本发明提供一种基于浓差电池的机车辅助热管理系统及方法，具体内容涉及采用浓差电池利用高压储氢系统中高压氢发电并利用该电能加热循环冷却液提高“燃料电池-动力电池”混动机车冬季低温适应能力与效率的装置及控制方法，属于机车热管理领域。
背景技术：
1、基于燃料电池和动力电池的“电-电”混动机车是实现铁路运输领域零碳目标的重要技术之一，目前很多国内外主流机车设计制造厂已经研制了相关样车并开展了广泛的测试与示范运行。
2、燃料电池和动力电池都面临冬季低温环境适应能力差的问题。目前机车所普遍采用的质子交换膜氢燃料电池在冬季低温条件下存在质子交换膜结冰的风险，且低温环境下燃料电池效率会明显降低。动力电池在冬季低温条件下同样存在充放电能力降低、效率下降及寿命减少等问题。
3、现有“电-电”混动系统多采用动力电池放电或外接电源供电的方式对其冷却液进行加热，从而提高燃料电池和动力电池的启动温度，并解决燃料电池质子交换膜冬季结冰的问题。但该技术会额外消耗电能，从而降低系统的总体能源利用效率。
4、同时，燃料电池及动力电池在连续运行或高温运行时温度升高同样会导致其效率降低及寿命减少等问题。现有燃料电池及动力电池多采用大功率风机进行冷却，而冷却风机的运行同样会消耗额外电能，降低系统总体效率。
5、浓差电池可以利用阴、阳两极同种工质的压力差实现发电，是在高压差条件下为系统提供补充电能的一种重要技术方法。但目前该技术尚未在动力系统中采用。
技术实现思路
1、针对现有燃料电池机车低温运行时需要消耗额外电能为燃料电池和动力电池加热，高温条件下需要额外消耗电能驱动风机为其散热而导致的系统总体能源利用效率降低的问题，本发明提供一种基于浓差电池的机车辅助热管理系统及方法。
2、本发明采用了如下技术方案：
3、一种基于浓差电池的机车辅助热管理系统，包括燃料电池机车原有的高压氢气罐（1），动力电池（4），燃料电池（12），以及设置在高压氢气罐（1）与燃料电池燃料入口（31）之间的管路及高压氢减压器（3）与高压氢单向阀（11），其特征在于增加了一套基于浓差电池的冷却液温控单元及一台电子控制单元（5），基于浓差电池的冷却液温控单元包括浓差电池（27），浓差电池高压管路（29）上设有高压氢电磁阀（2），浓差电池高压管路（29）一端链接于高压氢气罐（1）与高压氢减压器（3）之间，另一端与浓差电池（27）的高压燃料入口相连接，浓差电池低压管路（31）设置于燃料电池燃料入口（31）与浓差电池（27）低压燃料出口之间，在浓差电池低压管路（31）上依次设置低压氢电磁阀（15），低压氢减压器（14）及低压氢单向阀（13），浓差电池阳极（25）通过导线与设置在dc/dc转换器（22）上的dc/dc转换器输入负极（23）相连接，浓差电池阴极（26）通过导线与设置在dc/dc转换器（22）上的dc/dc转换器输入正极（24）相连接，dc/dc转换器（22）上的dc/dc转换器输出正极（20）与dc/dc转换器输出负极（21）分别通过导线与冷却液温度控制器（28）的电极相连接，且在链接dc/dc转换器输出正极（20）与冷却液温度控制器（28）电极之间的导线上设置有温控器电源开关（19），设置在冷却液温度控制器（28）上的加热器冷却液出口（16）及加热器冷却液入口（17）发别通过管路与动力电池冷却液入口（7）及燃料电池冷却液出口（10）相连接，在连接动力电池冷却液出口（6）与燃料电池冷却液入口（9）的管路中设置有循环泵（8），在冷却液温度控制器（28）上设置有冷却液温度传感器（18）；
4、所述高压氢减压器（3）和低压氢减压器（14）的出口压力设置相同；
5、所述电子控制单元（5）通过导线与高压氢电磁阀（2）相连接，通过发出高压氢电磁阀控制信号a控制高压氢电磁阀（2）的开启与关闭；
6、所述电子控制单元（5）通过导线与循环泵（8）相连接，通过发出高压氢循环泵控制信号b控制循环泵（8）的运行状态；
7、所述电子控制单元（5）通过导线与温控器电源开关（19）相连接，通过发出温控器电源开关控制信号c控制温控器电源开关（19）的通断；
8、所述电子控制单元（5）通过导线与冷却液温度控制器（28）相连接，通过发出冷却液温度控制器运行模式选择信号f控制冷却液温度控制器（28）的运行模式；
9、所述冷却液温度控制器（28）的运行模式包括加热模式和冷却模式；
10、所述电子控制单元（5）通过导线与冷却液温度传感器（18）相连接，通过接收冷却液温度信号d获得冷却液温度控制器（28）中的冷却液温度；
11、所述电子控制单元（5）通过导线与低压氢电磁阀（15）相连接，通过发出低压氢电磁阀控制信号e控制低压氢电磁阀（15）的开启与关闭；
12、所述电子控制单元（5）通过与机车动力系统电控单元通讯获得机车启动信号g。
13、一种基于浓差电池的机车辅助热管理系统的控制方法，包括以下步骤：
14、该系统的控制方法包括应急加热，常规加热及行车冷却三种运行模式，
15、（a）应急加热模式
16、电子控制单元（5）过接收冷却液温度信号d获得冷却液温度控制器（28）中的冷却液温度tc，冷却液温度控制器（28）中的冷却液温度tc≤0℃时，无论电子控制单元（5）所检测到的机车启动信号g是否指示机车已经启动，均执行应急加热模式。在应急加热模式下，电子控制单元（5）通过发出高压氢电磁阀控制信号a及低压氢电磁阀控制信号e分别打开高压氢电磁阀（2）及低压氢电磁阀（15），使浓差电池（27）能够利用氢气压差发电。电子控制单元（5）通过发出冷却液温度控制器运行模式选择信号f使冷却液温度控制器（28）运行在加热模式下，发出温控器电源开关控制信号c接通温控器电源开关（19），发出高压氢循环泵控制信号b控制循环泵（8）启动，此时冷却液温度控制器（28）利用浓差电池（27）依靠氢气浓度差而自发产生的电能加热冷却液，避免动力电池（4）及燃料电池（12）在冬季低温条件下被破坏。
17、（b）常规加热模式
18、电子控制单元（5）过接收冷却液温度信号d获得冷却液温度控制器（28）中的冷却液温度tc，当冷却液温度控制器（28）中的冷却液温度30℃＜tc≤90℃时，电子控制单元（5）通过发出高压氢电磁阀控制信号a及低压氢电磁阀控制信号e分别断开高压氢电磁阀（2）及低压氢电磁阀（15），电子控制单元（5）通过发出温控器电源开关控制信号c切断温控器电源开关（19），发出高压氢循环泵控制信号b控制循环泵（8）停止；
19、当冷却液温度控制器（28）中的冷却液温度0℃＜tc≤30℃时，电子控制单元（5）进一步检测机车启动信号g，当机车处于停车状态时，电子控制单元（5）通过发出高压氢电磁阀控制信号a及低压氢电磁阀控制信号e分别断开高压氢电磁阀（2）及低压氢电磁阀（15），电子控制单元（5）通过发出温控器电源开关控制信号c切断温控器电源开关（19），发出高压氢循环泵控制信号b控制循环泵（8）停止；
20、当机车处于运行状态时，电子控制单元（5）通过发出高压氢电磁阀控制信号a及低压氢电磁阀控制信号e分别打开高压氢电磁阀（2）及低压氢电磁阀（15），使浓差电池（27）能够利用氢气压差发电。电子控制单元（5）通过发出冷却液温度控制器运行模式选择信号f使冷却液温度控制器（28）运行在加热模式下，发出温控器电源开关控制信号c接通温控器电源开关（19），发出高压氢循环泵控制信号b控制循环泵（8）启动，此时冷却液温度控制器（28）利用浓差电池（27）依靠氢气浓度差而自发产生的电能加热冷却液，提高燃料电池（12）的运行效率；
21、（c）行车冷却模式
22、当冷却液温度控制器（28）中的冷却液温度90℃＜tc，并且机车启动信号g指示机车处于运行状态时，电子控制单元（5）判定辅助热管理系统工作与行车冷却模式，在该模式下，电子控制单元（5）通过发出高压氢电磁阀控制信号a及低压氢电磁阀控制信号e分别打开高压氢电磁阀（2）及低压氢电磁阀（15），使浓差电池（27）能够利用氢气压差发电。电子控制单元（5）通过发出冷却液温度控制器运行模式选择信号f使冷却液温度控制器（28）运行在冷却模式下，发出温控器电源开关控制信号c接通温控器电源开关（19），发出高压氢循环泵控制信号b控制循环泵（8）启动，此时冷却液温度控制器（28）利用浓差电池（27）依靠氢气浓度差而自发产生的电能对冷却液进行制冷冷却，提高动力电池（4）及燃料电池（12）的运行效率，并降低动力电池（4）的高温热失控风险。
23、本发明的有益效果是，针对燃料电池混动机车中燃料电池与动力电池在低温时需要使用额外电源加热及在高温时需要采用大功率风扇耗电冷却的问题，本发明提供一种基于浓差电池的机车辅助热管理系统及方法。该装置利用燃料电池机车高压储氢装置与低压燃料电池燃料入口间氢气压力差采用浓差电池发电，采用冷却液温度控制器利用浓差电池所产生的电能对燃料电池与动力电池的冷却液进行加热或冷却，满足了燃料电池与动力电池在不同运用条件下对温度的控制需求，解决了传统燃料电池混动机车中热管理系统额外消耗电能的问题，从而在满足热管理需求的条件下进一步提高了整车的能源利用效率。
1.一种基于浓差电池的机车辅助热管理系统，包括燃料电池机车原有的高压氢气罐（1），动力电池（4），燃料电池（12），以及设置在高压氢气罐（1）与燃料电池燃料入口（31）之间的管路及高压氢减压器（3）与高压氢单向阀（11），其特征在于增加了一套基于浓差电池的冷却液温控单元及一台电子控制单元（5），基于浓差电池的冷却液温控单元包括浓差电池（27），浓差电池高压管路（29）上设有高压氢电磁阀（2），浓差电池高压管路（29）一端链接于高压氢气罐（1）与高压氢减压器（3）之间，另一端与浓差电池（27）的高压燃料入口相连接，浓差电池低压管路（31）设置于燃料电池燃料入口（31）与浓差电池（27）低压燃料出口之间，在浓差电池低压管路（31）上依次设置低压氢电磁阀（15），低压氢减压器（14）及低压氢单向阀（13），浓差电池阳极（25）通过导线与设置在dc/dc转换器（22）上的dc/dc转换器输入负极（23）相连接，浓差电池阴极（26）通过导线与设置在dc/dc转换器（22）上的dc/dc转换器输入正极（24）相连接，dc/dc转换器（22）上的dc/dc转换器输出正极（20）与dc/dc转换器输出负极（21）分别通过导线与冷却液温度控制器（28）的电极相连接，且在链接dc/dc转换器输出正极（20）与冷却液温度控制器（28）电极之间的导线上设置有温控器电源开关（19），设置在冷却液温度控制器（28）上的加热器冷却液出口（16）及加热器冷却液入口（17）分别通过管路与动力电池冷却液入口（7）及燃料电池冷却液出口（10）相连接，在连接动力电池冷却液出口（6）与燃料电池冷却液入口（9）的管路中设置有循环泵（8），在冷却液温度控制器（28）上设置有冷却液温度传感器（18）；
2.控制如要求1所述的一种基于浓差电池的机车辅助热管理系统的控制方法，其特征在于，包括应急加热，常规加热及行车冷却三种运行模式；
