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氢燃料电池是利用氢气和空气发生电化学反应，将氢气化学能转化为电能的一种能量转换装置，有着高的能量转化效率、低温运行、低噪音污染、零排放等优点，非常适用于交通运输领域，如车辆、轮船、飞机等。氢燃料电池的广泛推广使用，可以减少二氧化碳排放。

氢燃料电池热管理系统是为了解决燃料电池堆在工作时产生的大量余热导致电堆温度升高，超过其适宜运行温度范围(60～80℃)，同时燃料电池低温环境下启动时，热管理系统可以促进电堆的升温速率，使得燃料电池堆冷启动成功。为了实现快速加热电堆的功能，现有技术是热管理系统中安装PTC电加热器加热流经燃料电池堆的冷却水，通过冷却水进一步加热电堆。PTC电加热器是一个高电功耗的元器件，在低温环境下燃料电池堆启动阶段，加热冷却水的同时会消耗系统中大量电能，这样降低系统的净输出功耗。此外，在低温环境下，驾驶室内也有热负荷需求加热空气，通常也是采用PTC电加热器作为唯一热源。系统中PTC的使用，造成系统在低温环境下的电功耗非常高，降低系统效率。因此，开发高效率的办法，替换低温环境下使用PTC加热器进行加热电堆和驾驶室的方法，可以有效提高系统的节能效率，对系统低温环境的运行具有重大意义。

针对现有技术中存在的问题，项目提出一种基于热泵和相变储热的燃料电池热管理系统，能够降低系统的电能损耗，提高系统节能效率。

本项目设计了一种基于热泵和相变储热的燃料电池热管理系统，系统中，第一热交换器连接燃料电池堆以将其热量通过管路中的冷却水传递到周围环境，水泵、第一热交换器、三通阀和燃料电池堆管路连接形成冷却水循环管路，加热器连接且加热冷却水循环管路中的冷却水以加热燃料电池堆；第二热交换器并联于储热器和第一比例阀的两端，第二热交换器一端连接加热器，另一端连接三通阀，经由调节三通阀，储热器储存燃料电池堆产生的多余热量或在系统需要热量的时候释放热量；热泵模块提供热量给第二热交换器和/或低温环境下燃料电池堆和驾驶室。降低了系统电功耗，提高了系统的节能效率。

本项目适用于于燃料电池热管理技术领域，特别是一种基于热泵和相变储热的燃料电池热管理系统。

研究团队依托动力及工程热物理双一流“A+”学科，以及国家西部能源研究院、热科学与工程国际合作联合实验室、热流科学与工程教育部重点实验室、能源与环境中的热质传递国际联合研究中心和陕西省氢燃料电池性能提升中心等国家级和省部级科研平台，具备国内领先的科研条件。研究团队长期从事复杂热质输运过程调控与数值仿真、电子器件热管理、储能与节能技术、氢能与燃料电池技术以及新能源高效利用等领域的研究工作。研究成果曾获2009年国家技术发明二等奖1项，2015年国家技术发明二等奖1项，2015年国家科技进步二等奖1项，2017年国家科技进步奖（创新团队）1项，2020年陕西省自然科学一等奖1项。

和现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明所述的基于热泵和相变储热的燃料电池热管理系统利用相变储热器储存之前燃料电池堆的余热，使得系统在低温环境启动时优先利用储热器的能量，而不是现有技术利用高耗能的PTC加热器，节省了系统在这个阶段的电功耗。当储热器储存能量不足时，引入热泵模块的部分工质间接加热燃料电池堆，只需消耗较小的工质泵功耗，远低于直接利用PTC 加热器。在启动阶段可以显著提高系统的节能效率。在低温环境中系统运行阶段，利用燃料电池堆的余热满足驾驶室的热负荷需求。相比利用电加热器或热泵模块，该方法同样需要极少的泵功耗损失，在系统运行阶段明显降低系统的电功耗损失，提高系统的节能效率。

希望以技术许可、技术转让或共同研发等方式与企业合作