[发明专利]一种燃料电池冷却水回路温度控制系统及其控制方法

说明书

本发明提供一种燃料电池冷却水回路温度控制系统及其控制方法，属于燃料电池测试系统技术领域，系统包括温度测量传感器、压力测量传感器、冷却液、管路、燃料电池电堆、水泵、水箱、控制器和由n个换热器串联或并联组成的换热器组；各换热器的最大散热功率之和大于燃料电池电堆最大输出热功率；在各换热器的散热功率相同或不同的情况下，控制器根据入堆温度、当前燃料电池电堆的输出热功率和各换热器的最大散热功率，控制各换热器的工作状态，实现温度控制系统的散热等级可调，以满足燃料电池在不同功率等级下的测试需求。相比传统单独大功率换热器，可降低系统的自然散热能力和不同输出功率的最小散热功率，避免不同功率温度调节相差过大。

技术领域

本发明属于燃料电池测试系统技术领域，具体涉及一种燃料电池冷却水回路温度控制系统及其控制方法。

背景技术

在全球日益增长的能源需求、愈演愈烈的环境危机等背景下，清洁能源的新型利用方式越来越受到人们的重视。其中，燃料电池因高效率、零污染、低噪音、启动快等优势走入大众的视线。不同于常规意义上的电池，燃料电池直接将燃料和氧化剂的化学能通过电极反应转化为电能，因工作时需连续地向其供给燃料和氧化剂，而得名燃料电池。

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种功率密度高、工作温度低、响应快、无污染的清洁电化学能源，被广泛认为是下一代清洁能源汽车最具潜力的动力源候选。温度作为影响PEMFC性能的关键因素之一，直接影响燃料电池内部水成分的运输，同时也影响质子交换膜的气体渗透性。除此之外，温度也对催化剂的活性、燃料气体的扩散以及“水淹”现象产生显著影响。为此，在进行燃料电池性能或寿命测试时，需要将燃料电池保持在最优工作温度。

现有技术常见于一种传统的燃料电池热管理系统，如图1所示，主要包括燃料电池堆、冷却水箱、循环水泵、散热风扇、温度传感器、压力传感器和控制器。该系统通过测定燃料电池堆的进堆/出堆温度值，将其与控制器设定温度值比较，如果冷却水温度低于设定的循环水温度，通过电堆自身的产热进行升温，当冷却水温度达到设定温度后，通过控制器来控制风扇对系统进行散热，将温度稳定在设定温度附近。但现有技术中，对于一个特定功率等级的测试系统，其冷却系统中换热器的最大散热负荷一定大于或等于被测电堆的最大输出热功率，而实际过程中，换热器的散热风扇都具有最小启动转速，即换热器存在最小散热功率，如图2所示的换热器最小启动转速为15％，而且管路以及换热器本身都有自然散热能力。因此在电堆的测试过程中，如果只使用一个大功率换热器对系统进行散热，由于系统本身存在的延迟加上温度本身的滞后特性，可能会因换热器的散热能力过强而导致温度出现较大波动。特别对于低功率点的测试，往往会出现系统产热功率小于散热风扇的最小散热功率，在此情况下散热风扇的控制情况为频繁启停，因此导致冷却水的温度无法稳定，在设定的循环水温度65℃附近来回波动，如图3所示。

因此寻求一种燃料电池冷却水回路温度控制系统及其控制方法，在满足燃料电池温度控制稳定的前提下，适用于更广泛的温度控制范围。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提出了一种燃料电池冷却水回路温度控制系统及其控制方法，采用多个小功率等级的换热器，通过控制其处于不同工作状态，实现散热等级可调的温度控制系统，以满足燃料电池在不同功率等级下的测试需求。

本发明具体技术方案如下：

一种燃料电池冷却水回路温度控制系统，包括温度测量传感器，压力测量传感器，冷却液，及依次通过管路连接的燃料电池电堆、水泵和水箱，温度测量传感器和压力测量传感器位于燃料电池电堆的入堆口和出堆口处，冷却液在管路中流动；其特征在于，所述温度控制系统还包括换热器组和控制器；

所述换热器组位于水箱的出口和燃料电池电堆的入堆口之间，由n个散热功率小于等于测试平台最大测试功率的1/3的换热器串联或并联组成，各换热器的最大散热功率相同或不同，并且各换热器的最大散热功率之和大于所述燃料电池电堆的最大输出热功率；所述测试平台最大测试功率为测试平台所能测试的电堆的最大输出热功率；