[发明专利]一种燃料电池冷却液温度控制方法、系统及其控制器

说明书

本发明公开了一种燃料电池冷却液温度控制方法、系统及其控制器，其中温度控制方法包括：采集燃料电池电堆冷却液出口实时温度值等数据，根据调度电流查找冷却液出口目标值温度、温差设定值和初始风扇个数；判断冷却液出口目标温度值与实时温度值之差是否小于温差设定值，若是，则启动风扇控制策略，计算风扇占空比，再判断风扇占空比是否大于等于最小设定占空比，且小于等于最大设定占空比，若是，则直接输出风扇占空比控制风扇转速；若小于最小设定占空比，则减少风扇个数，计算风扇占空比用于控制风扇转速；若大于最大设定占空比，则增加风扇个数，并考虑风扇启动延时，计算风扇占空比用于控制风扇转速。本发明可满足燃料电池效率及寿命。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池冷却液温度控制方法、系统及其控制器。

背景技术

针对不同膜电极，燃料电池需在不同电流调度点选择合适的温度操作点，通过精细化的水热管理提升燃料电池的性能、稳定性及寿命。现有燃料电池控制技术主要针对燃料电池温度进行闭环控制，通过环境温度对控制输出进行修正，其缺点是反应速度慢，风扇启动响应速度慢，温度控制反应时间长，温度闭环控制容易产生震荡等现象；部分控制技术采用环境温度、产热功率计算出散热风量，从而进行温度控制，该方法响应速度快，但是理论计算出来的结果和实际有一定偏差，且受使用工况影响较大，导致相同目标温度有控制偏差；综上所述温度震荡、偏差等情况都会影响燃料电池内部的水热平衡，从而影响燃料电池的性能、稳定性及寿命。

发明内容

为了更加快速、精准的控制燃料电池冷却液温度，本发明提出一种燃料电池冷却液温度控制方法、系统及其控制器，可满足燃料电池效率及寿命。

本发明采用的技术方案如下：

一种燃料电池冷却液温度控制方法，包括以下步骤：

S1.采集燃料电池电堆冷却液出口实时温度值、电堆输出电流及输出电压，并采集环境温度；根据调度电流查找冷却液出口目标值温度、温差设定值和初始风扇个数；

S2.判断冷却液出口目标温度值与冷却液出口实时温度值之差是否小于温差设定值，若是，则启动风扇控制策略，根据采集的电堆输出电流及输出电压计算电堆产热功率，再根据电堆产热功率、环境温度和初始风扇个数计算风扇初始占空比；根据冷却液出口目标温度值与冷却液出口实时温度值的差值，通过PI控制算法得到风扇调节占空比；由风扇初始占空比和风扇调节占空比之和得到风扇占空比，再执行步骤S3；否则，执行步骤S1；

S3.判断风扇占空比是否小于最小设定占空比，若是，则减少风扇个数，执行步骤S6；否则，再判断风扇占空比是否大于最大设定占空比，若是，则增加风扇个数，执行步骤S4，否则执行步骤S6；

S4.判断是否达到风扇启动延时，若是，则执行步骤S6；否则，执行步骤S5；

S5.根据环境温度、电堆产热功率、风扇优化前个数计算风扇初始占空比；根据冷却液出口目标温度值与冷却液出口实时温度值的差值，通过PI控制算法得到风扇调节占空比；由风扇初始占空比和风扇调节占空比之和得到风扇占空比，再执行步骤S7；

S6.根据环境温度、电堆产热功率、风扇优化后个数计算风扇初始占空比；根据冷却液出口目标温度值与冷却液出口实时温度值的差值，通过PI控制算法得到风扇调节占空比；由风扇初始占空比和风扇调节占空比之和得到风扇占空比，再执行步骤S7；

S7.输出风扇占空比控制风扇转速，使产热与散热达到平衡，从而稳定冷却液温度。

进一步地，计算风扇初始占空比的方法为：通过采集的电堆输出电流及输出电压计算电堆产热功率，根据电堆产热功率和风扇入口的环境温度得到电堆所需的散热风量，再根据散热风量、风扇个数和风扇风量曲线计算出风扇初始占空比。

一种燃料电池冷却液温度控制器，包括：