燃料电池的冷却控制系统和方法技术方案

本发明专利技术提供一种燃料电池的冷却控制系统和方法。该冷却控制系统包括：燃料电池；冷却循环管路，连接到燃料电池并且用于冷却燃料电池的冷却水在冷却循环管路中循环；冷却水泵，设置在冷却循环管路上并调节冷却水的循环量；计算单元，基于燃料电池的发热量和散热量来计算燃料电池的热能变化量；以及控制器，基于计算出的燃料电池的热能变化量来控制冷却水泵。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池的冷却控制系统和方法
本专利技术涉及一种基于燃料电池的热能变化量和冷却循环管路的恒温器阀的开度来控制冷却水泵的技术。
技术介绍
燃料电池利用分别从氢供应装置和氧供应装置供应的氢和氧的氧化还原反应将化学能转换为电能。燃料电池包括产生电能的燃料电池堆和用于冷却燃料电池堆的冷却系统等。换言之，将氢供应到燃料电池堆的阳极(anode)，在阳极处进行氢的氧化反应，从而产生氢离子和电子，并且所产生的氢离子和电子分别通过电解质膜和隔膜移动到阴极(cathode)。在阴极中通过从阳极移动来的氢离子和电子以及空气中的氧参与的电化学反应产生水并且这种电子流动产生电能。由于这种电化学反应，在燃料电池堆中产生热能和电能。为了防止诸如由于这种热能导致燃料电池堆过热而劣化的问题，燃料电池包括冷却系统。特别地，主要使用水冷却型冷却系统，在该水冷却型冷却系统中，冷却水流动的冷却流路形成在燃料电池堆中包括的各个单元电池之间以冷却燃料电池堆。在该冷却系统中，难以直接测量燃料电池堆的温度，因此，利用通过燃料电池堆排出的冷却水的出口温度间接地估计燃料电池堆的温度。此外，通过控制恒温器或用于使冷却水循环的泵来调节燃料电池堆的冷却量，该恒温器根据估计的燃料电池堆的温度来调节通过散热器的冷却水与绕过散热器的冷却水之间的比率。换言之，通过散热器的冷却水和绕过散热器的冷却水流入恒温器中并混合，从而冷却燃料电池堆。然而，根据这种冷却控制方法，通过散热器的低温冷却水可能流入燃料电池堆中，因此，可能在燃料电池堆中发生热冲击。此外，由于燃料电池堆中产生的热量相对少，因此散热器在所需散热量少的状态下不保持散热性能，因此，如果燃料电池堆的所需散热量再次增加，则发挥冷却系统的冷却性能的时间延迟。以上描述被提供以帮助理解本专利技术的背景，并且不应被解释为本领域技术人员已知的常规技术。
技术实现思路
因此，本专利技术提供一种基于燃料电池的累积发热量和冷却循环管路的恒温器阀的开度来控制冷却水泵的控制系统和方法。根据本专利技术的一方面，一种燃料电池的冷却控制系统可以包括：燃料电池；冷却循环管路，连接到燃料电池以并且用于冷却燃料电池的冷却水在冷却循环管路中循环；冷却水泵，设置在冷却循环管路上并调节冷却水的循环量；计算单元，被配置为基于燃料电池的发热量和散热量来计算燃料电池的热能变化量；以及控制器，被配置为基于由计算单元计算出的燃料电池的热能变化量来控制冷却水泵。燃料电池的冷却控制系统可以进一步包括：发热量估计单元，被配置为基于燃料电池的发电信息来估计燃料电池的发热量。另外，燃料电池的冷却控制系统可以包括：第一温度传感器和第二温度传感器，被配置为测量冷却循环管路和燃料电池连接的入口和出口处的冷却水的温度。计算单元可以被配置为基于由第一温度传感器和第二温度传感器测量的温度来计算燃料电池的散热量，并且基于通过从燃料电池的发热量减去燃料电池的散热量获得的值来计算燃料电池的热能变化量。燃料电池的冷却控制系统可以进一步包括：热交换器，设置在冷却循环管路上并使冷却循环管路中的冷却水与外部之间进行热交换；旁路路径，包括在冷却循环管路中并使冷却循环管路中的冷却水绕过热交换器；以及恒温器阀，被配置为调节循环到热交换器或旁路路径的冷却水的循环量。控制器可以被配置为基于恒温器阀的开度和燃料电池的热能变化量来控制冷却水泵。另外，控制器可以被配置为通过基于恒温器阀的开度来调节用于调节冷却水泵的转速的控制增益值而控制冷却水泵。恒温器阀可以基于燃料电池的内部温度来设置恒温器阀的开度。控制器可以被配置为当燃料电池的热能变化量为预定的热能变化量以下时，控制冷却水泵以将冷却水泵的转速调节为预定的基本速度。控制器也可以被配置为当燃料电池的热能变化量为预定的热能变化量以下并且预定的热能变化量为0时，控制冷却水泵以停止冷却水泵的操作。控制器可以被配置为当燃料电池的热能变化量超过预定的热能变化量时，控制冷却水泵以增加冷却水泵的转速。根据本专利技术的另一方面，一种燃料电池的冷却控制方法可以包括：基于燃料电池的散热量和发热量来计算燃料电池的热能变化量；以及基于在计算燃料电池的热能变化量中计算出的燃料电池的热能变化量和恒温器阀的开度来控制冷却水泵。燃料电池的冷却控制方法可以进一步包括：基于燃料电池的发电信息来估计燃料电池的发热量。燃料电池的冷却控制方法可以进一步包括：测量冷却循环管路和燃料电池连接的入口和出口处的冷却水的温度。在计算热能变化量中，可以基于在测量冷却水的温度中测量的温度来计算燃料电池的散热量，并且可以基于通过从燃料电池的发热量减去燃料电池的散热量而获得的值来计算燃料电池的热能变化量。在控制冷却水泵中，可以通过基于恒温器阀的开度来调节用于调节冷却水泵的转速的控制增益值而控制冷却水泵。另外，在控制冷却水泵中，当燃料电池的热能变化量为预定的热能变化量以下时，可以控制冷却水泵以将冷却水泵的转速调节为预定的基本速度。当燃料电池的热能变化量为预定的热能变化量以下并且预定的热能变化量为0时，可以控制冷却水泵以停止冷却水泵的操作。当燃料电池的热能变化量超过预定的热能变化量时，可以控制冷却水泵以增加冷却水泵的转速。附图说明从以下结合附图的详细描述中，将更清楚地理解本专利技术的上述和其它目的、特征及其它优点，其中：图1是根据本专利技术的一个示例性实施例的燃料电池的冷却控制系统的框图；图2是示出根据本专利技术的一个示例性实施例的燃料电池的冷却控制方法的流程图；图3是示出根据本专利技术的一个示例性实施例的燃料电池的冷却循环管路的出口处的冷却水的温度变化和燃料电池的热能变化量的曲线图；图4是示出根据本专利技术的一个示例性实施例的根据恒温器阀的开度来控制冷却水泵的控制增益值的曲线图；以及图5是示出根据本专利技术的一个示例性实施例的图4所示的控制增益值的可变式的曲线图。具体实施方式理解的是，如本文所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语通常包括机动车辆，例如包括运动型多用途车(SUV)、巴士、卡车、各种商用车的乘用车，包括各种轮船和船舰的水运工具，航空器等，并包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力车辆、氢动力车辆以及其它替代燃料(例如，除石油以外的资源衍生的燃料)车辆。如本文所指，混合动力车辆是具有两个或更多个动力源的车辆，例如汽油和电双动力车辆。尽管将示例性实施例描述为使用多个单元来执行示例性过程，但是理解的是，示例性过程也可以由一个或多个模块来执行。另外，理解的是，术语“控制器”/“控制单元”是指包括存储器和处理器的硬件装置。存储器被配置为存储模块，并且处理器被具体配置为执行所述模块以执行在下面进一步描述的一个或多个过程。此外，本公开的控制逻辑可以实现为包含由处理器、控制器/控制单元等执行的可执行程序指令的计算机可读介质上的非暂时性计算机可读介质。计算机可读介质的示例包括但不限于ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光学数据存储装置。计算本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池的冷却控制系统，包括：/n燃料电池；/n冷却循环管路，连接到所述燃料电池并且用于冷却所述燃料电池的冷却水在所述冷却循环管路中循环；/n冷却水泵，设置在所述冷却循环管路上并调节冷却水的循环量；/n计算单元，基于所述燃料电池的发热量和散热量来计算所述燃料电池的热能变化量；以及/n控制器，基于计算出的所述燃料电池的热能变化量来控制所述冷却水泵。/n

【技术特征摘要】
20191008 KR 10-2019-01246011.一种燃料电池的冷却控制系统，包括：
燃料电池；
冷却循环管路，连接到所述燃料电池并且用于冷却所述燃料电池的冷却水在所述冷却循环管路中循环；
冷却水泵，设置在所述冷却循环管路上并调节冷却水的循环量；
计算单元，基于所述燃料电池的发热量和散热量来计算所述燃料电池的热能变化量；以及
控制器，基于计算出的所述燃料电池的热能变化量来控制所述冷却水泵。


2.根据权利要求1所述的燃料电池的冷却控制系统，进一步包括：
发热量估计单元，基于所述燃料电池的发电信息来估计所述燃料电池的发热量。


3.根据权利要求1所述的燃料电池的冷却控制系统，进一步包括：
第一温度传感器和第二温度传感器，测量所述冷却循环管路和所述燃料电池连接的入口和出口处的冷却水的温度，
其中所述计算单元基于由所述第一温度传感器和所述第二温度传感器测量的温度来计算所述燃料电池的散热量，并且基于通过从所述燃料电池的发热量减去所述燃料电池的散热量获得的值来计算所述燃料电池的热能变化量。


4.根据权利要求1所述的燃料电池的冷却控制系统，进一步包括：
热交换器，设置在所述冷却循环管路上并使所述冷却循环管路中的冷却水与外部之间进行热交换；
旁路路径，包括在所述冷却循环管路中并使所述冷却循环管路中的冷却水绕过所述热交换器；以及
恒温器阀，调节循环到所述热交换器或所述旁路路径的冷却水的循环量，
其中所述控制器基于所述恒温器阀的开度和所述燃料电池的热能变化量来控制所述冷却水泵。


5.根据权利要求4所述的燃料电池的冷却控制系统，其中，
所述控制器通过基于所述恒温器阀的开度来调节用于调节所述冷却水泵的转速的控制增益值而控制所述冷却水泵。


6.根据权利要求4所述的燃料电池的冷却控制系统，其中，
所述恒温器阀基于所述燃料电池的内部温度来设置所述恒温器阀的开度。


7.根据权利要求1所述的燃料电池的冷却控制系统，其中，
当所述燃料电池的热能变化量为预定的热能变化量以下时，所述控制器控制所述冷却水泵以将所述冷却水泵的转速调节为预...

【专利技术属性】
技术研发人员：柳正桓，
申请(专利权)人：现代自动车株式会社，起亚自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR