一种集成式热管理系统及其控制方法与流程

1.本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种集成式热管理系统及其控制方法。


背景技术：

2.燃料电池电堆在发电的过程中会产生大量的热，需要通过冷却流体带走热量以控制电堆的温度。冷却流体流量、温度的控制系统称为燃料电池的热管理系统。
3.现有技术中的燃料电池的热管理系统，只能对空气进行加热，无法对即将进入电堆的氢气进行加热，使得氢气进入电堆后消耗电堆更多的能量。现有技术中的燃料电池的热管理系统，其缺陷还包括：管路复杂，进入电堆的空气和氢气温差大，降低了燃料电池的工作效率及使用寿命；采用多个水泵来促进管路的循环运行，多个水泵的内耗高，成本也较高；没有基于环境的变化来进行热管理的高精度调控，使得热管理系统的运行效率低。
4.例如，中国专利cn112490468 a公开了一种集成式中冷器、热管理装置，包括壳体以及在所述壳体的两个侧面开设有向外延展的气路接口，所述气路接口包括气体入口和气体出口，所述壳体的内部还设有用于热交换的换热芯体，所述换热芯体上设有气室和水室，所述换热芯体与壳体固定连接，所述气室分别与气体入口和气体出口连通用于形成气体热交换回路。该专利虽然能够对冷却水流量进行控制以实现热管理，但是不能够对空气和和氢气的温度进行调节。
5.例如，中国专利cn 213988943 u公开了一种含氢-空热交换器的燃料电池热管理系统，包括燃料电堆、空压机、氢气罐和氢气-空气热交换器，氢气-空气热交换器相对两端的进气口分别连接空压机和氢气罐，氢气-空气热交换器的其中一端的出气口通过阴极中冷器连接燃料电堆的进气口，氢气-空气热交换器的另一端的出气口通过氢气喷射装置连接燃料电堆的进气口。该专利利用增压后的高温空气对冷源氢气进行加热，提高了氢气进入电堆前的温度。但是，该专利没有基于环境温度来调节水温、冷却流体温度以及氢气温度，因此其对于电堆的热管理的调控比较粗糙，最后得到的热调控的效率也不高。
6.基于现有技术的燃料电池电堆的简单热管理技术，本发明希望能够提供一种能够基于环境的变化，尤其是环境温度的变化来进行高精度热管理的管理策略，以实现燃料电堆的热管理的高效率运行。
7.此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。


技术实现要素：

8.针对现有技术之不足，本发明提供了一种集成式热管理系统，至少包括控制单元和电堆的冷却循环管路；在向电堆的阴极输入空气的管路上至少设置有空压机和中冷器，所述中冷器与氢气输入管路连通；所述电堆的冷却循环管路与所述空压机以构成回路的方
式连通，使得部分冷却流体以流经所述空压机的方式完成冷却循环，从而所述冷却流体在所述空压机内以热能传递的方式将空气降温，由所述空压机排出的空气与氢气在所述中冷器内通过冷却流体以热传递方式实现两种气体的温度均衡，从而空气与氢气以温度趋近于一致的方式分别进入电堆。
9.本发明通过改变集成式热管理系统，集成空气冷却、氢气加热、电堆冷却/加热、空压机及其控制器等组件，不但可以满足电堆冷却/加热，还可以满足空气和氢气冷却/加热，同时还能满足空压机和控制器的冷却/加热。
10.优选地，所述电堆的冷却循环管路与所述中冷器以构成回路的方式连通，以使部分冷却流体以流经所述中冷器的方式完成冷却循环，从而所述冷却流体在所述中冷器内以热能传递的方式将空气降温和/或将氢气升温，使得空气、氢气和冷却流体的温度在所述中冷器内变化至温度趋近于一致，并且所述空气、所述氢气和所述冷却流体以彼此不混合的方式分别进入所述电堆的对应入口。
11.在中冷器冷却空气的同时，可以加热氢气，使得空气进气和氢气进气温度相同，提高燃料电池工作效率和使用寿命。
12.优选地，所述电堆的冷却循环管路至少包括泵和以并联的方式设置的加热组件与散热组件，所述泵的入口与加热组件的出口和散热组件的出口分别连接，
13.所述泵的出口通过至少一个流量可调的分流组件及管路分别与空压机、中冷器和电堆的冷却入口连接，以使得冷却循环管路中的冷却流体能够在所述流量可调的分流组件的控制下进入所述空压机、中冷器和/或电堆的冷却入口。
14.优选地，所述控制单元基于空气进入电堆的第三温度所在的范围、第三温度和/或氢气进入电堆的第四温度与冷流流体进入电堆的第五温度之间的温度差异来调节冷却流体的循环路径，从而实现进入电堆的空气、氢气和冷却流体的温度调控。
15.优选地，所述电堆的冷却循环管路中的泵与所述空压机之间还设置有空压机控制器和第一流量调控组件，所述电堆的冷却循环管路中的泵与所述中冷器之间还设置有第二流量调控组件，所述电堆的冷却循环管路中的泵还与电堆的冷却组件的冷却入口连接，从而控制单元通过调节进入所述空压机、中冷器和/或电堆的冷却入口的流量的方式调节进入电堆的空气、氢气和冷却流体的温度。
16.本发明通过一个泵实现燃料电池和相关附件的热管理，集成度高，降低了使用多个电子水泵的功率内耗，提升了系统效率，方便控制并且节约成本；还通过流量调控装置、流量计、温度传感器和压力传感器等相互之间数据反馈，调整水泵转速，合理分配每个支路的水流量。优选地，泵为电子水泵。
17.优选地，在冷却流体进入电堆的第五温度小于第三温度阈值的情况下，响应于控制单元的控制指令，三通阀控制冷却循环管路以第一循环模式运行；
18.在冷却流体进入电堆的第五温度大于第五温度阈值的情况下，响应于控制单元的控制指令，三通阀控制冷却循环管路以第二循环模式运行；
19.在冷却流体进入电堆的第五温度介于第三温度阈值与第五温度阈值之间时，响应于控制单元的控制指令，三通阀控制冷却循环管路以第一循环模式和第二循环模式同时运行，其中，第三温度阈值小于第五温度阈值。
20.本发明通过实施不同的循环模式，根据冷却流体的不同温度条件，开启不同循环
功能，降低燃料电池电堆的功耗。
21.优选地，在低温环境，
22.在冷却流体进入电堆的第五温度小于第四温度阈值的情况下，响应于控制单元的控制指令，流量可调的分流组件关闭第一分支管路和第二分支管路且导通第三分支管路；
23.在冷却流体进入电堆的第五温度大于第四温度阈值的情况下，响应于控制单元的控制指令，流量可调的分流组件导通第一分支管路、第二分支管路和第三分支管路，
24.其中，第四温度阈值小于第三温度阈值。
25.优选地，在非低温环境，
26.在冷却流体进入电堆的第五温度小于第五温度阈值的情况下，并且在由空压机压缩后的空气的第二温度小于第二温度阈值时，响应于控制单元的控制指令，流量可调的分流组件导通第一分支管路和第三分支管路，并且关闭第三分支管路；
27.在冷却流体进入电堆的第五温度小于第五温度阈值的情况下，并且在由空压机压缩后的空气的第二温度大于第二温度阈值时，响应于控制单元的控制指令，流量可调的分流组件导通第二分支管路和第三分支管路，并且关闭第一分支管路。
28.优选地，在非低温环境，
29.在冷却流体进入电堆的第五温度大于第六温度阈值的情况下，响应于控制单元的控制指令，流量可调的分流组件导通第一分支管路、第二分支管路和第三分支管路，
30.其中，所述第六温度阈值大于第五温度阈值。
31.本发明通过布置环境温度传感器，监测空气进气和环境温度，提高系统的控制精度，保证系统高效可靠运行。
32.本发明还提供一种集成式热管理系统的控制方法，所述控制方法至少包括：基于第一温度确定低温环境/非低温环境；
33.基于低温环境/非低温环境、第二温度的信息、第三温度的信息以及预设的至少一个温度阈值调节三通阀、流量可调的分流组件的导通接口，从而所述控制单元基于空气进入电堆的第三温度所在的范围、第三温度和/或氢气进入电堆的第四温度与冷流流体进入电堆的第五温度之间的温度差异来调节冷却流体的循环路径，以使得部分冷却流体流经所述空压机和/或中冷器的方式实现进入电堆的空气、氢气和冷却流体的温度调控。
附图说明
34.图1是本发明提供的一种优选实施方式的集成式热管理系统的简化模块连接关系示意图；
35.图2是本发明提供的集成式热管理系统在夏季运行的流程示意图；
36.图3是本发明提供的集成式热管理系统在冬季运行的流程示意图。
37.附图标记列表
38.1：空气；2：氢气；3：空压机；4：中冷器；5：阴极；6：阳极；7：冷却组件；8：加热组件；9：散热组件；10：泵；11：空压机控制组件；21：第一温度传感器；22：第二温度传感器；23：第三温度传感器；24：第四传感器；25：第五温度传感器；26：压力传感器；27：第六温度传感器；31：第一流量传感器；32：第二流量传感器；33：第三流量传感器；41：三通阀；42：第一流量调控组件；43：第二流量调控组件；51：第一尾排管路；52：第二尾排管路。
具体实施方式
39.下面结合附图进行详细说明。
40.本发明中，燃料电池电堆至少包括阴极5、阳极6和冷却组件7。
41.本发明中的第一传感器21、第二传感器22、第三传感器23、第四传感器24、第五传感器25、第六传感器27不限于检测单一流体温度，还可以同时具有检测压力、环境温度等其他功能。
42.本发明中的空压机3是一种用以压缩气体的设备。空气在压缩后温度会升高。
43.本发明中的中冷器4用于冷却高温气体，同时中冷器中散热片吸收的热能能够用于将冷源氢气进行加热，进而升高氢气的温度。
44.本发明中的加热组件8优选为ptc加热器，用于加热冷却流体。
45.本发明中的散热组件9用于降低流体温度。散热组件9例如是散热器，风扇。
46.本发明中，三通阀41优选为电子节温器。第一流量调控组件42和第二流量调控组件43优选为可以调控流量的组件，例如可调节开度的阀门。
47.本发明中的控制单元与热管理系统中的各个被控制的部件均可以以有线或无线的方式连接，使得被控制的部件接收控制单元发送的控制指令并实施对应的动作。为了使得集成式热管理系统的结构更清楚，附图中的控制单元以及控制管线未示出，不代表控制单元不存在。
48.控制单元可以是集成式电子芯片，集成式电子线路板，处理器、服务器及服务器群组等等。控制单元能够运行本发明示例中的控制策略。
49.本发明的集成式热管理系统能够应用于车辆上，例如应用在叉车上。
50.本发明中，第一温度阈值、第二温度阈值、第三温度阈值、第四温度阈值、第五温度阈值和第六温度阈值均可以根据电堆热管理系统中各个部件的规格、大小、运行效率进行动态设置，不是预设的固定数值。其中，第四温度阈值、第三温度阈值、第一温度阈值、第五温度阈值、第二温度阈值、第六温度阈值的数值按照顺序由低至高。
51.优选地，第一温度阈值优选为45℃；第二温度阈值优选为55℃；第三温度阈值优选为40℃；第四温度阈值优选为6℃；第五温度阈值优选为46℃；第六温度阈值优选为60℃。
52.本发明的集成式热管理系统的简化连接示意图如图1所示。空气输入管路与空压机3的第一入口连接，以将空气1输入空压机3中。空压机3通过管路与中冷器4的第一入口连接，以将压缩后的空气输入中冷器4中。氢气输入管路与中冷器4的第二入口连接，以将温度较低的氢气2输入中冷器4中。中冷器4的第一出口通过管路与阴极5连接，以将降温后的空气1输入阴极5。中冷器4的第二出口通过管路与阳极6连接，以将升温后的氢气2输入阳极6。
53.电堆的阴极5与第一尾排管路51连接，以将未反应后的空气和水排出。电堆的阳极6与第二尾排管路52连接，以将未反应后的氢气和水排出。电堆的冷却组件7的冷却出口通过管路与三通阀41的第一接口连接，以将冷却组件7内的冷却流体排出。三通阀41的第二接口通过设置有加热组件8的管路与泵10的入口连接。三通阀41的第三接口通过设置有散热组件9的管路与泵10的入口连接，使得加热组件8和散热组件9并联。
54.泵10的出口设置有总管路，总管路通过流通可调的分流组件设置至少三个接口，泵10的总管路的第一接口通过第一分支管路与空压机3的第三入口连接，以将部分冷却流体输送至空压机3内。第一分支管路上设置有空压机控制组件11。泵10的总管路的第二接口
通过第二分支管路与中冷器4的第三入口连接，以将部分冷却流体输送至中冷器中。
55.空压机3的第三出口与中冷器4的第三出口可以与同一个循环管路连接，也可以与不同的循环管路连接。该循环管路与三通阀41的第一接口连接，使得空压机3与中冷器4分别排出的冷却流体通过循环管路再次进入三通阀41内，再次形成冷却流体循环。
56.泵10的总管路的第三接口通过第三分支管路与冷却组件7的冷却入口连接，以将部分冷却流体循环至冷却组件7内。
57.空气输入管路上设置有至少一个第一温度传感器21，用于监测空气的进气温度和/或环境温度，即用于采集第一温度。
58.空压机3与中冷器4之间的管路上设置有至少一个第二温度传感器22，用于监测压缩后的空气的温度，即用于采集第二温度。
59.中冷器4与电堆的阴极5之间的管路上设置有至少一个第三温度传感器23，用于监测即将进入电堆的空气的温度，即用于采集第三温度。
60.中冷器4与电堆的阳极6之间的管路上设置有至少一个第四温度传感器24，用于监测即将进入电堆的氢气的温度，即用于采集第四温度。
61.电堆的冷却组件7的冷却入口处的管路上设置有至少一个第五温度传感器25和至少一个压力传感器26。第五温度传感器25用于监测即将进入电堆的冷却流体的温度，即用于采集第五温度。压力传感器26用于监测即将进入电堆的冷却流体的压力。
62.冷却组件7的冷却出口与三通阀41的第一接口之间的管路上设置有至少一个第六温度传感器27，用于监测从冷却组件流出的冷却流体的温度，即用于采集第六温度。
63.泵10的总管路上设置有至少一个第一流量传感器31，用于监测冷却流体的总流量。
64.优选的，泵10的总管路的流量可调的分流组件可以为四通比例阀，也可以由第一流量调控组件42和第二流量调控组件43替代。第一流量调控组件42和第二流量调控组件43为流量可控的阀门。
65.泵10总管路的第二接口与空压机控制组件11中间的管路上设置有至少一个第二流量传感器32和至少一个第一流量调控组件42。第二流量传感器32用于监测进入空压机控制组件11的冷却流体的流量，即第一流量。泵10总管路的第三接口与中冷器4的第三入口之间的管路上设置有至少一个第三流量传感器33和至少一个第二流量调控组件43。第三流量传感器33用于监测进入中冷器4的冷却流体的流量，即第二流量。第一流量调控组件42和第二流量调控组件43分别用于调节所在管路内的冷却流体的流量大小。
66.在燃料电池电堆启动时，热管理系统启动并且进行热能的调节。热管理系统的控制模式包括第一循环模式和第二循环模式。热管理系统基于进入电堆的冷却流体的温度变化改变运行的循环模式。本发明的人管理系统基于季节的不同预设有不同的控制阈值，并且基于控制阈值和环境温度来确定运行的循环模式。例如，夏季属于非低温环境，冬季属于低温环境。
67.本发明中，第一循环模式为冷却流体的加热模式，即三通阀41导通加热组件8所在的管路，关闭散热组件9所在的管路。第二循环模式为冷却流体的散热模式，即三通阀41关闭加热组件8所在的管路，导通散热组件9所在的管路。
68.针对非低温环境，预设空压机3的进气温度和/或环境温度为第一温度阈值。空压
机3的出气温度为第二温度阈值。电堆的冷却流体的温度为第三温度阈值。优选地，第一温度阈值为45℃。第二温度阈值为55℃。第三温度阈值为40℃。
69.当空压机3的进气温度/环境温度小于第一温度阈值(例如45℃)，空压机3的出气温度小于第二温度阈值(例如55℃)，进入电堆的冷却流体温度小于第三阈值(例如40℃)时，控制单元控制第一流量调控组件42开启，控制第二流量调控组件43关闭，使得部分冷却流体通过空压机控制组件11进入空压机3，再循环至冷却循环管路中，部分冷却流体进入电堆的冷却入口。空压机及其控制器的电子器件开始工作并快速升温，在空压机和控制器开始工作后，冷却流体能够给电子器件尤其是电机和控制器进行冷却，避免空压机及其空压机系统产生高温。此时泵10开启，控制单元控制三通阀41开启第一循环模式。空压机3和氢气系统开始工作，电堆开始工作。泵10的转速根据电堆进水温度进行调整。电堆进水压力＜22psi。在空气通过中冷器4时，空气的热能传递至氢气，使得氢气升温，保证空气和氢气进气温度趋近于相同。冷却流体通过第一流量调控组件42所在的管路和电堆的冷却循环管路构成整体的循环管路。
70.电堆的冷却循环管路为至少含有三通阀41、加热组件8、散热组件9和泵10的管路。
71.当空压机3的进气温度/环境温度大于第一温度阈值(例如45℃)时，控制单元控制散热组件9中的电子风扇打开，降低燃料电堆内的环境温度。当空压机3的出气温度小于第一温度阈值时，并且电堆的进水温度小于第三温度阈值(例如40℃)，控制单元指示第一流量调控组件42开启，第二流量调控组件43关闭，泵10开启，使得三通阀41导通与加热组件8之间的管路，开启第一循环模式。此时，空压机3和氢气系统开始工作，燃料电池的电堆开始工作。
72.泵10的转速根据电堆进水温度进行调整。优选地，在电堆冷却水进口的压力≤电堆压力p1的条件下调整泵的转速。当电堆的进水压力＜22psi时，由空压机3压缩后的空气通过中冷器4对氢气2加热，使得氢气2的温度升高。冷却流体通过第一流量调控组件42的管路和电堆的冷却循环管路冷却相关部件。
73.在中冷器中，空气、氢气和冷却流体管路均为独立管道，互不相通。但是，三种管路之间设置有彼此关联的导热片，使得三种管路之间能够互相导热。空气、氢气和冷却流体之间通过导热片进行能量传导，实现冷却或者加热作用，使得三种介质趋近于热平衡。
74.在空压机3中，空气管路、氢气管路和冷却流体管路互相独立。三种管路之间通过热导片进行能量的传导，从而实现空气、氢气和冷却流体三种介质的热平衡。
75.当空压机3的出气温度大于第一温度阈值(例如45℃)时，并且在55℃～60℃时，控制单元指示第二流量调控组件43打开，使得冷却流体通过中冷器4。冷却流体通过热导片进行热传递，使得空气、氢气和冷却流体温度一致，实现三者的热平衡，并且冷却流体通过中冷器4还能够保证空气和氢气的温度均在合理的范围内。例如，电堆效率较高的工作温度在70～80度之间。控制单元根据电堆的高效工作温度区间，通过调节冷却流体的流量等方式，使得三者流体达到热平衡后，进堆温度可以控制在70～80℃。这样可以实现电堆本体、空气、氢气和冷却流体处于同一个温度条件，使得电堆的工作效率高，可靠性好。电堆不会存在忽冷忽热的流体进入的缺点，电堆的寿命能够相应提高。
76.根据电堆阴极入口处的第三温度传感器23采集到的空气在进入电堆时温度的大小，控制单元调节第二流量调控组件43的开度、泵10的转速和三通阀41的开度等。
77.本发明中，在燃料电池的冷却入口处的第五温度传感器25采集的入堆温度在40℃～46℃的情况下，冷却流体的温度较低，不需要通过散热方式来降低温度。控制单元控制三通阀41开启第一循环模式功能，即导通加热组件8所在的管路，关闭加热组件9所在的管路，并且控制单元通过以下控制策略来调节第一流量调控组件42和第二流量调控组件43的启闭。
78.在空压机3的出气温度，即由第二温度传感器22采集的温度小于第二温度阈值(例如55℃)时，电堆的冷却流体的进堆温度在40℃～46℃，控制单元控制第一流量调控组件42开启，第二流量调控组件43关闭，使得部分冷却流体通过空压机控制组件11进入空压机3，再循环至冷却循环管路中，部分冷却流体进入电堆的冷却入口。
79.当空压机3的出气温度，即由第二温度传感器22采集的温度大于第二温度阈值(例如55℃)时，例如在55℃～60℃时，控制单元控制第二流量调控组件43开启，第一流量调控组件42开启，使得部分冷却流体通过中冷器4，部分冷却流体进入电堆的冷却入口。根据空压机3的出气温度和电堆进气温度及其冷却流体进堆温度和压力，控制单元调整泵10的转速和第二流量调控组件43的开度。
80.在燃料电池的冷却入口处的第五温度传感器25采集的冷却流体的入堆温度在46℃～60℃的情况下，冷却流体的温度不能满足电堆的散热需求，因此冷却流体需要通过散热的方式降温，以实现以较低的温度为电堆降温。基于此，控制单元控制三通阀41开启第二循环模式功能，即关闭加热组件8所在的管路，导通加热组件9所在的管路。控制单元过以下控制策略来调节第一流量调控组件42和第二流量调控组件43的启闭。
81.在空压机3的出气温度小于第二温度阈值(例如55℃)时，电堆的冷却流体的进堆温度在40℃～46℃时，控制单元控制第一流量调控组件42开启，第二流量调控组件43关闭，使得部分冷却流体通过空压机控制组件11进入空压机3，部分冷却流体进入电堆的冷却入口。
82.当空压机3的出气温度大于第二温度阈值(例如55℃)时，例如在55℃～60℃时，控制单元控制第二流量调控组件43开启，使得部分冷却流体进入中冷器4，部分冷却流体进入电堆的冷却入口。根据空压机6出气温度和电堆的进气温度及其冷却流体进堆的第五温度和压力，控制单元调整泵10的转速和第二流量调控组件43的开度。
83.针对冬季，如图3所示，控制单元按照以下控制策略控制集成式热管理系统。
84.第一，当电堆的冷却流体体进入冷却入口的第五温度小于第四阈值时，控制单元的控制策略如下。第四阈值优选为6℃。
85.控制单元控制泵10开启，加热组件8开始加热，三通阀41开启第一循环模式，第一流量调控组件42和第二流量调控组件43关闭，加热组件8对第一循环模式内部的冷却流体进行加热，使得电堆的温度逐渐升高。
86.当冷却流体进入电堆的温度大于第四阈值(例如6℃)时，控制单元控制加热组件8停止工作，空气1和氢气2通过管路分别进入电堆的阴极5和阳极6，电堆开始工作。此时第一流量调控组件42和第二流量调控组件43开启，使得部分冷却流体分别进入空压机3和中冷器4。在中冷器4中，通过冷却流体的热传导作用，使得空气、氢气和冷却流体三者的温度保持一致。
87.当冷却流体进入电堆的第五温度在6℃～40℃的范围内时，空气1进入电堆时的第
三温度和氢气2进入电堆时的第四温度小于冷却流体的第五温度时，控制单元控制第一流量调控组件42和第二流量调控组件43全部开启，并且提高泵10的转速，使得冷却流体分别流经空压机3和中冷器4，在冷却流体的温度传导下空气1和氢气2的温度快速达到平衡，并且使空压机控制器11和空压机3所在管路内的冷却流体迅速流通，以保证电堆启动后工作在最佳温度。
88.当冷却流体进入电堆的第五温度在在40℃～46℃时，控制单元控制开启第一循环模式，当电堆的气体进入温度小于冷却流体的温度时，在电堆压力允许的范围内，控制单元调整泵10的转速和第二流量调控组件43的开度，增加流量，使得中冷器4内的空气、氢气与冷却流体的温度保持平衡。根据空压机控制器11和空压机3的需求的最小和最大需求流量，控制单元控制第一流量调控组件42开度处于空压机控制器11和空压机3的需求的最小和最大需求流量之间。
89.当冷却流体进入电堆的第五温度在46℃～60℃时，控制单元控制开启第二循环模式，第一流量调控组件42和第二流量调控组件43全部开启。根据由第三温度传感器23、第四温度传感器24、第五温度传感器25和压力传感器26采集的数据，控制单元调整泵10的转速，使得氢气、空气的温度与冷却流体的温度一致，保证电堆工作在最佳温度范围。
90.当冷却流体进入电堆的第五温度大于第五温度阈值时，在控制单元控制开启第二循环模式的同时，开启风扇。根据由第三温度传感器23、第四温度传感器24、第五温度传感器25和压力传感器26采集的数据，控制单元调整泵10的转速和风扇转速，使得电堆在冷却的同时，氢气、空气的温度与冷却流体的温度趋近于一致，保证电堆工作在合适的温度范围。第五温度阈值优选为60℃。
91.第二，当电堆的冷却流体体进入冷却入口的第五温度不小于第四阈值时，控制单元的控制策略如下。第四阈值优选为6℃。
92.控制单元指示电堆直接启动；重复上述当冷却流体进入电堆的第五温度≥6℃时的步骤。
93.在每个工况条件下，根据温度传感器和压力传感器等采集组件采集信号，控制单元调整泵10的转速、阀的开度及其风扇等，使得整个系统在空气温度、氢气温度和空气温度相同的条件下工作，提高电堆发电效率。
94.实施例2
95.本实施例是对夏季控制模式的举例说明，与实施例1重复的内容不再赘述。
96.控制单元对夏季的控制策略如图2所示。
97.s0：开始。
98.s1：当环境温度即第一温度≤45℃时，执行步骤s4、s5和s6。
99.s2：当环境温度即第一温度＞45℃时，执行步骤s3。
100.s3：打开电子风扇，执行步骤s4、s5和s6。
101.s4：开启泵10。
102.s5：开启空压机3。
103.s6：氢气2进入电堆。
104.s7：在冷却流体进入电堆的第五温度t1≤45℃时，执行步骤s11。
105.s8：在冷却流体进入电堆的第五温度45℃≤t1≤45℃时，执行步骤s12。
106.s9：在冷却流体进入电堆的第五温度46℃≤t1≤60℃时，执行步骤s13。
107.s10：在冷却流体进入电堆的第五温度t1大于60℃时，执行步骤s14。
108.s11：控制三通阀41打开第一循环模式。
109.s12：控制三通阀41打开第一循环模式和第二循环模式。
110.s13：控制三通阀41打开第二循环模式。
111.s14：控制三通阀41打开第二循环模式并启动散热组件运行。
112.s15：判断空压机3的出气温度t2是否小于55℃，若是，执行步骤s16和s17；若否，执行步骤s21。
113.s16：关闭第二流量调控组件43；执行步骤s17。
114.s17：开启第一流量调控组件42；执行步骤s18。
115.s18：当空压机3的出气温度55℃＜t2＜60℃时，执行步骤s19和s20。
116.s19：打开第二流量调控组件43，并且调整开度。
117.s20：调节泵10的转速，执行步骤s21。
118.s21：当氢气温度、开启温度和冷却流体温度一致时，执行步骤s22。
119.s22：调节步骤结束。
120.实施例3
121.本实施例是对冬季控制模式的举例说明，与实施例1重复的内容不再赘述。
122.控制单元对冬季的控制策略如图3所示。
123.s0：开始。
124.s31：在冷却流体进入电堆的第五温度t1＜6℃时，执行步骤s33。
125.s32：在冷却流体进入电堆的第五温度t1≥6℃时，执行步骤s40、s41和s42。
126.s33：启动第一循环模式，同步执行s34～s37。
127.s34：开启泵10。
128.s35：打开加热组件8。
129.s36：三通阀41执行第一循环模式。
130.s37：关闭第一流量调控组件42和第二流量调控组件43。
131.s38：在冷却流体进入电堆的第五温度t1≥6℃时，执行步骤s39。
132.s39：关闭加热组件8。
133.s40：启动空压机3。
134.s41：控制氢气2进入电堆。
135.s42：开启第一流量调控组件42和第二流量调控组件43，并且判断冷却流体进入电堆的第五温度t1的范围，基于t1的范围选择执行步骤s43、s50、s60或s70。
136.s43：在冷却流体进入电堆的第五温度6℃＜t1≤40℃时，执行步骤44。
137.s44：控制三通阀41保持第一循环模式，同步执行步骤s45～s47。
138.s45：开启第一流量调控组件42。
139.s46：当空气温度与氢气温度相等且小于冷却流体的温度时，进入步骤s48。
140.s47：控制进水压力p1＜23psi。
141.s48：提高泵10的转速，执行步骤s49。
142.s49：当氢气温度、开启温度和冷却流体温度趋近于一致时，执行步骤s80。
143.s50：在冷却流体进入电堆的第五温度40℃＜t1≤46℃时，执行步骤51～s59。
144.s51：控制三通阀41同时启动第一循环模式和第二循环模式。
145.s52：调节进水压力；控制进水压力p1＜23psi。
146.s53：提高泵10的转速。
147.s54：当第一流量q1＜4l/min时，执行步骤s55。
148.s55：控制第一流量调控组件42的流量增大。
149.s56：当第一流量q1大于6l/min时，执行步骤s57。
150.s57：控制第一流量调控组件42的流量变小。
151.s58：当空气温度与氢气温度相等且小于冷却流体的温度时，执行步骤s59。
152.s59：将第二流量调控组件43的阀门开大，执行步骤s49。
153.s60：在冷却流体进入电堆的第五温度46℃＜t1≤60℃时，执行步骤61～s65。
154.s61：控制三通阀41启动第二循环模式，同时执行步骤s62和s63。
155.s62：当冷却流体的总流量q减去第一流量q1，再减去第二流量q2得到的进入电堆冷却入口的流量小于电堆流量阈值时，执行步骤s64。
156.s63：调节进水压力；控制进水压力p1＜23psi。
157.s64：调节泵10的转速。
158.s65：开启第一流量调控组件42和第二流量调控组件43，执行步骤s49。
159.s70：在冷却流体进入电堆的第五温度60℃＜t1≤80℃时，执行步骤71～s75。
160.s71：控制三通阀41启动第二循环模式，执行步骤s72。
161.s72：调节进水压力；控制进水压力p1＜23psi。
162.s73：调节泵10的转速，同步执行步骤s74和s75。
163.s74：开启散热组件9。
164.s75：开启第一流量调控组件42和第二流量调控组件43，执行步骤s49。
165.s80：调节步骤结束。
166.需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。本发明说明书包含多项发明构思，诸如“优选地”、“根据一个优选实施方式”或“可选地”均表示相应段落公开了一个独立的构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。