[發明專利]一種燃料電池的熱管理控制方法

有效

• 申請號: 202210829083.X
• 申請日: 2022-07-15
• 公開（公告）號: CN115020765B
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發明（設計）人: 王欽普;郗富強;鄭文龍;張傳龍;劉煥東
• 申請（專利權）人: 濰柴動力股份有限公司
• 主分類號: H01M8/04701
• 分類號: H01M8/04701;H01M8/04992;H01M8/04298
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 楊亞茹

1.一種燃料電池的熱管理控制方法，采用燃料電池的熱管理系統，所述熱管理系統包括冷板、泵(2)、熱管理閥(3)和散熱器(4)，所述冷板設置于所述燃料電池的電堆(1)內，所述電堆(1)的出液口與所述泵(2)的進液口連通，所述泵(2)的出液口通過所述熱管理閥(3)與所述電堆(1)的進液口和所述散熱器(4)的進液口連通，所述散熱器(4)的出液口與所述電堆(1)的進液口連通，所述散熱器(4)通過電子風扇散熱；其特征在于，所述熱管理控制方法包括以下步驟：

設定冷卻液的目標入堆溫度和目標出入堆溫差；

建立所述燃料電池的電堆熱模型，計算所述電堆(1)的散熱功率和所需的冷卻液的流量；

以所述冷卻液的出入堆溫差為控制目標，根據所述熱管理系統的冷卻液的循環路徑的一維仿真確定不同工況下的流阻，并依據該流阻、流量對所述泵(2)進行性能實驗，得出所述泵(2)的流量-揚程下的所述泵(2)的轉速map，根據所述冷卻液的流量和所述泵(2)的轉速map獲取所述泵(2)的前饋轉速，再以所述冷卻液的出堆溫度和入堆溫度之差作為增量式PID的計算輸入值，將計算輸出值與所述泵(2)的前饋轉速相加為所述泵(2)的輸出轉速；

以所述冷卻液的入堆溫度為控制目標，所述電堆(1)的散熱功率、所述冷卻液的流量、所述目標入堆溫度、環境溫度和所述散熱器(4)的進液溫度為輸入參數，對所述散熱器(4)的散熱功率進行校正，根據熱管理系統的散熱功率和所需的冷卻液的流量仿真結果，進行各流量點下的性能實驗，在實驗過程中，按照最高環境溫度設定液氣溫差進行所述散熱器(4)性能實驗，所述液氣溫差等于所述散熱器(4)的進液溫度減去所述最高環境溫度，并啟動不同的電子風扇的數量，分別測試啟動不同數量的所述電子風扇時的所述散熱器(4)的散熱功率，得到液氣溫差下的所述電子風扇的多個轉速map，以此獲取所述電子風扇的轉速map，結合所述電子風扇的轉速map獲取所述電子風扇的啟動數量和所述電子風扇的前饋轉速，再以所述散熱器(4)的出液溫度作為增量式PID的控制目標，計算閉環輸出值，所述閉環輸出值與所述電子風扇的前饋轉速相加為所述電子風扇的輸出轉速；

以快速熱機和冷卻液的溫度輔助調控為控制目標，根據所述冷卻液的目標入堆溫度，結合所述熱管理閥(3)的開度map確定所述熱管理閥(3)的開度預設值，所述熱管理閥(3)的開度map是根據冷卻液的入堆溫度和所述散熱器(4)的出液溫度兩個維度標定，獲取冷卻液的實時入堆溫度和所述散熱器(4)的實時出液溫度，然后查所述熱管理閥(3)的開度map確定所述熱管理閥(3)的開度預設值；根據所述電堆(1)的實時電流和所述冷卻液的實時入堆溫度確定開度修正值，所述開度預設值與所述開度修正值相加為所述熱管理閥(3)的大循環開度，所述熱管理閥(3)的大循環開度為所述熱管理閥(3)與所述散熱器(4)的進液口連通的出口的開度；根據所述電堆(1)的實時電流和散熱功率的計算公式計算所需的散熱功率，然后再根據冷卻液的實時入堆溫度確定所述熱管理閥(3)的開度修正值，該開度修正值是通過以所述電堆(1)所需的散熱功率和冷卻液的入堆溫度兩個維度標定的所述熱管理閥(3)的開度map獲取。

2.根據權利要求1所述的燃料電池的熱管理控制方法，其特征在于，所述電堆(1)的散熱功率的計算公式為：

，其中， 為經驗參數，通過實驗室實測的燃料電池散熱功率進行設定；為所述電堆(1)中單體電池的片數，為所述電堆(1)的實時輸出電流， 為所述電堆(1)的實時輸出電壓。

3.根據權利要求2所述的燃料電池的熱管理控制方法，其特征在于，所述冷卻液的流量的計算公式為：

，其中，為冷卻液的定壓比熱容，為所述冷卻液的實時出堆溫度，為所述冷卻液的實時入堆溫度。