CN211088407U - 一种燃料电池器件以及燃料电池控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了燃料电池器件以及燃料电池控制系统，所述的燃料电池控制系统包括：空气供给单元，所述空气供给单元包括所述的燃料电池器件；燃料电池电堆，所述燃料电池电堆与所述空气供给单元连通；冷却循环模块，所述冷却循环模块分别与所述空气供给单元以及所述燃料电池电堆连通；控制器，所述控制器分别与所述空气供给单元、所述燃料电池电堆以及所述冷却循环模块信号连接，便于燃料电池的冷启动，且便于通过热量管理实现燃料电池器件的重复利用。

Description

一种燃料电池器件以及燃料电池控制系统

技术领域

本实用新型属于新能源技术领域，具体涉及燃料电池器件以及燃料电池控制系统。

背景技术

当前，作为汽车电动化的解决方案之一的燃料电池汽车的大规模商业化还存在着成本高、寿命短、氢基础设施薄弱等问题。其中，燃料电池冷启动问题则是阻碍燃料电池商业化的关键技术瓶颈之一，是燃料电池汽车冬季运行的最大挑战。

当燃料电池在不采取任何保护措施情况下在低于0℃的低温环境中冷启动时，其反应所产生的水首先会在催化层内部结冰，导致催化层反应活性位点被覆盖和氧气传输受阻，电压出现骤降；当催化层完全被冰覆盖而电堆温度还未升至0℃以上则会在扩散层和流道内结冰导致冷启动失败。另一方面，催化层的结冰过程会导致催化剂层和质子交换膜之间出现间隙，同时结冰/融化循环会引起催化层微孔结构的崩塌和致密化以及催化层中铂颗粒的粗化，致使电化学活性表面积减小并难以恢复，从而对燃料电池发电性能造成永久性损害，而且循环次数越多冷启温度越低对电池损害越大。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种燃料电池器件以及燃料电池控制系统，解决了现有燃料电池不便于冷启动的问题。

本实用新型所采用的技术方案是，

一种燃料电池器件，包括储热管以及热交换管，所述储热管与所述热交换管相匹配，所述储热管包括空气输入口和空气输出口，所述热交换管包括冷却液输入口和冷却液输出口，且所述储热管内设有储热颗粒，所述储热颗粒能够吸附水分并发热。

可选的，所述储热颗粒包含硅胶、活性炭、活性氧化铝、金属有机骨架以及沸石中的至少一种材料。

可选的，所述燃料电池器件还包括翅片，所述翅片的两端分别与所述储热管以及所述热交换管连接。

可选的，在所述储热管的空气输入口和空气输出口相匹配的位置分别设有滤网。

可选的，所述空气输入口至所述空气输出口的流向与所述冷却液输入口至所述冷却液输出口的流向相反。

一种燃料电池控制系统，包括：空气供给单元，所述空气供给单元包括所述的燃料电池器件；燃料电池电堆，所述燃料电池电堆与所述空气供给单元连通；冷却液循环模块，所述冷却液循环模块分别与所述空气供给单元以及所述燃料电池电堆连通；控制器，所述控制器分别与所述空气供给单元、所述燃料电池电堆以及所述冷却液循环模块信号连接。

可选的，包括，所述空气供给模块包括用于气体加压的压缩机和用于空气加湿的加湿器，所述压缩机以及所述加湿器分别与所述燃料电池器件连通。

可选的，所述空气供给模块还包括用于引导空气流动的空气引射器，所述空气引射器包括高压输入口、低压输入口以及输出口，所述空气引射器的高压输入口与所述空气供给单元的空气输入口连通，所述空气引射器的低压输入口与所述燃料电池器件的空气输出口连通，所述空气引射器的输出口与所述燃料电池电堆的空气输入口连通。

可选的，冷却液循环模块包括冷却液循环泵和散热器，所述冷却液循环泵与所述散热器连通。

可选的，所述燃料电池控制系统还包括第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门以及第五阀门，所述第一阀门分别与空气供给单元的输入口、燃料电池器件的空气输入口以及燃料电池电堆的空气输入口连通，所述第二阀门分别与所述空气供给单元的输入口、所述空气引射器的高压输入口以及所述燃料电池电堆的空气输入口连通，所述第三阀门分别与所述燃料电池器件的空气输出口、所述空气引射器的低压输入口以及所述燃料电池电堆的空气输入口连通，所述第四阀门分别与燃料电池器件的冷却液输入口、所述燃料电池电堆的冷却液输出口以及所述散热器的冷却液输入口连通，所述第五阀门分别与燃料电池器件的冷却液输出口、散热器的冷却液输入口以及冷却液循环泵的输入口连通。

可选的，所述燃料电池控制系统还包括用于检测燃料电池器件的内部温度的第一温度传感器、用于检测燃料电池器件的输出口的温度的第二温度传感器、用于检测所述燃料电池电堆的冷却液输入口的温度的第三温度传感器以及用于检测所述燃料电池电堆的冷却液输出口的温度的第四温度传感器。

与现有技术相比，本实用新型使用时，便于燃料电池的冷启动，且便于通过热量管理实现燃料电池器件的重复利用。

附图说明

图1是本实用新型实施例1提供的燃料电池器件的结构示意图。

图2是本实用新型实施例1提供的燃料电池器件的立体结构示意图。

图3是本实用新型实施例2提供的燃料电池控制系统的结构示意图。

图4是本实用新型实施例3提供的燃料电池控制方法的工作状态示意图。

图5是本实用新型实施例4提供的燃料电池控制方法的一工作状态示意图。

图6是本实用新型实施例4提供的燃料电池控制方法的另一工作状态示意图。

图7是本实用新型实施例5提供的燃料电池控制方法的工作状态示意图。

图8是本实用新型实施例6提供的燃料电池控制方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图1，实施例1提供一种燃料电池器件，包括储热管2504以及热交换管2503，所述储热管2504与所述热交换管2503相匹配，所述储热管2504包括空气输入口2508和空气输出口2509，所述热交换管2503包括冷却液输入口2510和冷却液输出口2511，且所述储热管2504内设有储热颗粒2505，所述储热颗粒2505能够吸附水分并发热，在实施过程中，燃料电池器件可设计为套管式，热交换管2503还包括外壳2501和用于保温的保温层2502，储热管2504内可流通空气，进而储热颗粒2505吸附空气内的水分并发热，热交换管2503内可流通冷却液，当燃料电池需要冷启动时，储热颗粒2505发热加热空气以及冷却液，进而被加热后的空气以及冷却液预热燃料电池电堆，完成冷启动，当燃料电池器件需要重复利用时，燃料电池电堆利用工作产生的余热加热冷却液，进而冷却液流入热交换管2503内，并对储热管2504内的储热颗粒进行加热，储热颗粒受热水分蒸发，进而完成储热颗粒的重复利用。

所述储热颗粒可选取硅胶、活性炭、活性氧化铝、金属有机骨架(MOFs)、天然沸石和人工沸石分子筛等具有丰富微孔、介孔及大孔的多孔吸附性固体材料所形成的颗粒的一种或几种。在实施过程中，人工沸石分子筛可以是3A、4A、5A、13X球形、13X条形等人工沸石分子筛以及沸石分子筛/CaCl₂、沸石分子筛/MgCl₂、沸石分子筛/MgSO₄等沸石与水合盐复合吸附材料。

请参阅图2，为了便于支撑热交换管2503以及便于导热，所述燃料电池器件还包括翅片2507，所述翅片2507的两端分别与所述储热管2504以及所述热交换管2503连接。

为了防止储热颗粒2505流出所述储热管2504，在所述储热管的空气输入口2508和空气输出口2509相匹配的位置分别设有滤网2506。

为了提高热交换效率，即在燃料电池冷启动过程中储热颗粒加热冷却液完成燃料电池的冷启动，或者在储热颗粒加热排出水分的过程中冷却液加热储热颗粒，所述空气输入口2508至所述空气输出口2509的流向与所述冷却液输入口2510至所述冷却液输出口2511的流向相反，为了检测储热管2504内部温度以及空气输出口2509处的温度，可分别设置第一温度传感器28和第二温度传感器29。

请参阅图3，实施例2提供一种燃料电池控制方法，空气供给单元2，所述空气供给单元2包括所述的燃料电池器件25；燃料电池电堆1，所述燃料电池电堆1与所述空气供给单元2连通；冷却液循环模块3，所述冷却液循环模块3分别与所述空气供给单元2以及所述燃料电池电堆1连通；控制器4，所述控制器4分别与所述空气供给单元2、所述燃料电池电堆1以及所述冷却循环模块3信号连接。

所述空气供给单元2还包括空气压缩机21、增湿器22、燃料电池器件25、压缩空气引射器27、第一阀门23、第二阀门24、第三阀门26、第一温度传感器28和第二温度传感器29；所述空气压缩机21的空气输出口接于所述增湿器22的空气输入口，所述增湿器22的空气输出口经由所述第一阀门23后一路接于所述燃料电池器件25的空气输入口另一路接于所述第二阀门24的输入端，所述第二阀门24的一个输出端接于所述燃料电池电堆1的空气输入口，所述第二阀门24的另一个输出端接于所述压缩空气引射器27的压缩空气输入口，所述燃料电池器件25的空气输出口经由所述第三阀门26后一路接于所述燃料电池电堆1的空气输入口另一路接于所述压缩空气引射器27的低压输入口，所述压缩空气引射器27的输出口接于所述燃料电池电堆1的空气输入口；

所述冷却循环模块3包括冷却液循环泵31、散热器32、第四阀门33、第五阀门34、第三温度传感器35和第四温度传感器36；所述冷却液循环泵31的冷却液输出口接于所述燃料电池电堆1的冷却液输入口，所述燃料电池电堆1的冷却液输出口经由所述第四阀门33后一路接于所述第五阀门34的输入端另一路接于所述燃料电池器件25的冷却液输入口，所述燃料电池器件25的冷却液输出口接于所述第五阀门34的输入端，所述第五阀门34的一个输出端接于所述散热器32的冷却液输入口，所述第五阀门34的另一个输出端和所述散热器32的冷却液输出口共同接于所述冷却液循环泵31的进液口。

所述燃料电池器件25用于车用燃料电池在冷启动时通过吸附剂吸附吸附质所释放的吸附热为所述燃料电池电堆1预热以帮助其快速实现冷启动。

如图1所示，所述第一温度传感器28设置在所述燃料电池器件25内部用于监测所述燃料电池器件25内部的温度，所述第二温度传感器29设置在所述燃料电池器件25的空气输出口处用于监测所述燃料电池器件25空气输出口的温度。

如图3所示，所述第三温度传感器35设置在所述冷却液循环泵31冷却液输出口与所述燃料电池电堆1冷却液输入口之间的管路上，所述第四温度传感器36设置在所述燃料电池电堆1冷却液输出口与所述第四阀门33输入端之间的管路上，通过利用二者检测到的温度来确定燃料电池内部的温度。

所述控制器4用于接收所述空气供给单元2中燃料电池器件25内部和空气输出口处的温度信号以及所述冷却循环模块3中燃料电池电堆1冷却液进出口处的温度信号，向所述空气供给单元2中的空气压缩机21以及所述冷却循环模块3中的冷却液循环泵31和散热器32发送开关指令以及通过PWM控制机制调控所述空气压缩机21电机、水泵电机31、散热器32风扇电机的转速，向所述空气供给单元2中的第一阀门23、第二阀门24、第三阀门26以及所述冷却循环模块3中的第四阀门33和第五阀门34发送开关指令和开通方向的指令。

具体地，如图3所示，所述空气压缩机21的空气输出口与所述增湿器22的空气输入口通过管道连接，所述增湿器22的空气输出口与所述第一阀门23的进气口通过管道连接，所述第一阀门23的第一出气口与所述第二阀门24的进气口通过管道连接，所述第一阀门23的第二出气口与所述燃料电池器件25的空气输入口通过管道连接，所述第二阀门24的第一出气口通过管道接于所述燃料电池电堆1的空气输入口，所述第二阀门24的第二出气口与所述压缩空气引射器27的压缩空气输入口通过管道连接，所述燃料电池器件25的空气输出口与所述第三阀门26的空气输入口通过管道连接，所述第三阀门26的第一出气口通过管道接于所述燃料电池电堆1的空气输入口，所述第三阀门26的第二出气口与所述压缩空气引射器27的吸气口通过管道连接，所述压缩空气引射器27的出气口通过管道接于所述燃料电池电堆1的空气输入口，从而形成所述燃料电池电堆1的空气供给通路；

所述冷却液循环泵31的冷却液输出口通过管道接于所述燃料电池电堆1的冷却液输入口，所述燃料电池电堆1的冷却液输出口与所述第四阀门33的进液口通过管道连接，所述第四阀门33的第一冷却液输出口与所述第五阀门34的进液口通过管道连接，所述第四阀门33的第二冷却输出口与所述燃料电池器件25的冷却液输入口2510通过管道连接，所述燃料电池器件25的冷却液输出口2511与所述第五阀门34的进液口通过管道连接，所述第五阀门34的第一冷却液输出口与所述散热器32的冷却液输入口通过管道连接，所述第五阀门34的第二冷却液输出口和所述散热器32的冷却液输出口均通过管道接于所述冷却泵31的进液口，从而形成燃料电池电堆1的冷却液循环通路。

其中，第一阀门至第五阀门可选用三位三通电磁阀；在所述冷却液循环泵31的进出液管路上还设置有用于定压补液的膨胀水箱。

在实施过程中，如图3所示，所述控制器4通过低压信号线分别与所述空气供给单元2中的第一温度传感器28、第二温度传感器29以及冷却循环模块3中的第三温度传感器35和第四温度传感器36连接，接收温度传感器的温度信号；通过低压开关控制线分别与所述空气供给单元2中的第一阀门23、第二阀门24、第三阀门26以及所述冷却循环模块3中的第四阀门33和第五阀门34连接，向其发送开关及开通方向的指令；通过低压开关控制线分别与所述空气供给单元2中的空气压缩机21以及冷却循环模块3中的冷却液循环泵31和散热器32连接，向其发送开关指令并通过PWM控制机制向空气压缩机21、冷却液循环泵31、散热器32发送脉宽调制信号以调控空气压缩机电机、水泵电机和散热器风扇电机的转速。

所述一种基于固体吸附储热的燃料电池热管理系统工作在冷启动模式、冷却液小循环模式、正常热管理模式和解吸再生模式：

请参阅图4，实施例3提供一种燃料电池控制方法，所述的方法包括：

检测燃料电池电堆的T_F，当T₁＞T_F时，则加湿空气并输入至储热管；

所述储热管预热所述储热管内的空气以及预热热交换管内的冷却液；

预热后的空气以及冷却液分别输入至燃料电池电堆并加热燃料电池电堆，完成燃料电池电堆的启动，其中T_F为燃料电池电堆的工作温度，T₁为燃料电池电堆的启动温度。

在实施过程中还包括：所述燃料电池控制方法还包括提供用于气体加压的压缩机和用于空气加湿的加湿器，空气经过压缩机后进行加压和加热，并输入至加湿器进行加湿。

具体地，如图4所示，所述控制器4分别开启所述空气供给单元2中的空气压缩机21以及第一阀门23的第二阀门和第三阀门26的第一阀门并关闭第二阀门24使空气的输送路径为：空气压缩机21→增湿器22→第一阀门23→燃料电池器件25→第二温度传感器29→第三阀门26→燃料电池电堆1，分别开启所述冷却循环模块3中的冷却液循环泵31以及第四阀门33的第二阀门和第五阀门34的第二阀门使冷却液的循环路径为：冷却液循环泵31→燃料电池电堆1→第四阀门33→燃料电池器件25→第五阀门34→冷却液循环泵31；在此过程中，所述空气压缩机21所产生的高压空气经过所述增湿器22增湿后携带着大量水蒸气进入到所述燃料电池器件25的固体吸附式储热管2504中，所述固体吸附式储热管2504中的固体吸附储热材料2505开始对水蒸气进行物理吸附从而降低了水分子的自由度释放出大量的吸附热，所产生的吸附热随即被高压空气流携带至燃料电池电堆1内部进而为燃料电池电堆1的膜电极进行预热；同时所述冷却液循环泵31驱动冷却液流经所述燃料电池器件25的冷却液热交换管2503并吸收固体吸附式储热管2504中释放的吸附热进入所述燃料电池电堆1为其内部的双极板进行预热；当所述控制器4检测到燃料电池电堆1的温度升至设定的冷启动温度时便开始启动燃料电池电堆1进而完成燃料电池电堆1的冷启动。

实施例4提供一种燃料电池控制方法，所述的方法包括：

检测燃料电池电堆的T_F，当T₁≤T_F＜T₂时；

加湿空气并输入至燃料电池电堆的空气输入口，燃料电池电堆启动；

所述燃料电池电堆的冷却液输入口以及冷却液输出口形成冷却液的冷却循环回路，完成燃料电池电堆的启动，其中T_F为燃料电池电堆的工作温度，T₁为燃料电池电堆的启动温度，T₂为燃料电池电堆的额定温度。

所述燃料电池控制方法还包括：检测燃料电池电堆的T_F，当T_F≥T₂时，将所述冷却循环回路进行散热。在实际实施过程中，-4℃≤T₁≤0℃，75℃≤T₂≤80℃。

如图5所示，所述控制器4分别开启所述空气供给单元2中的空气压缩机21以及第一阀门23的第一阀门和第二阀门24的第一的阀门并关闭第三阀门26使空气的输送路径为：空气压缩机21→增湿器22→第一阀门23→第二阀门24→燃料电池电堆1，分别开启所述冷却循环模块3中的冷却液循环泵31以及第四阀门33的第一阀门和第五阀门34的第二阀门使冷却液的循环路径为：冷却液循环泵31→燃料电池电堆1→第四阀门33→第五阀门34→冷却液循环泵31；在此过程中所述冷却液循环泵31驱动冷却液只在燃料电池电堆1和冷却液循环泵31之间循环而不经过散热器32从而加速燃料电池的升温过程直至升至燃料电池的最佳工作温度，燃料电池处于冷却液小循环模式下。

如图6所示，所述控制器4分别开启所述空气供给单元2中的空气压缩机21以及第一阀门23的第一阀门和第二阀门24的第一的阀门并关闭第三阀门26使空气的输送路径为：空气压缩机21→增湿器22→第一阀门23→第二阀门24→燃料电池电堆1，分别开启所述冷却循环模块3中的冷却液循环泵31、散热器32的风扇以及第四阀门33的第一阀门和第五阀门34的第一阀门使冷却液的循环路径为：冷却液循环泵31→燃料电池电堆1→第四阀门33→第五阀门34→散热器32→冷却液循环泵31；在此过程中所述控制器4通过PWM控制机制分别向冷却液循环泵31、散热器32发送脉宽调制信号以调控水泵电机和散热器风扇电机的转速来控制所述燃料电池电堆1的温度处于最佳工作温度区间，燃料电池处于正常热管理模式下。

实施例5提供一种燃料电池控制方法，所述的方法包括：

燃料电池电堆完成启动后，判断燃料电池器件是否需要换热；

当所述燃料电池器件需要换热时，空气经过加湿后输入至所述燃料电池电堆的空气输入口，燃料电池电堆工作并加热冷却液；

冷却液经过所述燃料电池电堆的冷却液输出口输入至燃料电池器件，冷却液对储热管内的储热颗粒进行加热，完成燃料电池器件的换热。

检测燃料电池器件的T_i以及T₀，T_i为所述燃料电池器件的内部温度，T₀为所述燃料电池器件的冷却输出口的温度，当T_i＞T₀时，冷却液对储热管内的储热颗粒进行加热，当T_i＝T₀时，完成燃料电池器件的换热。

提供空气引射器，所述空气引射器包括高压输入口、低压输入口以及输出口，当冷却液对储热管内的储热颗粒进行加热时产生水分，所述储热管与所述空气引射器的低压输入口连通，空气经过加湿后输入至所述空气引射器的高压输入口，所述空气引射器的输出口与燃料电池电堆的空气输入口连通。

判断燃料电池器件是否需要换热的步骤包括：当燃料电池电堆启动时，T_F＜T₁，且燃料电池电堆完成启动后，T_F≥T₂，则燃料电池器件需要换热。

如图7所示，所述控制器4分别开启所述空气供给单元2中的空气压缩机21以及第一阀门23的第一阀门、第二阀门24的第二阀门和第三阀门26的第二阀门使空气的输送路径为：空气压缩机21→增湿器22→第一阀门23→第二阀门24→压缩空气引射器27→燃料电池电堆1，分别开启所述冷却循环模块3中的冷却液循环泵31以及第四阀门33的第二阀门和第五阀门34的第一阀门使冷却液的循环路径为：冷却液循环泵31→燃料电池电堆1→第四阀门33→燃料电池器件25→第五阀门34→散热器32→冷却液循环泵31；如此从所述空气压缩机21出来的高压空气在流经所述压缩空气引射器27时在其吸气口产生一定的吸力使与之连通的所述固体吸附式储热管2504中形成负压环境，而所述冷却循环模块3中的冷却液循环泵31驱动冷却液将燃料电池在发电过程中所产生的热量携带至所述燃料电池器件25的冷却液热交换管2503中并通过热交换传递至所述固体吸附式储热管2504中对其内的固体吸附储热材料2505进行加热，其所吸附的水分遇热蒸发并在负压环境中从吸附剂内快速脱附，随即被抽离出固体吸附式储热管2504进入所述压缩空气引射器27汇同高压空气流进入所述燃料电池电堆1；在此过程中所述控制器4实时监测所述空气供给单元2中的第一温度传感器28和第二温度传感器29所显示温度T_i和T_o的大小变化，如果检测到T_i＝T_o时则首先关闭第三阀门26，然后返回正常热管理模式，从而完成所述固体吸附储热材料2505的解吸再生准备下一次的燃料电池的冷启动，即燃料电池处于解吸再生模式下。

所述控制器4采用所述冷却循环模块3中第三温度传感器35或者第四温度传感器36的冷却液温度作为参考温度进行后续比较和处理；在另一个实施例中，控制器4采用第三温度传感器35和第四温度传感器36的冷却液温度的平均值作为后续比较和处理的参数。以下将上述实施例中的第三温度传感器35或/和第四温度传感器36的冷却液参考温度统称为“燃料电池电堆冷却液温度T_F”，并将所述空气供给单元2中的第一温度传感器28所显示的温度记为“T_i”以及第二温度传感器29所显示的温度记为“T_o”。

在一个实施例中，控制器4读取第一阈值温度T₁、第二阈值温度T₂，其中，第一阈值温度T₁小于第二阈值温度T₂，即T₁＜T₂。其中，第一阈值温度T₁设定为-4℃～0℃区间中的一个温度；第二阈值温度T₂设定为75℃～80℃区间中的一个温度，即T₁为燃料电池电堆的启动温度，T₂为燃料电池电堆的额定温度。

实施例6提供了一种燃料电池控制方法，控制器4比较所述燃料电池电堆冷却液温度T_F和第一阈值温度T₁、第二阈值温度T₂之间的大小：当T_F＜T₁时，燃料电池热管理系统进入冷启动模式；当T₁≤T_F≤T₂时，燃料电池热管理系统进入冷却液小循环模式；当T_F＞T₂时，燃料电池热管理系统进入正常热管理模式；当燃料电池热管理系统从冷启动模式进入正常热管理模式后，如果燃料电池汽车处于匀速行驶或燃料电池高功率输出时，即燃料电池器件需要换热时，燃料电池热管理系统可进入再生解吸模式直至T_i＝T_o时再次切换回正常热管理模式。

请参阅图8，在步骤900中，所述热管理控制器4读取燃料电池电堆1的当前温度T_F，然后比较T_F与第一阈值温度T₁以及第二阈值温度T₂的之间的大小并进入步骤901；

在步骤901中，所述热管理控制器4如果检测到T_F＜T₁则进入步骤902，如果检测到T₁≤T_F≤T₂则进入步骤903，如果检测到T_F＞T₂则进入步骤904。

在步骤902中，所述热管理控制器4分别开启第一阀门23、第四阀门33、第五阀门34和第三阀门26并关闭第二阀门24，然后分别启动空气压缩机21和冷却液循环泵31利用固体吸附储热材料2505在吸附水蒸气时释放的吸附热对燃料电池电堆的膜电极和双极板进行预热；然后返回步骤901实时监测并比较T_F与T₁、T₂之间的大小变化；

在步骤903中，所述热管理控制器4分别开启第一阀门23、第二阀门24、第四阀门33和第五阀门34并关闭第三阀门26，然后分别启动空气压缩机21和冷却液循环泵31使冷却液只在燃料电池电堆1和冷却液循环泵31之间循环而不经过散热器32从而加速燃料电池的升温过程，然后返回步骤901实时监测并比较T_F与T₁、T₂之间的大小变化；

在步骤904中，所述热管理控制器4分别开启第一阀门23、第二阀门24、第四阀门33、第五阀门34并关闭第三阀门26，然后启动空气压缩机21、冷却液循环泵31以及散热器32风扇，通过PWM控制机制分别向冷却液循环泵31、散热器32发送脉宽调制信号以调控水泵电机和散热器风扇电机的转速来控制所述燃料电池电堆1的温度处于最佳工作温度区间；然后实时接收整车控制器传递过来的燃料电池汽车的实时行驶状态并进入步骤910；

在步骤910中，所述热管理控制器4开始检测燃料电池器件是否需要换热，即燃料电池汽车是否处于平稳行驶状态或燃料电池是否处于高功率输出状态，进而判定燃料电池器件25是否需要换热；是则进入步骤911，否则返回步骤904；

在步骤911中，所述热管理控制器4分别开启第一阀门23、第五阀门34和第二阀门24、第三阀门26、第四阀门33，然后分别启动空气压缩机21和冷却液循环泵31，充分利用燃料电池在工作过程(尤其是高功率输出时)中所产生的废热对储热材料2505进行加热，固体吸附储热材料2505中吸附的水分在负压环境中预热蒸发随即被抽离出固体吸附式储热管2504从而实现固体吸附储热材料2505的解吸再生；在此过程中所述热管理控制器4实时监测T_o和T_i的大小变化，然后进入步骤912。

在步骤912中，所述热管理控制器4检测是否存在T_i＝T_o的情况：是则进入步骤913；否则返回步骤911。

在步骤913中，所述热管理控制器4关闭第三阀门26，从而完成所述固体吸附储热材料2505的解吸再生准备下一次的燃料电池的冷启动，然后返回步骤904进行正常热管理的控制操作。

本实用新型巧妙利用固体吸附式储能的原理将吸附剂在吸附吸附质(即本实用新型中水)的过程中释放出大量的吸附热为燃料电池电堆预热以实现燃料电池的冷启动，其优点在于：

(1)储能密度大，远高于显热和潜热的储能方式，从而可减少材料的用量与体积，尤其是沸石/水工质对具有相对较高的储能密度和能量密度，吸收能力强，吸附热值大，吸附速度快等优点；

(2)环境适应性强，只要将吸附床封闭(即将本实用新型的吸附式储热器空气进出口处的电磁阀关闭)没有气流通过，吸附床将会一直处于储能状态，不受时间及环境温度的限制，无需长时间的绝热保温，从而降低了装置的成本；

(3)能源利用率高，冷启动预热过程无需外接电源加热或氢燃烧加热；再生过程充分利用燃料电池在发电过程中产生的热能实现吸附质在吸附剂上的解吸过程，从而将燃料电池工作时所产生的废热储存在固体储热材料内，有效降低了为燃料电池降温时散热器所需要的额外能耗，进而延长了燃料电池汽车的续航里程。

本实用新型的实施例内容揭露如上，然而本实施例并非用以限定本实用新型实施的范围，依据本实用新型的权利要求书及说明内容所作的简单的等效变化与修饰，仍属于本实用新型技术方案的范围内。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种燃料电池器件，其特征在于，包括储热管以及热交换管，所述储热管与所述热交换管相匹配，所述储热管包括空气输入口和空气输出口，所述热交换管包括冷却输入口和冷却输出口，且所述储热管内设有储热颗粒，所述储热颗粒能够吸附水分并发热。

2.根据权利要求1所述的燃料电池器件，其特征在于，所述储热颗粒包含硅胶、活性炭、活性氧化铝、金属有机骨架以及沸石中的至少一种材料。

3.根据权利要求1或者2所述的燃料电池器件，其特征在于，所述燃料电池器件还包括翅片，所述翅片的两端分别与所述储热管以及所述热交换管连接。

4.根据权利要求1所述的燃料电池器件，其特征在于，在所述储热管的空气输入口和空气输出口相匹配的位置分别设有滤网。

5.根据权利要求1所述的燃料电池器件，其特征在于，所述空气输入口至所述空气输出口的流向与所述冷却输入口至所述冷却输出口的流向相反。

6.一种燃料电池控制系统，其特征在于，包括：

空气供给单元，所述空气供给单元包括权利要求1至5任一项所述的燃料电池器件；

燃料电池电堆，所述燃料电池电堆与所述空气供给单元连通；

冷却循环模块，所述冷却循环模块分别与所述空气供给单元以及所述燃料电池电堆连通；

控制器，所述控制器分别与所述空气供给单元、所述燃料电池电堆以及所述冷却循环模块信号连接。

7.根据权利要求6所述的燃料电池控制系统，其特征在于，包括，所述空气供给模块包括用于气体加压的压缩机和用于空气加湿的加湿器，所述压缩机以及所述加湿器分别与所述燃料电池器件连通。

8.根据权利要求6或者7所述的燃料电池控制系统，其特征在于，所述空气供给模块还包括用于引导空气流动的空气引射器，所述空气引射器包括高压输入口、低压输入口以及输出口，所述空气引射器的高压输入口与所述空气供给单元的空气输入口连通，所述空气引射器的低压输入口与所述燃料电池器件的空气输出口连通，所述空气引射器的输出口与所述燃料电池电堆的空气输入口连通。

9.根据权利要求8所述的燃料电池控制系统，其特征在于，冷却循环模块包括冷却泵和散热器，所述冷却泵与所述散热器连通。

10.根据权利要求9所述的燃料电池控制系统，其特征在于，所述燃料电池控制系统还包括第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门以及第五阀门，所述第一阀门的分别与空气供给单元的输入口、燃料电池器件的空气输入口以及燃料电池电堆的空气输入口连通，所述第二阀门分别与所述空气供给单元的输入口、所述空气引射器的高压输入口以及所述燃料电池电堆的空气输入口连通，所述第三阀门分别与所述燃料电池器件的空气输出口、所述空气引射器的低压输入口以及所述燃料电池电堆的空气输入口连通，所述第四阀门分别与燃料电池器件的冷却输入口、所述燃料电池电堆的冷却输出口以及所述散热器的输入口连通，所述第五阀门分别与燃料电池器件的冷却输出口、散热器的输入口以及冷却泵的输入口连通。

11.根据权利要求6所述的燃料电池控制系统，其特征在于，所述燃料电池控制系统还包括用于检测燃料电池器件的内部温度的第一温度传感器、用于检测燃料电池器件的输出口的温度的第二温度传感器、用于检测所述燃料电池电堆的输入口的温度的第三温度传感器以及用于检测所述燃料电池电堆的输出口的温度的第四温度传感器。

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