[发明专利]一种燃料电池热管理控制方法

说明书

本发明公开一种高效的燃料电池热管理制方法，步骤1，在启动阶段，开启小循环加热回路，跟随电堆给出的最佳温升曲线，控制小循环加热电堆，使电堆温度跟随给出的最佳温升曲线上升，减少电堆启动时间；步骤2，在升温阶段，采集电堆水入温度和水出温度，通过查表和计算得到循环水泵转速请求和三通阀开度请求，智能调节热管理系统的加热和散热；步骤3，当电堆温度超过设定温度时，根据采集到的实际循环水入堆温度，对电堆发电功率进行限制，使电堆的发电功率不超过当前最大散热能力对应的功率，并配合控制三通阀的开度、冷却水散热速率请求和目标水泵转速，将电堆运行温度维持在设定范围内，减少了电堆热失控的风险。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，尤其是燃料电池热管理控制方法。

背景技术

在当下这个化石能源急剧消耗的时代，寻找可替代的可再生清洁能源成为可持续发展的重大课题，而氢能作为一种可再生清洁能源，受到越来越多的关注。燃料电池作为一种电化学装置，可以将氢气中的化学能直接转化为电能，没有传统内燃机的燃烧过程，能量转化过程更简单，且不受卡诺循环的限制，具有效率高，无污染，NVH性能优异等优点，被认为是汽车行业的未来。然而燃料电池在正常工作中，电堆反应放出的热量约占总能量的30%~60%，并且燃料电池的性能和温度有密切关系，在电堆的最佳工作温度附近，电堆才能具有较优的工作效率。

高效的热管理系统需要保证电堆在启动时能迅速达到电堆最佳温度，并且在电堆正常运行中，维持电堆热量平衡。启动时间特别是冷启动时间过长，会导致氢耗量增加。而良好的温度保持能力能保证电堆持续工作在高效率区间，不会因为温度过低导致电堆效率降低，也不会因为过热导致燃料电池质子交换膜和催化层产生不可逆的损伤。因此，高效的热管理在燃料电池系统中非常重要。

发明内容

本发明提出一种高效的燃料电池热管理系统及控制方法，在燃料电池电堆启动过程中，可以迅速使燃料电池温度达到最佳工作温度，并根据理论计算和传感器反馈值，调节电子三通阀的开度和循环水泵转速，使燃料电池温度维持在最佳工作温度一定范围内。

本发明采用以下技术方案：

一种燃料电池热管理控制方法，包括如下步骤：

步骤1，在启动阶段，通过控制三通阀开度，只开启小循环并使用小循环PTC加热循环水，使电堆温度跟随电堆标定出的最佳性能温升曲线上升，启动电堆。

步骤2，在升温阶段，通过控制三通阀开度，开启大循环冷却回路，采集电堆水入温度和水出温度，通过查表和计算，得到循环水泵转速请求和三通阀开度请求，调节热管理系统的加热和散热。

步骤3，当电堆温度超过设定温度时，根据采集到的实际循环水入堆温度，对电堆发电功率进行限制，使电堆的发电功率不超过当前最大散热能力对应的功率，并配合控制三通阀的开度、冷却水散热速率请求和目标水泵转速，将电堆运行温度维持在设定范围内。

进一步地，所述步骤2中，所述循环水泵转速请求的计算是：

若：|电堆进出水口温差|≤温差允许值，

循环水泵转速请求N_Req= min{max{N_allwmin, N_iniReq}, N_allwmax} 公式13

式中：N_iniReq为初始水泵转速请求，N_allwmin为水泵许用最小转速，N_allwmax为水泵许用最大转速；

否则：循环水泵转速请求N_Req=水泵许用最大转速N_allwmax。

进一步地，所述步骤2中，所述三通阀开度请求的计算是：

三通阀开度请求=大循环流量请求/目标水泵转速对应的流量。

进一步地，所述步骤3包括: