[发明专利]基于功率优化的空冷燃料电池热管理系统及方法

权利要求书

1.一种基于功率优化的空冷燃料电池热管理系统，其特征在于，包括空冷燃料电池、直流风机、LabVIEW上位机、DAQ数据采集卡、温度采集模块、电压电流采集模块，用电设备、直流电机驱动模块和直流电源；所述空冷燃料电池、温度采集模块、LabVIEW上位机、DAQ数据采集卡依次连接；所述用电设备连接空冷燃料电池；所述DAQ数据采集卡还通过电压电流采集模块与空冷燃料电池连接；所述直流电机驱动模块与直流电源、直流风机和DAQ数据采集卡分别连接。

2.根据权利要求1所述的基于功率优化的空冷燃料电池热管理系统，其特征在于所述空冷燃料电池通过减压阀连接氢气源。

3.根据权利要求1所述的基于功率优化的空冷燃料电池热管理系统，其特征在于：所述直流电机驱动模块采用L298N。

4.根据权利要求1所述的基于功率优化的空冷燃料电池热管理系统，其特征在于：所述DAQ数据采集卡通过PCI总线与计算机相连并与LabVIEW上位机进行信号传输。

5.根据权利要求1所述的基于功率优化的空冷燃料电池热管理系统，其特征在于：所述温度采集模块由K型热电偶与STM32微控制器组成，通过USB与计算机相连并与LabVIEW上位机进行信号传输。

6.一种基于功率优化的空冷燃料电池热管理方法，其特征在于，包括两个部分：

第一部分：基于功率最大化的空冷燃料电池最佳工作温度寻优策略，通过控制空冷燃料电池风机开度扰动电堆温度变化，观察燃料电池恒定电流下输出功率的变化进而确定恒定电流下燃料电池最佳工作温度值；

第二部分：根据确定的最佳工作温度值作为参考值设计热管理控制器形成闭环回路以追踪最佳工作温度值。

7.根据权利要求6所述的基于功率优化的空冷燃料电池热管理方法，其特征在于，所述当空冷燃料电池电堆温度追踪在最佳工作温度，此时若工况电流发生变化时，新的最佳工作温度值需重新确定并追踪，具体为：判断空冷燃料电池工况电流是否变化，如工况变化，则执行第一部分确定最佳工作温度，如工况没有改变，则判断此时最佳工作温度是否确定，如最佳工作温度已确定，则执行第二部分进行最佳工作温度追踪，如最佳工作温度未确定，则执行第一部分以确定最佳工作温度。

8.根据权利要求6所述的基于功率优化的空冷燃料电池热管理方法，其特征在于所述功率最大化的空冷燃料电池最佳工作温度寻优策略，包括以下步骤：

步骤S1:设定初始风机占空比u(0)＝u₀，初始平均功率P_ave(0)＝0；

步骤S2:设定参数周期时间Δt，恒定风机占空比值变化值Δu，风机最小占空比u_min，程序执行门槛值θ；

步骤S3:实时检测燃料电池电堆温度T_st(t)，电压V_st(t)，电流I_st(t),并计算空冷燃料电池实时功率、平均功率P_ave及平均功率差值ΔP_ave；

步骤S4：判断ΔP_ave是否大于所设定的门槛值θ，当ΔP_ave≥θ时，即燃料电池功率沿上升趋势变化，此时当前电堆温度往最佳工作温度值接近，则执行命令：u_t+1＝u_t-Δu，使电堆温度继续上升以更接近最佳工作温度值并重新赋值P_ave,t＝P_ave,t+1，u_t＝u_t+1，返回步骤S3；

步骤S5:当ΔP_ave＜θ时，则燃料电池功率变化有下降趋势，此时电堆温度即将接近过热反应温度值，执行输出当前电堆温度值为最佳工作温度T_ref。