，使温差发电支路上的温差发电装置将燃料电池的热能转换为用于回收至燃料电池的电能。本发明不仅可以将燃料电池的热能回收用于提高燃料电池的工作温度，而且将燃料电池的热能转换为可以回收至燃料电池的电能，从而能够大幅度提高燃料电池热能回收的利用率。

Description

燃料电池热能回收系统、方法及燃料电池汽车
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池热能回收系统、方法及燃料电池汽车。
背景技术
燃料电池是一种不燃烧燃料而直接以电化学反应方式将燃料的化学能转变为电能的高效发电装置。燃料电池在进行电化学反应的过程中，会产生大量的热能，因此需要对燃料电池的热能进行回收。
目前，多通过燃料电池汽车的暖风系统对燃料电池的热能进行回收，但在车辆不开启暖风系统时，无法对燃料电池的热能进行回收，导致燃料电池热能回收利用率较低。
发明内容
本发明提供一种燃料电池热能回收系统、方法及燃料电池汽车，用以解决现有技术中燃料电池热能回收利用率较低的缺陷。
本发明提供一种燃料电池热能回收系统，包括：
电堆支路、电池水暖支路和温差发电支路，所述电堆支路与所述电池水暖支路首尾连接形成主循环回路，所述温差发电支路与所述电池水暖支路并联；
所述燃料电池热能回收系统内填充有换热介质，流经所述电堆支路的换热介质与燃料电池堆换热；所述电池水暖支路上设置有第一阀门，所述第一阀门用于在所述燃料电池的当前工作温度小于工作温度阈值时开启，以使换热介质流经所述电池水暖支路；所述温差发电支路上设置有第二阀门和温差发电装置，所述第二阀门用于在燃料电池SOC小于充电阈值时开启，以使换热介质流经所述温差发电装置将燃料电池的热能转换为用于回收至燃料电池的电能。
根据本发明提供的一种燃料电池热能回收系统，所述燃料电池热能回收系统还包括暖风支路；
所述暖风支路与所述电池水暖支路并联，所述暖风支路上设置有第三阀门，所述第三阀门用于在暖风系统处于开启状态时开启换热介质。
根据本发明提供的一种燃料电池热能回收系统，所述电堆支路的入口端设置有第一温度传感器，所述第一温度传感器用于检测所述电堆支路的入口温度；
所述电堆支路的出口端设置有第二温度传感器，所述第二温度传感器用于检测所述电堆支路的出口温度；
所述第一温度传感器和所述第二温度传感器之间设置有第一电子水泵。
根据本发明提供的一种燃料电池热能回收系统，所述电池水暖支路设置有第三温度传感器，所述第三温度传感器用于检测所述电池水暖支路换热介质的温度，所述电池水暖支路换热介质的温度用于表征所述燃料电池的当前工作温度。
根据本发明提供的一种燃料电池热能回收系统，所述燃料电池热能回收系统还包括PTC加热支路，所述PTC加热支路与所述电池水暖支路并联，所述PTC加热支路上设置有第四阀门和PTC加热器，所述第四阀门和所述PTC加热器用于在所述电堆支路的入口温度小于第一阈值时开启。
根据本发明提供的一种燃料电池热能回收系统，所述燃料电池热能回收系统还包括散热支路，所述散热支路与所述电池水暖支路并联，所述散热支路上设置有第五阀门和第一散热器，所述第五阀门和所述第一散热器用于在所述燃料电池的当前工作温度达到所述工作温度阈值，且所述暖风系统处于关闭状态，且所述燃料电池SOC达到充电阈值时开启。
根据本发明提供的一种燃料电池热能回收系统，所述燃料电池热能回收系统还包括辅助散热支路，所述温差发电装置包括热端通路和冷端通路，所述热端通路接入所述温差发电支路，所述冷端通路接入所述辅助散热支路；
所述辅助散热支路包括依次串联连接的第四温度传感器、第二散热器、第二电子水泵和辅助散热器，所述冷端通路位于所述辅助散热器与所述第四温度传感器之间；
所述温差发电装置与所述燃料电池之间依次电连接有稳压滤波回路和DC-DC转换器。
本发明还提供一种燃料电池热能回收方法，包括：
在所述燃料电池的当前工作温度小于工作温度阈值时，开启所述第一阀门，使得与燃料电池堆换热后的换热介质流经所述电池水暖支路；
在燃料电池SOC小于充电阈值时，开启所述第二阀门，使得与燃料电池堆换热后的换热介质流经所述温差发电支路，以使所述温差发电装置将燃料电池的热能转换为用于回收至燃料电池的电能。
根据本发明提供的一种燃料电池热能回收方法，还包括：
在所述暖风系统处于开启状态时，开启所述第三阀门，以使与燃料电池堆换热后的换热介质流经所述暖风支路；
在所述电堆支路的入口温度小于第一阈值时，开启PTC加热支路上的第四阀门和PTC加热器；
在所述燃料电池的工作温度达到所述工作温度阈值，且所述暖风系统处于开启状态，且所述燃料电池SOC达到充电阈值时，开启散热支路上的第五阀门和第一散热器。
本发明还提供一种燃料电池汽车，包括：如上所述的燃料电池热能回收系统。
本发明提供的燃料电池热能回收系统、方法及燃料电池汽车，在燃料电池的当前工作温度小于工作温度阈值时开启第一阀门，使加热后的燃料电池堆的换热介质流经电池水暖支路，以及在燃料电池SOC小于充电阈值时开启第二阀门，使温差发电支路上的温差发电装置将燃料电池的热能转换为用于回收至燃料电池的电能。本发明不仅可以将燃料电池的热能回收用于提高燃料电池的工作温度，而且将燃料电池的热能转换为可以回收至燃料电池的电能，从而能够大幅度提高燃料电池热能回收的利用率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的燃料电池热能回收系统的结构示意图；
图2是本发明提供的燃料电池热能回收系统控制示意图；
图3是本发明提供的燃料电池热能回收方法的流程示意图；
图4是本发明提供的燃料电池热能回收系统低温启动控制流程示意图；
图5是本发明提供的燃料电池热能回收系统常温启动控制流程示意图；
附图标记：
110：电堆支路； 120：电池水暖支路； 130：温差发电支路；
140：暖风支路； 150：PTC加热支路； 160：散热支路；
170：辅助散热支路； 111：第一温度传感器； 112：第二温度传感器；
113：第一电子水泵； 121：第一阀门； 122：第三温度传感器；
131：第二阀门； 132：温差发电装置； 133：稳压滤波回路；
134：DC-DC转换器； 141：第三阀门； 151：第四阀门；
152：PTC加热器； 161：第五阀门； 162：第一散热器；
171：第四温度传感器； 172：第二散热器； 173：第二电子水泵；
174：辅助散热器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
燃料电池汽车由于具有效率高、零排放、噪声低等优点被誉为“最地道的新能源车”，是未来汽车产业发展的一个重要趋势。作为燃料电池汽车的核心，燃料电池系统电堆中的氢气和氧气在催化剂作用下发生电化学反应，产生电能的同时也产生热能；电堆工作效率在40％～60％之间，因此有40％～60％的能量耗散为热能，且95％以上的热能通过冷却循环水带走。也就是说120kW的电堆，有约60kW的热量需要散发，以保证燃料电池在合适的温度。
目前，多通过燃料电池汽车的暖风系统对燃料电池的热能进行回收，但在车辆不开启暖风系统时，无法对燃料电池的热能进行回收，导致燃料电池热能回收利用率较低。
对此，本发明提供一种燃料电池热能回收系统。图1是本发明提供的燃料电池热能回收系统的结构示意图，如图1所示，该系统包括：电堆支路110、电池水暖支路120和温差发电支路130；其中，电堆支路110与电池水暖支路120首尾连接形成主循环回路，温差发电支路130与电池水暖支路120并联，燃料电池热能回收系统内填充有换热介质，流经电堆支路110的换热介质与燃料电池堆换热，电池水暖支路120上设置有第一阀门121，并通过第一阀门121与电堆支路110连接，温差发电支路130上设置有第二阀门131和温差发电装置132，并通过第二阀门131与电堆支路110连接。其中，第一阀门121和第二阀门131可以为电磁阀，本发明实施例对此不作具体限定。
电堆支路110基于燃料电池的热能对燃料电池堆的换热介质进行加热，即燃料电池在进行化学反应过程中产生的热能可以对燃料电池堆的换热介质进行加热，以提高燃料电池堆的换热介质的温度。
在电堆支路110利用燃料电池的热能对燃料电池堆的换热介质进行加热之后，若检测到燃料电池的当前工作温度小于工作温度阈值时，表明燃料电池未达到最佳工作温度，需要对燃料电池进行加热，开启电池水暖支路120上的第一阀门121，以使加热后的燃料电池堆的换热介质流经电池水暖支路，既可以提高燃料电池的当前工作温度，也实现了燃料电池的热能回收。可以理解的是，工作温度阈值可以根据不同类型的燃料电池进行具体设置，如30℃，本发明实施例对此不作具体限定。
若检测到燃料电池的荷电状态(State of Charge，SOC)小于充电阈值(如0.8)时，则开启温差发电支路130上的第二阀门131，从而可以使带有大量热能的燃料电池堆的换热介质流经温差发电装置132的入口，使得温差发电装置132的入口温度与出口温度形成温差，进而温差发电装置132利用温差产生可以回收至燃料电池的电能，实现燃料电池的热能回收。
本发明实施例提供的燃料电池热能回收系统，在燃料电池的当前工作温度小于工作温度阈值时开启第一阀门，使加热后的燃料电池堆的换热介质流经电池水暖支路，以及在燃料电池SOC小于充电阈值时开启第二阀门，使温差发电支路上的温差发电装置将燃料电池的热能转换为用于回收至燃料电池的电能。本发明不仅可以将燃料电池的热能回收用于提高燃料电池的工作温度，而且将燃料电池的热能转换为可以回收至燃料电池的电能，从而能够大幅度提高燃料电池热能回收的利用率。
基于上述任一实施例，燃料电池热能回收系统还包括：暖风支路140；暖风支路140与电池水暖支路120并联；
暖风支路140和电堆支路110通过第三阀门141连接，第三阀门141用于在暖风系统处于开启状态时开启，使得加热后的燃料电池堆的换热介质流经暖风支路140。
具体地，暖风支路140上设置有第三阀门141，并通过第三阀门141与电堆支路110连接，若检测到燃料电池汽车的暖风系统处于开启状态时，则开启暖风支路140上的第三阀门141，从而可以使带有大量热能的燃料电池堆的换热介质流经暖风支路140，既减少了暖风系统的预热时间，又回收了燃料电池的热能。其中，第三阀门141可以为电磁阀，本发明实施例对此不作具体限定。
基于上述实施例，电堆支路110的入口端设置有第一温度传感器111，第一温度传感器111用于检测电堆支路的入口温度；
电堆支路110的出口端设置有第二温度传感器112，第二温度传感器112用于检测电堆支路的出口温度；
第一温度传感器111和第二温度传感器112之间设置有第一电子水泵113。
具体地，如图1所示，电堆支路110的入口端设置有第一温度传感器111，用于检测电堆支路110的入口温度，若入口温度小于第一阈值(如15℃)，表明燃料电池汽车可能是在低温环境下启动，需要对燃料电池堆的换热介质进行加热，以使燃料电池在最佳温度下工作；若入口温度达到阈值，则表明燃料电池可以正常工作。
此外，电堆支路110的出口端设置有第二温度传感器112，用于检测电堆支路110的出口温度小于第二阈值(如75℃)，则表明当前燃料电池的热能量还不足以用于回收(如对暖风系统进行预热)，需要提高燃料电池堆的换热介质温度，从而使得燃料电池热能能够被最大化利用和回收。
基于上述任一实施例，电池水暖支路120设置有第三温度传感器122，第三温度传感器122用于检测电池水暖支路换热介质的温度，电池水暖支路换热介质的温度用于表征燃料电池的当前工作温度。
具体地，电池水暖支路120设置有第三温度传感器122，用于检测电池水暖支路换热介质的温度，也可以理解为检测燃料电池的工作温度。
在电堆支路110利用燃料电池的热能对燃料电池堆的换热介质进行加热之后，若第三温度传感器122检测到的温度小于工作温度阈值时，表明燃料电池未达到最佳工作温度，需要对燃料电池进行加热，开启电池水暖支路120上的第一阀门121，以使加热后的燃料电池堆的换热介质流经电池水暖支路120，既可以提高燃料电池的当前工作温度，也实现了燃料电池的热能回收。
基于上述任一实施例，燃料电池热能回收系统还包括：PTC加热支路150，PTC加热支路150与电池水暖支路120并联，PTC加热支路150和电堆支路110通过第四阀门151连接，PTC加热支路150上设置有PTC加热器152，第四阀门151和PTC加热支路150用于在电堆支路110的入口温度小于第一阈值时开启，以对燃料电池堆的换热介质进行加热。
具体地，若电堆支路110的入口温度小于第一阈值(如15℃)，表明燃料电池汽车可能是在低温环境下启动，需要对燃料电池堆的换热介质进行加热，以使燃料电池在最佳温度下工作。为了能够快速高效对燃料电池堆的换热介质进行加热，本发明实施例还设置了PTC加热支路150，其上设置有第四阀门151和PTC加热器152，PTC加热支路150通过第四阀门151与电堆支路110连接，第四阀门151处于常开状态，从而燃料电池堆的换热介质可以在电堆支路110和PTC加热支路150中进行循环流动。当燃料电池堆的换热介质温度过低(如电堆支路110的入口温度小于第一阈值)时，可以开启PTC加热器152，从而实现对燃料电池堆的换热介质进行加热，当燃料电池堆的换热介质温度达到要求时(如电堆支路110的入口温度达到第一阈值)，则可以关闭PTC加热器152。需要说明的是，在开启PTC加热器152时，可以同时开启第一阀门121，从而可以使燃料电池堆的换热介质在电池水暖支路120和电堆支路11之间循环，进而能够提高燃料电池的工作温度。其中，第四阀门151可以为电磁阀，本发明实施例对此不作具体限定。
此外，当电池水暖支路120上设置的第三温度传感器122检测到的电池水暖支路换热介质的温度小于燃料电池的工作温度阈值时，表明燃料电池未达到最佳工作温度，需要对燃料电池进行加热，此时也需要开启第一阀门121，从而可以使燃料电池堆的换热介质在电池水暖支路120和电堆支路110之间循环，进而能够提高燃料电池的工作温度。当第三温度传感器122检测到的电池水暖支路换热介质的温度达到燃料电池的工作温度阈值时，则可以关闭第一阀门121，利用PTC加热器和电堆产生的热量完成燃料电池堆的换热介质升温和电池回路换热介质升温，使燃料电池堆和燃料电池能够快速进入工作状态。
基于上述任一实施例，还包括：散热支路160，散热支路160与电池水暖支路120并联，散热支路160和电堆支路110通过第五阀门161连接，散热支路160上设置有第一散热器162，第五阀门161和第一散热器162用于在燃料电池的当前工作温度达到工作温度阈值，且暖风系统处于关闭状态，且燃料电池SOC达到充电阈值时开启。
具体地，当燃料电池的当前工作温度达到工作阈值时，表明燃料电池已达到最佳工作温度，无需对电池水暖支路换热介质进行加热，即电池水暖支路120此时无需利用燃料电池的热能。当暖风系统处于关闭状态时，表明暖风系统此时不需要进行预热，即暖风系统此时也无需利用燃料电池的热能。当燃料电池SOC达到充电阈值时，表明燃料电池当前的荷电状态已经达到饱和，无需将燃料电池的热能转换为电能进行回收。由此可见，在燃料电池的当前工作温度达到工作温度阈值，且暖风系统处于关闭状态，且燃料电池SOC达到充电阈值时，燃料电池的热能无法进行回收，为了避免过多热能导致燃料电池的温度过高，进而影响燃料电池的工作性能，本发明实施例还设置了散热支路160，用于在各回路无需利用燃料电池的热能时，对燃料电池进行散热处理。
其中，散热支路160上依次设置有第五阀门161和第一散热器162，散热支路160通过第五阀门161与电堆支路110连接，当各支路无需利用燃料电池的热能时，第五阀门161、第一散热器162和第一电子水泵113开启，燃料电池堆的换热介质可以在电堆支路110和散热支路160之间进行大循环。可以理解的是，本发明实施例可以根据电堆支路110的入口温度和出口温度实时调节第一电子水泵113的转速以及第一散热器162的风扇转速，例如当电堆支路110的入口温度满足要求时，可以降低第一电子水泵113的转速或第一散热器162的风扇转速；当电堆支路110的入口温度过高时，可以提高第一电子水泵113的转速或第一散热器162的风扇转速，其中，第五阀门161可以为电磁阀，本发明实施例对此不作具体限定。需要说明的是，若第一阀门121、第二阀门131、第三阀门141、第四阀门151和第五阀门161均为电磁阀，则可以采用一进五出的电磁阀。
基于上述任一实施例，燃料电池热能回收系统还包括辅助散热支路170，温差发电装置132包括热端通路和冷端通路，热端通路接入温差发电支路130，冷端通路接入辅助散热支路170；
辅助散热支路170包括依次串联连接的第四温度传感器171、第二散热器172、第二电子水泵173和辅助散热器174，冷端通路位于辅助散热器174与第四温度传感器171之间；
温差发电装置132与燃料电池之间依次电连接有稳压滤波回路133和DC-DC转换器134。
具体地，当温差发电装置132的入口温度与出口温度的温度差稳定在一定阈值时(如50℃)，则温差发电装置132可以利用温差输出的电能经稳压滤波回路133和DC-DC转换器134回收至燃料电池中。
本发明实施例中辅助散热支路170包括依次串联连接的第四温度传感器171、第二散热器172、第二电子水泵173和辅助散热器174，第四温度传感器171用于检测温差发电装置132的出口温度(出口温度一般为25℃)，当温差发电装置132的入口温度过低，导致入口温度与出口温度的温差降低时，此时为了保持温差稳定，需要降低温差发电装置132的出口温度，此时可以通过提高第二散热器172的风扇转速或第二电子水泵173的转速来降低温差发电装置132的出口温度，从而可以使得入口温度与出口温度的温差保持稳定，进而将燃料电池产生的热能转换为电能，并经滤波、稳压和升压后存储至燃料电池中。
需要说明的是，温差发电装置132由于热端和冷端的温差不稳定，输出的电压存在一定波动和毛刺，通过稳压滤波回路133可使输出的电压稳定，然后通过DC-DC转换器134将电能回收至燃料电池中。
辅助散热器174与第二电子水泵173连接，从而可以根据温差发电装置132的入口与出口温度差，调节辅助散热器174的风扇转速，使得温差发电装置132的入口与出口温度差保持稳定，进而将燃料电池产生的热能转换为电能，并经滤波、稳压和升压后存储至燃料电池中。
如图2所示，第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门以及第五阀门均为电磁阀，第一温度传感器监测电堆支路入口温度T1，第二温度传感器监测电堆支路出水口温度T2，第三温度传感器位于电池水暖支路中，用于监测电池换热介质温度T3，第四温度传感器监测第二散热器出口温度T4。需要说明的是，五回路电磁阀(第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀以及第五电磁阀)取代现有的节温器，结构上是一进五出的电磁阀，每路出口均有一个电磁阀，第四电磁阀上电初始状态为开启状态，控制电堆换热介质小循环回路通断；第五电磁阀上电初始状态为关闭状态，控制电堆换热介质大循环回路通断；第一电磁阀上电初始状态为关闭状态，控制换热介质是否接入电池水暖支路；第二电磁阀上电初始状态为关闭状态，控制换热介质是否接入整车暖风支路；第三电磁阀上电初始状态为关闭状态，控制换热介质是否接入温差发电装置热端入口。燃料电池回收控制器M-TMS通过接收温度传感器温度信息T1到T4、暖风开关信号、电池SOC等信号，控制电磁阀1到电磁阀5的通断、PTC加热器的开关、第一散热器和散热器第二的散热风扇的开启和转速、第一电子水泵和第二电子水泵的转速。
基于上述任一实施例，如图3所示，本发明还提供一种燃料电池热能回收方法，包括：
步骤310、在燃料电池的当前工作温度小于工作温度阈值时，开启第一阀门，使得与燃料电池堆换热后的换热介质流经电池水暖支路；；
步骤320、在燃料电池SOC小于充电阈值时，开启第二阀门，使得与燃料电池堆换热后的换热介质流经温差发电支路，以使温差发电装置将燃料电池的热能转换为用于回收至燃料电池的电能。
具体地，在电堆支路利用燃料电池的热能对燃料电池堆的换热介质进行加热之后，若检测到燃料电池的当前工作温度小于工作温度阈值时，表明燃料电池未达到最佳工作温度，需要对燃料电池进行加热，开启电池水暖支路上的第一阀门，以使加热后的燃料电池堆的换热介质流经电池水暖支路，既可以提高燃料电池的当前工作温度，也实现了燃料电池的热能回收。可以理解的是，工作温度阈值可以根据不同类型的燃料电池进行具体设置，如30℃，本发明实施例对此不作具体限定。
若检测到燃料电池SOC小于充电阈值(如0.8)时，则开启温差发电支路上的第二阀门，从而可以使带有大量热能的燃料电池堆的换热介质流经温差发电装置的入口，使得温差发电装置的入口温度与出口温度形成温差，进而温差发电装置利用温差产生可以回收至燃料电池的电能，实现燃料电池的热能回收。
基于上述任一实施例，还包括：
在暖风系统处于开启状态时，开启第三阀门，以使与燃料电池堆换热后的换热介质流经所述暖风支路；
在电堆支路的入口温度小于第一阈值时，开启PTC加热支路上的第四阀门和PTC加热器；
在燃料电池的工作温度达到工作温度阈值，且暖风系统处于开启状态，且燃料电池SOC达到充电阈值时，开启散热支路上的第五阀门和第一散热器。
具体地，若检测到燃料电池汽车的暖风系统处于开启状态时，则开启暖风支路上的第三阀门，从而可以使带有大量热能的燃料电池堆的换热介质流经暖风支路，既减少了暖风系统的预热时间，又回收了燃料电池的热能。
若电堆支路的入口温度小于第一阈值(如15℃)，表明燃料电池汽车可能是在低温环境下启动，需要对燃料电池堆的换热介质进行加热，以使燃料电池在最佳温度下工作。为了能够快速高效对燃料电池堆的换热介质进行加热，本发明实施例还设置了PTC加热支路，其上设置有第四阀门和PTC加热器，PTC加热支路通过第四阀门与电堆支路连接，第四阀门处于常开状态，从而燃料电池堆的换热介质可以在电堆支路和PTC加热支路中进行循环流动。当燃料电池堆的换热介质温度过低(如电堆支路的入口温度小于第一阈值)时，可以开启PTC加热器，从而实现对燃料电池堆的换热介质进行加热，当燃料电池堆的换热介质温度达到要求时(如电堆支路的入口温度达到第一阈值)，则可以关闭PTC加热器。需要说明的是，在开启PTC加热器时，可以同时开启第一阀门，从而可以使燃料电池堆的换热介质在电池水暖支路和电堆支路之间循环，进而能够提高燃料电池的工作温度。
当燃料电池的当前工作温度达到工作阈值时，表明燃料电池已达到最佳工作温度，无需对电池水暖支路换热介质进行加热，即电池水暖支路此时无需利用燃料电池的热能。当暖风系统处于关闭状态时，表明暖风系统此时不需要进行预热，即暖风系统此时也无需利用燃料电池的热能。当燃料电池SOC达到充电阈值时，表明燃料电池当前的荷电状态已经达到饱和，无需将燃料电池的热能转换为电能进行回收。由此可见，在燃料电池的当前工作温度达到工作温度阈值，且暖风系统处于关闭状态，且燃料电池SOC达到充电阈值时，燃料电池的热能无法进行回收，为了避免过多热能导致燃料电池的温度过高，进而影响燃料电池的工作性能，本发明实施例还设置了散热支路，用于在各回路无需利用燃料电池的热能时，对燃料电池进行散热处理。
如图4所示，以阀门均为电磁阀为例，燃料电池汽车低温环境启动时，M-TMS检测电堆入口即第一温度传感器的温度T1小于某个设定值T1y(例如设定为15℃)时，PTC进行加热，PTC加热的热量和电堆反应产生的热量使换热介质温度升高，直到T1达到T1y时，PTC停止加热，M-TMS接收电池水暖支路的换热介质温度T3，当T3达到电池工作的最佳温度T3y(不同电池的最佳温度值不同，约30摄氏度左右)时，第一电磁阀关闭，M-TMS利用PTC加热和电堆产生的热量完成电堆换热介质升温和电池换热介质升温，低温启动流程结束。
如图5所示，以阀门均为电磁阀为例，燃料电池汽车常温环境启动时，M-TMS监测五回路电磁阀入口温度T2，当T2<五回路电磁阀入口温度阈值T2y(可设定，例如75℃)时，第四电磁阀保持开启，第二电磁阀和第五电磁阀保持关闭，电堆换热介质进行小循环，直到五回路电磁阀入口温度达T2y时，第四电磁阀关闭，M-TMS根据整车状态开启各支路电磁阀进行热能回收。
当驾驶室暖风开关开启时，第三电磁阀开启，带有大量热能的电堆换热介质流经车辆暖风支路，既减少了暖风预热时间，又回收了电堆产生的热量；
当电池SOC<电池充电阈值SOC1(可设定，例如0.8)时，第三电磁阀开启，带有大量热量的换热介质进入温差发电装置热端入口，温差发电装置冷端接入第二散热器出口，M-TMS控制第二散热器风扇和第二电子水泵，使第二散热器出口温度维持在25℃左右，温差发电装置冷热两端温差约在50℃，温差发电装置利用温差输出的电能经过稳压滤波回路、DC-DC回收至电池中；
当驾驶室暖风开关关闭和电池SOC≧SOC1时，第五电磁阀开启，电堆换热介质开启大循环模式，M-TMS根据电堆出入口温度调节第一电子水泵转速、第一散热器风扇转速，此情况下电堆产生的热能无法回收利用。
基于上述任一实施例，本发明还提供一种燃料汽车，包括：如上任一实施例所述的燃料电池热能回收系统。
具体地，由于燃料电池热能回收系统能够基于电池水暖支路将燃料电池的热能回收用于提高燃料电池的工作温度，基于暖风支路将燃料电池的热能回收用于减少暖风系统的预热时间，以及基于温差发电支路将燃料电池的热能转换为可以回收至燃料电池的电能，从而对于包括燃料电池热能回收系统的燃料电池汽车，能够根据不同场景回收利用燃料电池产生的热能，大幅度提高了燃料电池热能回收的利用率，避免传统方法中在暖风系统关闭时无法回收燃料电池热能的问题。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种燃料电池热能回收系统，其特征在于，包括：
电堆支路、电池水暖支路和温差发电支路，所述电堆支路与所述电池水暖支路首尾连接形成主循环回路，所述温差发电支路与所述电池水暖支路并联；所述电堆支路用于提高燃料电池堆的换热介质温度，所述电池水暖支路用于提高燃料电池的当前工作温度；
所述燃料电池热能回收系统内填充有换热介质，流经所述电堆支路的换热介质与燃料电池堆换热；所述电池水暖支路上设置有第一阀门，所述第一阀门用于在所述燃料电池的当前工作温度小于工作温度阈值时开启，以使换热介质流经所述电池水暖支路；所述温差发电支路上设置有第二阀门和温差发电装置，所述第二阀门用于在燃料电池SOC小于充电阈值时开启，以使换热介质流经所述温差发电装置将燃料电池的热能转换为用于回收至燃料电池的电能；
所述燃料电池热能回收系统还包括暖风支路；
所述暖风支路与所述电池水暖支路并联，所述暖风支路上设置有第三阀门，所述第三阀门用于在暖风系统处于开启状态时开启换热介质。
2.根据权利要求1所述的燃料电池热能回收系统，其特征在于，所述电堆支路的入口端设置有第一温度传感器，所述第一温度传感器用于检测所述电堆支路的入口温度；
所述电堆支路的出口端设置有第二温度传感器，所述第二温度传感器用于检测所述电堆支路的出口温度；
所述第一温度传感器和所述第二温度传感器之间设置有第一电子水泵。
3.根据权利要求1所述的燃料电池热能回收系统，其特征在于，所述电池水暖支路设置有第三温度传感器，所述第三温度传感器用于检测所述电池水暖支路换热介质的温度，所述电池水暖支路换热介质的温度用于表征所述燃料电池的当前工作温度。
4.根据权利要求1至3任一项所述的燃料电池热能回收系统，其特征在于，所述燃料电池热能回收系统还包括PTC加热支路，所述PTC加热支路与所述电池水暖支路并联，所述PTC加热支路上设置有第四阀门和PTC加热器，所述第四阀门和所述PTC加热器用于在所述电堆支路的入口温度小于第一阈值时开启。
5.根据权利要求1至3任一项所述的燃料电池热能回收系统，其特征在于，所述燃料电池热能回收系统还包括散热支路，所述散热支路与所述电池水暖支路并联，所述散热支路上设置有第五阀门和第一散热器，所述第五阀门和所述第一散热器用于在所述燃料电池的当前工作温度达到所述工作温度阈值，且所述暖风系统处于关闭状态，且所述燃料电池SOC达到充电阈值时开启。
6.根据权利要求1至3任一项所述的燃料电池热能回收系统，其特征在于，所述燃料电池热能回收系统还包括辅助散热支路，所述温差发电装置包括热端通路和冷端通路，所述热端通路接入所述温差发电支路，所述冷端通路接入所述辅助散热支路；
所述辅助散热支路包括依次串联连接的第四温度传感器、第二散热器、第二电子水泵和辅助散热器，所述冷端通路位于所述辅助散热器与所述第四温度传感器之间；
所述温差发电装置与所述燃料电池之间依次电连接有稳压滤波回路和DC-DC转换器。
7.一种基于如权利要求1至6任一项所述的燃料电池热能回收系统的燃料电池热能回收方法，其特征在于，包括：
在所述燃料电池的当前工作温度小于工作温度阈值时，开启所述第一阀门，使得与燃料电池堆换热后的换热介质流经所述电池水暖支路；
在燃料电池SOC小于充电阈值时，开启所述第二阀门，使得与燃料电池堆换热后的换热介质流经所述温差发电支路，以使所述温差发电装置将燃料电池的热能转换为用于回收至燃料电池的电能。
8.根据权利要求7所述的燃料电池热能回收方法，其特征在于，还包括：
在所述暖风系统处于开启状态时，开启所述第三阀门，以使与燃料电池堆换热后的换热介质流经所述暖风支路；
在所述电堆支路的入口温度小于第一阈值时，开启PTC加热支路上的第四阀门和PTC加热器；
在所述燃料电池的工作温度达到所述工作温度阈值，且所述暖风系统处于开启状态，且所述燃料电池SOC达到充电阈值时，开启散热支路上的第五阀门和第一散热器。
9.一种燃料汽车，其特征在于，包括：如权利要求1至6任一项所述的燃料电池热能回收系统。
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