[發明專利]一種燃料電池冷卻液溫度控制方法、系統及其控制器

在審

• 申請號: 202111624810.0
• 申請日: 2021-12-28
• 公開（公告）號: CN114447379A
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: 唐剛;練勇;余漆;胡軍;謝光有
• 申請（專利權）人: 東方電氣（成都）氫燃料電池科技有限公司
• 主分類號: H01M8/04537
• 分類號: H01M8/04537;H01M8/04014;H01M8/04029;H01M8/04701
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 張杰

本發明公開了一種燃料電池冷卻液溫度控制方法、系統及其控制器，其中溫度控制方法包括：采集燃料電池電堆冷卻液出口實時溫度值等數據，根據調度電流查找冷卻液出口目標值溫度、溫差設定值和初始風扇個數；判斷冷卻液出口目標溫度值與實時溫度值之差是否小于溫差設定值，若是，則啟動風扇控制策略，計算風扇占空比，再判斷風扇占空比是否大于等于最小設定占空比，且小于等于最大設定占空比，若是，則直接輸出風扇占空比控制風扇轉速；若小于最小設定占空比，則減少風扇個數，計算風扇占空比用于控制風扇轉速；若大于最大設定占空比，則增加風扇個數，并考慮風扇啟動延時，計算風扇占空比用于控制風扇轉速。本發明可滿足燃料電池效率及壽命。

技術領域

本發明涉及燃料電池技術領域，尤其涉及一種燃料電池冷卻液溫度控制方法、系統及其控制器。

背景技術

針對不同膜電極，燃料電池需在不同電流調度點選擇合適的溫度操作點，通過精細化的水熱管理提升燃料電池的性能、穩定性及壽命。現有燃料電池控制技術主要針對燃料電池溫度進行閉環控制，通過環境溫度對控制輸出進行修正，其缺點是反應速度慢，風扇啟動響應速度慢，溫度控制反應時間長，溫度閉環控制容易產生震蕩等現象；部分控制技術采用環境溫度、產熱功率計算出散熱風量，從而進行溫度控制，該方法響應速度快，但是理論計算出來的結果和實際有一定偏差，且受使用工況影響較大，導致相同目標溫度有控制偏差；綜上所述溫度震蕩、偏差等情況都會影響燃料電池內部的水熱平衡，從而影響燃料電池的性能、穩定性及壽命。

發明內容

為了更加快速、精準的控制燃料電池冷卻液溫度，本發明提出一種燃料電池冷卻液溫度控制方法、系統及其控制器，可滿足燃料電池效率及壽命。

本發明采用的技術方案如下：

一種燃料電池冷卻液溫度控制方法，包括以下步驟：

S1.采集燃料電池電堆冷卻液出口實時溫度值、電堆輸出電流及輸出電壓，并采集環境溫度；根據調度電流查找冷卻液出口目標值溫度、溫差設定值和初始風扇個數；

S2.判斷冷卻液出口目標溫度值與冷卻液出口實時溫度值之差是否小于溫差設定值，若是，則啟動風扇控制策略，根據采集的電堆輸出電流及輸出電壓計算電堆產熱功率，再根據電堆產熱功率、環境溫度和初始風扇個數計算風扇初始占空比；根據冷卻液出口目標溫度值與冷卻液出口實時溫度值的差值，通過PI控制算法得到風扇調節占空比；由風扇初始占空比和風扇調節占空比之和得到風扇占空比，再執行步驟S3；否則，執行步驟S1；

S3.判斷風扇占空比是否小于最小設定占空比，若是，則減少風扇個數，執行步驟S6；否則，再判斷風扇占空比是否大于最大設定占空比，若是，則增加風扇個數，執行步驟S4，否則執行步驟S6；

S4.判斷是否達到風扇啟動延時，若是，則執行步驟S6；否則，執行步驟S5；

S5.根據環境溫度、電堆產熱功率、風扇優化前個數計算風扇初始占空比；根據冷卻液出口目標溫度值與冷卻液出口實時溫度值的差值，通過PI控制算法得到風扇調節占空比；由風扇初始占空比和風扇調節占空比之和得到風扇占空比，再執行步驟S7；

S6.根據環境溫度、電堆產熱功率、風扇優化后個數計算風扇初始占空比；根據冷卻液出口目標溫度值與冷卻液出口實時溫度值的差值，通過PI控制算法得到風扇調節占空比；由風扇初始占空比和風扇調節占空比之和得到風扇占空比，再執行步驟S7；

S7.輸出風扇占空比控制風扇轉速，使產熱與散熱達到平衡，從而穩定冷卻液溫度。

進一步地，計算風扇初始占空比的方法為：通過采集的電堆輸出電流及輸出電壓計算電堆產熱功率，根據電堆產熱功率和風扇入口的環境溫度得到電堆所需的散熱風量，再根據散熱風量、風扇個數和風扇風量曲線計算出風扇初始占空比。

一種燃料電池冷卻液溫度控制器，包括：