CN116031434A - 一种高效燃料电池发动机热管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明的一种高效燃料电池发动机热管理系统，包括燃料电池散热系统即从燃料电池电堆的冷却液出口到燃料电池电堆的冷却液入口依次连接设置的温度传感器一、冷却水泵、中冷器、节温器二、节温器三、节温器四、PTC加热器一、主散热器、散热风扇一、膨胀水箱一、去离子器一、氢气预热换热器、节温器一、颗粒过滤器一、压力传感器、温度传感器二；还包括取暖系统即依次连接设置的余热交换器、PTC加热器二、节温器五、取暖水泵、膨胀水箱二、去离子器二、取暖散热器、取暖风扇二、温度传感器三及颗粒过滤器二；本发明可实现不同温度不同热量的取暖需求，也可控制冷却液流动路径，降低在燃料电池发动机余热满足采暖需求时取暖水泵的功耗。

Description

一种高效燃料电池发动机热管理系统

技术领域

本发明涉及氢燃料电池动力能源技术领域，具体涉及一种高效燃料电池发动机热管理系统。

背景技术

随着环境问题日益突出以及世界各国环保意识增强，氢能作为一种清洁无污染的可再生绿色能源受到了世界各国的广泛关注。氢燃料电池作为一种使用氢能的能量转换装置，可以直接将氢气中的化学能转换为电能，具有能量转换效率高、无污染等优点。目前，氢燃料电池受到了世界主要国家的大力发展和推广，如中国、美国、日本、韩国、欧洲等。氢燃料电池发动机系统是在燃料电池电堆的基础上集成电堆高效稳定工作所需的所有零部件而成的，在燃料电池发动机系统中热管理系统是其重要组成部分，负责具有一定温度、压力、流量的冷却液的供应以及燃料电池发动机余热的处理。燃料电池发动机在正常工作时，燃料电池电堆及经过空压机压缩后的高温空气具有较多的余热，这部分余热如果不加以回收利用会导致燃料电池发动机的能量利用率较低及取暖功耗增加，不利于能源的最大化利用和环境保护。因此，燃料电池发动机热管理系统的余热回收利用就显得格外重要。而燃料电池发动机热管理系统的合理有效优化设计可以降低燃料电池发动机的寄生功率，最大化燃料电池发动机的能量利用率，从而提升燃料电池发动机的整机效率和净输出功率。

发明内容

本发明提出的一种高效燃料电池发动机热管理系统，可至少解决上述技术问题之一。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种高效燃料电池发动机热管理系统，包括该燃料电池发动机热管理系统包括两个部分，第一个部分是燃料电池散热系统，包括从燃料电池电堆的冷却液出口到燃料电池电堆的冷却液入口依次连接设置的温度传感器一、冷却水泵、中冷器、节温器二、节温器三、节温器四、PTC加热器一、主散热器、散热风扇一、膨胀水箱一、去离子器一、氢气预热换热器、节温器一、颗粒过滤器一、压力传感器、温度传感器二；

第二部分是取暖系统包括依次连接设置的余热交换器、PTC加热器二、节温器五、取暖水泵、膨胀水箱二、去离子器二、取暖散热器、取暖风扇二、温度传感器三及颗粒过滤器二；

燃料电池散热系统和取暖系统通过余热交换器交换热量。

该热管理系统具有低温快速启动、燃料电池电堆和高温空气余热高效回收利用、实现冬天较低环境温度下不同温度的取暖需求、氢气高效预热与燃料电池电堆性能提升、燃料电池发动机寄生功率降低等功能；一方面能够充分回收利用燃料电池电堆和高温压缩空气的余热，提高燃料电池发动机的能量利用率，实现能量的最大化利用，降低功耗；另一方面，能够实现燃料电池发动机的低温快速启动，减少燃料电池发动机低温启动时间。该发明提供的一种高效燃料电池发动机热管理系统不仅可以用于燃料电池整车，为整车车舱取暖，也可以用于固定式燃料电池发电装置，为房屋等取暖。

进一步地，所述的低温快速启动功能，低温启动时通过组合使用燃料电池发动机PTC加热器一和取暖PTC加热器二可以使燃料电池电堆温度快速上升，从而实现燃料电池发动机低温快速启动。

具体为：在燃料电池发动机低温启动期间，燃料电池散热系统的冷却液的流动顺序为冷却水泵、节温器二、节温器三、余热交换器、节温器四、PTC加热器一、节温器一、颗粒过滤器一、燃料电池电堆，取暖系统的冷却液的流动顺序为取暖水泵、节温器五、PTC加热器二、余热交换器、颗粒过滤器二、取暖散热器，在此期间PTC加热器一和PTC加热器二满功率运行加热冷却液，从而使取暖系统中的冷却液在流经余热交换器时将热量传递给燃料电池散热系统中的冷却液，燃料电池散热系统中的冷却液在流经余热交换器时与取暖系统中温度较高的冷却液进行第一次升温，在经过PTC加热器一时进行第二次升温，从而加速冷却液的温升速率以提高冷却液进入电堆时的温度，经过两次升温的温度较高的冷却液在流经温度较低的电堆时给电堆传热，使电堆温度快速上升，从而实现燃料电池发动机的低温快速启动，使燃料电池发动机能够更快地输出净功率以供使用。

进一步地，所述的燃料电池电堆和高温空气余热高效回收利用功能，通过使用余热交换器可以将燃料电池电堆和高温空气中的余热回收给取暖利用；

具体为：当燃料电池发动机正常工作时，电堆产生的余热较多，为了保持燃料电池电堆的正常工作，需要将电堆产生的多余的热量散掉，从而避免电堆温度超过其正常工作温度范围，而这部分多余的热量，通过冷却液携带并在流经余热交换器时传递给取暖系统供取暖利用，此时冷却液的部分流动顺序为燃料电池电堆、冷却水泵、节温器二、节温器三、余热交换器。另外，经过空压机压缩后的空气具有较高的温度，不经过冷却直接进入到电堆中会对电堆造成不可逆损伤，因此通过中冷器将空压机压缩后的高温空气中的多余热量带走，这部分热量由流经中冷器的冷却液携带，在与流经电堆的冷却液汇合后一同流经余热交换器，在携带电堆以及高温空气多余热量的冷却液经过余热换热器时传递给取暖系统中的冷却液，取暖系统中的冷却液携带交换的热量在流经取暖散热器时通过取暖风扇二散出以利用。根据取暖系统的取暖需求通过调节节温器三的角度控制进入余热交换器的冷却液流量，当取暖系统的取暖需求较低时，则通过调节节温器三的角度使部分冷却液不流经余热交换器，降低冷却液的压力损失。通过燃料电池电堆和高温空气中余热回收利用系统可以降低取暖能耗以及燃料电池发动机散热功耗，提高燃料电池发动机能量利用率及效率。

进一步地，所述的实现冬天较低环境温度下不同温度的取暖需求功能，通过使用余热交换器和取暖PTC加热器二，控制节温器开度和开关阀的开闭，实现不同温度的取暖需求，并可以最大化利用燃料电池发动机余热，提高燃料电池发动机的能量利用率，降低取暖PTC加热器二功耗。

具体为：当燃料电池电堆和高温空气余热超过取暖系统的需求(需求的取暖温度较低)时，通过控制节温器三的角度使燃料电池散热系统的冷却液部分流经余热交换器，以此来降低取暖系统中冷却液的温度，保持较低的取暖温度，此时取暖系统冷却液的流动顺序为取暖水泵、节温器五、余热交换器、颗粒过滤器二、取暖散热器。当燃料电池电堆和高温空气余热刚好满足取暖系统的需求时，通过控制节温器三的角度使燃料电池散热系统的冷却液全部流经余热交换器，以此来达到取暖系统所需求的取暖温度，此时取暖系统冷却液的流动顺序不变。当燃料电池电堆和空气余热无法满足取暖系统的需求时，通过控制节温器三的角度使燃料电池散热系统的冷却液全部流经余热交换器进行热量传递，而取暖系统冷却液的流动顺序为取暖水泵、节温器五、PTC加热器二、余热交换器、颗粒过滤器二、取暖散热器，此时PTC加热器二的工作状态为加热，当取暖系统冷却液流经PTC加热器二时进行第一次传热升温，在流经余热交换器时与燃料电池散热系统中冷却液进行第二次换热升温，以此提高取暖系统冷却液温度来满足取暖系统较高的取暖温度需求。另外，可以根据取暖系统需求取暖温度的大小调整PTC加热器二的加热功率，以此达到实现不同取暖温度的目的。通过余热交换器、可变功率的PTC加热器二、节温器三和节温器五可以实现取暖系统不同温度的取暖需求，并可以最大化利用燃料电池发动机余热，提高燃料电池发动机的能量利用率，降低取暖PTC加热器二的功耗。

进一步地，所述的氢气高效预热与燃料电池电堆性能提升，通过使用氢气预热换热器可以回收利用燃料电池电堆和高温空气中的余热，实现氢气的高效预热，避免循环氢气中的水蒸气冷凝/凝华，从而维持进入电堆的氢气含水量，又可以降低主散热器的工作负荷。

具体为：从燃料电池电堆流出的具有较高温度的冷却液与从中冷器流出的具有较高温度的冷却液汇合后一起进入冷却水泵进行增压，然后增压后的温度较高的冷却液在经过节温器二时一部分流入到氢气预热换热器中与同时从储氢系统中传输来的流经氢气预热换热器的温度较低的氢气进行换热，以使进入电堆之前的氢气温度升高，避免储氢系统中传输来的氢气与氢气循环系统中具有较高湿度的氢气混合后导致混合氢气温度降低，从而避免循环氢气中的水蒸气冷凝/凝华，维持进入电堆的氢气含水量，从而提升燃料电池电堆发电功率和效率，通过氢气预热换热器又可以降低主散热器的散热负荷。

进一步地，所述的燃料电池发动机寄生功率降低功能，实现燃料电池发动机在无采暖需求时的高效工作，通过节温器可以控制冷却液不流经余热交换器，从而避免冷却液压力损失，降低冷却水泵的工作负荷，提高燃料电池发动机效率；

具体为：当环境温度较高采暖系统无采暖需求时，由于余热交换器具有较高的流阻，此时燃料电池散热系统冷却液的流动顺序为冷却水泵、节温器二、节温器三、节温器四、主散热器、节温器一、颗粒过滤器一、燃料电池电堆，通过控制节温器三的角度使冷却液完全不流经余热交换器，避免冷却液压力损失，降低冷却水泵功耗，提高燃料电池发动机效率。

进一步地，所述的燃料电池发动机寄生功率降低功能，降低燃料电池发动机余热满足采暖需求时取暖水泵的功耗，通过热管理系统管路和阀门的合理有效设计，控制节温器的开度使冷却液合理避开流经PTC加热器二以及不必要流经的管路，减小取暖水泵的工作负荷，降低功耗。

具体为：当燃料电池电堆和高温空气余热能够满足取暖系统的需求时，由于PTC加热器二具有较高的流阻，此时取暖系统冷却液的流动顺序为取暖水泵、节温器五、余热交换器、颗粒过滤器二、取暖散热器，此时PTC加热器二的工作状态为不加热，通过控制节温器五的角度使冷却液完全不流经PTC加热器二，避免冷却液压力损失，降低取暖水泵功耗。

由上述技术方案可知，本发明的高效燃料电池发动机热管理系统，具有低温快速启动、燃料电池电堆和高温空气余热高效回收利用、实现冬天较低环境温度下不同温度的取暖需求、氢气高效预热与燃料电池电堆性能提升、燃料电池发动机寄生功率降低等功能，一方面能够充分回收利用燃料电池电堆和高温压缩空气的余热，提高燃料电池发动机的能量利用率，实现能量的最大化利用，降低功耗；另一方面，能够实现燃料电池发动机的低温快速启动，减少燃料电池发动机低温启动时间。该发明提供的一种高效燃料电池发动机热管理系统不仅可以用于燃料电池整车，为整车车舱取暖，也可以用于固定式燃料电池发电装置，为房屋等取暖。

具体的说，本发明具有低温快速启动功能，通过组合使用燃料电池发动机PTC加热器1和取暖PTC加热器2实现燃料电池发动机低温快速启动；具有燃料电池电堆和高温空气余热高效回收利用功能，通过使用余热交换器实现燃料电池电堆和高温空气中的余热高效回收利用；具有实现冬天较低环境温度下不同温度的取暖需求功能，通过控制节温器开度和开关阀的开闭，实现不同温度不同热量的取暖需求；具有氢气高效预热与燃料电池电堆性能提升功能，通过使用氢气预热换热器实现燃料电池电堆和高温空气中余热的高效利用，避免循环氢气中的水蒸气冷凝/凝华，提升燃料电池电堆性能，并降低主散热器的散热负荷；具有燃料电池发动机寄生功率降低功能，通过控制冷却液的流动路径，减小冷却液压力损失，降低冷却水泵的工作负荷，提升燃料电池发动机在无采暖需求时效率；通过热管理系统管路和阀门的合理有效设计，控制冷却液流动路径，降低在燃料电池发动机余热满足采暖需求时取暖水泵的功耗。

附图说明

图1是本发明的原理示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1所示，本实施例所述的高效燃料电池发动机热管理系统，包括两个部分，第一个部分是燃料电池散热系统，包括从燃料电池电堆的冷却液出口到燃料电池电堆的冷却液入口依次连接设置的温度传感器一、冷却水泵、中冷器、节温器二、节温器三、节温器四、PTC加热器一、主散热器、散热风扇一、膨胀水箱一、去离子器一、氢气预热换热器、节温器一、颗粒过滤器一、压力传感器、温度传感器二；第二个部分是取暖系统，包括依次连接设置的余热交换器、PTC加热器二、节温器五、取暖水泵、膨胀水箱二、去离子器二、取暖散热器、取暖风扇二、温度传感器三、颗粒过滤器二。燃料电池散热系统和取暖系统通过余热交换器交换热量。

所述的燃料电池发动机热管理系统，燃料电池散热系统的冷却液的流动顺序为冷却水泵、节温器二(氢气预热换热器)、节温器三(余热交换器)、节温器四、主散热器/PTC加热器一、节温器一(中冷器)、颗粒过滤器一、燃料电池电堆、冷却水泵；取暖系统的冷却液的流动顺序为取暖水泵、节温器五(PTC加热器二)、余热交换器、颗粒过滤器二、取暖散热器、取暖水泵。该热管理系统具有低温快速启动、燃料电池电堆和高温空气余热高效回收利用、实现冬天较低环境温度下不同温度的取暖需求、氢气高效预热与燃料电池电堆性能提升、燃料电池发动机寄生功率降低等功能，一方面能够充分回收利用燃料电池电堆和高温压缩空气的余热，提高燃料电池发动机的能量利用率，实现能量的最大化利用，降低功耗；另一方面，能够实现燃料电池发动机的低温快速启动，减少燃料电池发动机低温启动时间。

所述的低温快速启动功能，低温启动时通过组合使用燃料电池发动机PTC加热器一和取暖PTC加热器二可以使燃料电池电堆温度快速上升，从而实现燃料电池发动机低温快速启动。

具体为：在燃料电池发动机低温启动期间，燃料电池散热系统的冷却液的流动顺序为冷却水泵、节温器二、节温器三、余热交换器、节温器四、PTC加热器一、节温器一、颗粒过滤器一、燃料电池电堆，取暖系统的冷却液的流动顺序为取暖水泵、节温器五、PTC加热器二、余热交换器、颗粒过滤器二、取暖散热器，在此期间PTC加热器一和PTC加热器二满功率运行加热冷却液，从而使取暖系统中的冷却液在流经余热交换器时将热量传递给燃料电池散热系统中的冷却液，燃料电池散热系统中的冷却液在流经余热交换器时与取暖系统中温度较高的冷却液进行第一次升温，在经过PTC加热器1时进行第二次升温，从而加速冷却液的温升速率以提高冷却液进入电堆时的温度，经过两次升温的温度较高的冷却液在流经温度较低的电堆时给电堆传热，使电堆温度快速上升，从而实现燃料电池发动机的低温快速启动，使燃料电池发动机能够更快地输出净功率以供使用。

所述的燃料电池电堆和高温空气余热高效回收利用功能，通过使用余热交换器可以将燃料电池电堆和高温空气中的余热回收给取暖利用。

具体为：当燃料电池发动机正常工作时，电堆产生的余热较多，为了保持燃料电池电堆的正常工作，需要将电堆产生的多余的热量散掉，从而避免电堆温度超过其正常工作温度范围，而这部分多余的热量，通过冷却液携带并在流经余热交换器时传递给取暖系统供取暖利用，此时冷却液的部分流动顺序为燃料电池电堆、冷却水泵、节温器二、节温器三、余热交换器。另外，经过空压机压缩后的空气具有较高的温度，不经过冷却直接进入到电堆中会对电堆造成不可逆损伤，因此通过中冷器将空压机压缩后的高温空气中的多余热量带走，这部分热量由流经中冷器的冷却液携带，在与流经电堆的冷却液汇合后一同流经余热交换器，在携带电堆以及高温空气多余热量的冷却液经过余热换热器时传递给取暖系统中的冷却液，取暖系统中的冷却液携带交换的热量在流经取暖散热器时通过取暖风扇二散出以利用。根据取暖系统的取暖需求通过调节节温器三的角度控制进入余热交换器的冷却液流量，当取暖系统的取暖需求较低时，则通过调节节温器三的角度使部分冷却液不流经余热交换器，降低冷却液的压力损失。通过燃料电池电堆和高温空气中余热回收利用系统可以降低取暖能耗以及燃料电池发动机散热功耗，提高燃料电池发动机能量利用率及效率。

所述的实现冬天较低环境温度下不同温度的取暖需求功能，通过使用余热交换器和取暖PTC加热器二，控制节温器开度和开关阀的开闭，实现不同温度的取暖需求，并可以最大化利用燃料电池发动机余热，提高燃料电池发动机的能量利用率，降低取暖PTC加热器二功耗。

具体为：当燃料电池电堆和高温空气余热超过取暖系统的需求(需求的取暖温度较低)时，通过控制节温器三的角度使燃料电池散热系统的冷却液部分流经余热交换器，以此来降低取暖系统中冷却液的温度，保持较低的取暖温度，此时取暖系统冷却液的流动顺序为取暖水泵、节温器五、余热交换器、颗粒过滤器二、取暖散热器。当燃料电池电堆和高温空气余热刚好满足取暖系统的需求时，通过控制节温器三的角度使燃料电池散热系统的冷却液全部流经余热交换器，以此来达到取暖系统所需求的取暖温度，此时取暖系统冷却液的流动顺序不变。当燃料电池电堆和空气余热无法满足取暖系统的需求时，通过控制节温器三的角度使燃料电池散热系统的冷却液全部流经余热交换器进行热量传递，而取暖系统冷却液的流动顺序为取暖水泵、节温器五、PTC加热器二、余热交换器、颗粒过滤器二、取暖散热器，此时PTC加热器二的工作状态为加热，当取暖系统冷却液流经PTC加热器二时进行第一次传热升温，在流经余热交换器时与燃料电池散热系统中冷却液进行第二次换热升温，以此提高取暖系统冷却液温度来满足取暖系统较高的取暖温度需求。另外，可以根据取暖系统需求取暖温度的大小调整PTC加热器二的加热功率，以此达到实现不同取暖温度的目的。通过余热交换器、可变功率的PTC加热器二、节温器三和节温器五可以实现取暖系统不同温度的取暖需求，并可以最大化利用燃料电池发动机余热，提高燃料电池发动机的能量利用率，降低取暖PTC加热器二的功耗。

所述的氢气高效预热与燃料电池电堆性能提升，通过使用氢气预热换热器可以回收利用燃料电池电堆和高温空气中的余热，实现氢气的高效预热，避免循环氢气中的水蒸气冷凝/凝华，从而维持进入电堆的氢气含水量，又可以降低主散热器的工作负荷。

具体为：从燃料电池电堆流出的具有较高温度的冷却液与从中冷器流出的具有较高温度的冷却液汇合后一起进入冷却水泵进行增压，然后增压后的温度较高的冷却液在经过节温器二时一部分流入到氢气预热换热器中与同时从储氢系统中传输来的流经氢气预热换热器的温度较低的氢气进行换热，以使进入电堆之前的氢气温度升高，避免储氢系统中传输来的氢气与氢气循环系统中具有较高湿度的氢气混合后导致混合氢气温度降低，从而避免循环氢气中的水蒸气冷凝/凝华，维持进入电堆的氢气含水量，从而提升燃料电池电堆发电功率和效率，通过氢气预热换热器又可以降低主散热器的散热负荷。

所述的燃料电池发动机寄生功率降低功能，实现燃料电池发动机在无采暖需求时的高效工作，通过节温器可以控制冷却液不流经余热交换器，从而避免冷却液压力损失，降低冷却水泵的工作负荷，提高燃料电池发动机效率。

具体为：当环境温度较高采暖系统无采暖需求时，由于余热交换器具有较高的流阻，此时燃料电池散热系统冷却液的流动顺序为冷却水泵、节温器二、节温器三、节温器四、主散热器、节温器一、颗粒过滤器一、燃料电池电堆，通过控制节温器三的角度使冷却液完全不流经余热交换器，避免冷却液压力损失，降低冷却水泵功耗，提高燃料电池发动机效率。

所述的燃料电池发动机寄生功率降低功能，降低燃料电池发动机余热满足采暖需求时取暖水泵的功耗，通过热管理系统管路和阀门的合理有效设计，控制节温器的开度使冷却液合理避开流经PTC加热器二以及不必要流经的管路，减小取暖水泵的工作负荷，降低功耗。

具体为：当燃料电池电堆和高温空气余热能够满足取暖系统的需求时，由于PTC加热器二具有较高的流阻，此时取暖系统冷却液的流动顺序为取暖水泵、节温器五、余热交换器、颗粒过滤器二、取暖散热器，此时PTC加热器二的工作状态为不加热，通过控制节温器五的角度使冷却液完全不流经PTC加热器二，避免冷却液压力损失，降低取暖水泵功耗。

本发明的有益效果：具有低温快速启动功能，通过组合使用燃料电池发动机PTC加热器一和取暖PTC加热器二实现燃料电池发动机低温快速启动；具有燃料电池电堆和高温空气余热高效回收利用功能，通过使用余热交换器实现燃料电池电堆和高温空气中的余热高效回收利用；具有实现冬天较低环境温度下不同温度的取暖需求功能，通过控制节温器开度和开关阀的开闭，实现不同温度不同热量的取暖需求；具有氢气高效预热与燃料电池电堆性能提升功能，通过使用氢气预热换热器实现燃料电池电堆和高温空气中余热的高效利用，避免循环氢气中的水蒸气冷凝/凝华，提升燃料电池电堆性能，并降低主散热器的散热负荷；具有燃料电池发动机寄生功率降低功能，通过控制冷却液的流动路径，减小冷却液压力损失，降低冷却水泵的工作负荷，提升燃料电池发动机在无采暖需求时效率；通过热管理系统管路和阀门的合理有效设计，控制冷却液流动路径，降低在燃料电池发动机余热满足采暖需求时取暖水泵的功耗。

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 (8)

1.一种高效燃料电池发动机热管理系统，包括燃料电池散热系统和取暖系统，其特征在于，

所述燃料电池散热系统，包括从燃料电池电堆的冷却液出口到燃料电池电堆的冷却液入口依次连接设置的温度传感器一、冷却水泵、中冷器、节温器二、节温器三、节温器四、PTC加热器一、主散热器、散热风扇一、膨胀水箱一、去离子器一、氢气预热换热器、节温器一、颗粒过滤器一、压力传感器、温度传感器二；

所述取暖系统包括依次连接设置的余热交换器、PTC加热器二、节温器五、取暖水泵、膨胀水箱二、去离子器二、取暖散热器、取暖风扇二、温度传感器三及颗粒过滤器二；

燃料电池散热系统和取暖系统通过余热交换器交换热量。

2.根据权利要求1所述的高效燃料电池发动机热管理系统，其特征在于：节温器三包括两个出口，一个出口经过余热交换器，另一个出口直接连接节温器四。

3.根据权利要求2所述的高效燃料电池发动机热管理系统，其特征在于：包括低温快速启动模式，包括以下步骤，

在燃料电池发动机低温启动期间，燃料电池散热系统的冷却液的流动顺序为冷却水泵、节温器二、节温器三、余热交换器、节温器四、PTC加热器一、节温器一、颗粒过滤器一、燃料电池电堆，取暖系统的冷却液的流动顺序为取暖水泵、节温器五、PTC加热器二、余热交换器、颗粒过滤器二、取暖散热器，在此期间PTC加热器一和PTC加热器二满功率运行加热冷却液，从而使取暖系统中的冷却液在流经余热交换器时将热量传递给燃料电池散热系统中的冷却液，燃料电池散热系统中的冷却液在流经余热交换器时与取暖系统中温度较高的冷却液进行第一次升温，在经过PTC加热器一时进行第二次升温，从而加速冷却液的温升速率以提高冷却液进入电堆时的温度，经过两次升温的温度较高的冷却液在流经温度较低的电堆时给电堆传热，使电堆温度快速上升，从而实现燃料电池发动机的低温快速启动，使燃料电池发动机能够更快地输出净功率以供使用。

4.根据权利要求1所述的高效燃料电池发动机热管理系统，其特征在于：所述燃料电池电堆和高温空气余热高效回收利用，通过使用余热交换器可以将燃料电池电堆和高温空气中的余热回收给取暖利用；具体包括：

当燃料电池发动机正常工作时，通过冷却液携带并在流经余热交换器时传递给取暖系统供取暖利用，此时冷却液的部分流动顺序为燃料电池电堆、冷却水泵、节温器二、节温器三、余热交换器；

另外，通过中冷器将空压机压缩后的高温空气中的多余热量带走，这部分热量由流经中冷器的冷却液携带，在与流经电堆的冷却液汇合后一同流经余热交换器，在携带电堆以及高温空气多余热量的冷却液经过余热换热器时传递给取暖系统中的冷却液，取暖系统中的冷却液携带交换的热量在流经取暖散热器时通过取暖风扇二散出以利用；

根据取暖系统的取暖需求通过调节节温器三的角度控制进入余热交换器的冷却液流量，当取暖系统的取暖需求较低时，则通过调节节温器三的角度使部分冷却液不流经余热交换器，降低冷却液的压力损失。

5.根据权利要求1所述的高效燃料电池发动机热管理系统，其特征在于：

还包括不同温度的取暖需求模式，具体为当燃料电池电堆和高温空气余热超过取暖系统的需求时，通过控制节温器三的角度使燃料电池散热系统的冷却液部分流经余热交换器，以此来降低取暖系统中冷却液的温度，保持较低的取暖温度，此时取暖系统冷却液的流动顺序为取暖水泵、节温器五、余热交换器、颗粒过滤器二、取暖散热器；

当燃料电池电堆和高温空气余热刚好满足取暖系统的需求时，通过控制节温器三的角度使燃料电池散热系统的冷却液全部流经余热交换器，以此来达到取暖系统所需求的取暖温度，此时取暖系统冷却液的流动顺序不变；当燃料电池电堆和空气余热无法满足取暖系统的需求时，通过控制节温器三的角度使燃料电池散热系统的冷却液全部流经余热交换器进行热量传递，而取暖系统冷却液的流动顺序为取暖水泵、节温器五、PTC加热器二、余热交换器、颗粒过滤器二、取暖散热器，此时PTC加热器二的工作状态为加热，当取暖系统冷却液流经PTC加热器二时进行第一次传热升温，在流经余热交换器时与燃料电池散热系统中冷却液进行第二次换热升温，以此提高取暖系统冷却液温度来满足取暖系统较高的取暖温度需求；

另外，根据取暖系统需求取暖温度的大小调整PTC加热器二的加热功率，以此达到实现不同取暖温度的目的。

6.根据权利要求1所述的高效燃料电池发动机热管理系统，其特征在于：还包括从燃料电池电堆流出的具有较高温度的冷却液与从中冷器流出的具有较高温度的冷却液汇合后一起进入冷却水泵进行增压，然后增压后的温度较高的冷却液在经过节温器二时一部分流入到氢气预热换热器中与同时从储氢系统中传输来的流经氢气预热换热器的温度较低的氢气进行换热，以使进入电堆之前的氢气温度升高，避免储氢系统中传输来的氢气与氢气循环系统中具有较高湿度的氢气混合后导致混合氢气温度降低，从而避免循环氢气中的水蒸气冷凝/凝华，维持进入电堆的氢气含水量，从而提升燃料电池电堆发电功率和效率，通过氢气预热换热器又可以降低主散热器的散热负荷。

7.根据权利要求1所述的高效燃料电池发动机热管理系统，其特征在于：还包括当环境温度较高采暖系统无采暖需求时，由于余热交换器具有较高的流阻，此时燃料电池散热系统冷却液的流动顺序为冷却水泵、节温器二、节温器三、节温器四、主散热器、节温器一、颗粒过滤器一、燃料电池电堆，通过控制节温器三的角度使冷却液完全不流经余热交换器，避免冷却液压力损失，降低冷却水泵功耗，提高燃料电池发动机效率。

8.根据权利要求1所述的高效燃料电池发动机热管理系统，其特征在于：

还包括当燃料电池电堆和高温空气余热能够满足取暖系统的需求时，由于PTC加热器二具有较高的流阻，此时取暖系统冷却液的流动顺序为取暖水泵、节温器五、余热交换器、颗粒过滤器二、取暖散热器，此时PTC加热器二的工作状态为不加热，通过控制节温器五的角度使冷却液完全不流经PTC加热器二，避免冷却液压力损失，降低取暖水泵功耗。

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