一种车用质子交换膜燃料电池电堆温度控制方法技术

本发明专利技术公开了一种车用质子交换膜燃料电池电堆温度控制方法，其针对包括有冷却液循环泵、带有散热风扇的散热器的燃料电池冷却循环回路，利用已测温度数据，预测未来下一时刻的数据，提前判定并作出控制操作，避免出现“控制延迟”现象而超出设定温度及设定温差等，根据冷却需求实时调整冷却液循环泵、散热风扇大小，既保证将冷却液温度及温差控制在设定范围内，又避免功耗过多，能量浪费。能量浪费。能量浪费。

【技术实现步骤摘要】
一种车用质子交换膜燃料电池电堆温度控制方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，特别涉及一种车用质子交换膜燃料电池电堆温度控制方法。

技术介绍

[0002]为了保证质子交换膜燃料电池工作在最佳性能状态，须使燃料电池电堆保持在一定温度范围，且需保证电堆内部温度分布均匀性。电堆内部温度分布梯度较大，则会加速电堆损耗，降低电堆使用寿命。目前，车用燃料电池系统普遍采用循环泵驱动冷却液循环，对燃料电池电堆进行冷却，然后再经过散热器将热量散失到大气中。通过控制冷却液进出电堆温度及冷却液进出电堆温度差，使电堆保持在最佳工作温度范围，且保证电堆内部温度分布具有一定的均匀性。因此，温度控制方法显得极其重要，冷却液循环水泵开得太小，散热器风扇开得过小，容易导致电堆内部温度分布梯度较大及电堆温度超出设定温度。冷却液循环水泵开得太大，散热器风扇开得过大，又容易造成电堆温度低于设定温度；且冷却液循环泵及散热器风扇需电源驱动，会增加能耗，降低整个系统能量效率。随着行车工况不断变化，燃料电池产热也在不断变化，冷却需求也不断变化，使对电堆温度的高效控制变得复杂。
[0003]此外，工程实际应用过程中，冷却液温度从上一个控制状态进入下一个控制状态需要一定时间才能实现，即出现“控制延迟”现象。由于存在“控制延迟”现象，电堆进出口冷却液温度触发控制系统作出反应操作后，仍会在一定时间内保持“惯性”趋势继续上升或下降，从而超出设定范围。因此，急需一种高效的电堆温度控制方法，既能有效控制电堆温度，解决“控制延迟”现象带来的问题。又能根据冷却需求不断调整冷却液循环泵、风扇等，使能耗需求降低，从而提高整个系统能量效率。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的在于提供一种车用质子交换膜燃料电池电堆温度控制方法，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
[0005]为解决上述技术问题所采用的技术方案：
[0006]本专利技术提供一种车用质子交换膜燃料电池电堆温度控制方法，其针对包括有冷却液循环泵(100)、带有散热风扇(300)的散热器(400)的燃料电池冷却循环回路；
[0007]设定电堆入口冷却液温度为Tin，电堆出口冷却液温度为Tout，电堆进出口冷却液温度差上限为
△
Tmax、下限为
△
Tmin，冷却液温度上限为Tmax、下限为Tmin；其中表示温度符号中的“1”表示上一时刻，“2”表示当前时刻，“3”表示下一时刻；其中，下一时刻与当前时刻时间间隔等于当前时刻与上一时刻时间间隔；
[0008]利用调节冷却液循环泵的档位控制(Tout2
‑
Tin2)的具体控制步骤如下：
[0009]S1、利用Tin1、Tout1、Tin2、Tout2，通过线性外插值法计算出初次计算值Tout3＇和Tin3＇，计算公式为：Tout3＇＝2*Tout2
‑
Tout1、Tin3＇＝2*Tin2
‑
Tin1；
[0010]S2、经修正后得出Tout3和Tin3，修正公式为：Tout3＝a*Tout3＇、Tin3＝b*Tin3＇；
[0011]S3、判断(Tout3
‑
Tin3)与(
△
Tmax
‑
d)、(
△
Tmin+e)之间的关系：
[0012]若(Tout3
‑
Tin3)≥(
△
Tmax
‑
d)，则将冷却液循环泵增大一个档位，经过设定的时间后，再返回到S1；
[0013]若(Tout3
‑
Tin3)≤(
△
Tmin+e)，则将冷却液循环泵减小一个档位，经过设定的时间后，再返回到S1。
[0014]作为上述技术方案的进一步改进，其中a、b范围为0
‑
3，d、e范围为0
‑
2。为了考虑实际电堆进出口温度并非完全线性变化的，所以设置了修正系数a、修正系数b，且范围在0
‑
3。设置偏移系数d、偏移系数e用于降低实际温度达到设定的上限及下限温差的可能性。
[0015]作为上述技术方案的进一步改进，在步骤S3中，若(
△
Tmin+e)＜(Tout3
‑
Tin3)＜(
△
Tmax
‑
d)，则冷却液循环泵无进一步操作，经过温度监测时间间隔后，再返回到S1。
[0016]通过测出上一时刻电堆进出口冷却液温度，测出当前时刻电堆进出口冷却液温度，利用线性外插值法，分别计算出下一时刻电堆进出口冷却液温度，利用修正变量修正后，以最终计算的电堆冷却液出口温度减去最终计算的电堆冷却液进口温度所得之差，与设定的电堆进出口冷却液温度差作比较。若大于等于偏移后的设定的电堆进出口冷却液温度差上限，则开大冷却液循环泵；若小于等于偏移后的设定的电堆进出口冷却液温度差下限，则开小冷却液循环泵；若小于偏移后的设定的电堆进出口冷却液温度差上限，大于偏移后的设定的电堆进出口冷却液温度差下限，则冷却液循环泵保持原状态，无需进一步地操作。
[0017]利用已测温度数据，预测未来下一时刻的数据，提前判定并对冷却液循环泵作出控制操作，避免出现“控制延迟”现象而超出设定温差等。
[0018]作为上述技术方案的进一步改进，在步骤S3中，设定时间的间隔为c*
△
t，c的范围为1
‑
10。其中温度监测时间间隔大小为
△
t，其值根据工程经验或试验指定，为了考虑“控制延迟”时间与温度监测时间
△
t不一致的情况，并设置修正系数c来修正。
[0019]作为上述技术方案的进一步改进，利用调节散热风扇档位控制Tout2、Tin2的具体控制步骤如下：
[0020]前面两个步骤A1和A2分别与上述S1和S2相同；
[0021]A3、判断Tout3与(Tmax
‑
d＇)、Tin3与(Tmin+e＇)之间的关系：
[0022]若Tout3≥(Tmax
‑
d＇)且Tin3≥(Tmin+e＇)，或Tout3≥(Tmax
‑
d＇)且Tin3＜(Tmin+e＇)，则散热风扇增大一个档位，经过设定的时间后，再返回到A1；
[0023]若Tout3＜(Tmax
‑
d＇)且Tin3＜(Tmin+e＇)，则散热风扇减小一个档位，经过设定的时间后，再返回到A1。
[0024]作为上述技术方案的进一步改进，其中d＇、e＇范围为0
‑
3。
[0025]设置偏移系数d＇、偏移系数e＇用于降低实际温度达到设定的上限及下限温度的可能性。
[0026]作为上述技术方案的进一步改进，若Tout3＜(Tmax
‑
d＇)且Tin3≥(Tmin+e＇)，则本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种车用质子交换膜燃料电池电堆温度控制方法，其特征在于：其针对包括有冷却液循环泵(100)、带有散热风扇(300)的散热器(400)的燃料电池冷却循环回路；设定电堆入口冷却液温度为Tin，电堆出口冷却液温度为Tout，电堆进出口冷却液温度差上限为
△
Tmax、下限为
△
Tmin，冷却液温度上限为Tmax、下限为Tmin；其中表示温度符号中的“1”表示上一时刻，“2”表示当前时刻，“3”表示下一时刻，利用调节冷却液循环泵(100)的档位控制(Tout2
‑
Tin2)的具体控制步骤如下：S1、利用Tin1、Tout1、Tin2、Tout2，通过线性外插值法计算出初次计算值Tout3＇和Tin3＇，计算公式为：Tout3＇＝2*Tout2
‑
Tout1、Tin3＇＝2*Tin2
‑
Tin1；S2、经修正后得出Tout3和Tin3，修正公式为：Tout3＝a*Tout3＇、Tin3＝b*Tin3＇；S3、判断(Tout3
‑
Tin3)与(
△
Tmax
‑
d)、(
△
Tmin+e)之间的关系：若(Tout3
‑
Tin3)≥(
△
Tmax
‑
d)，则将冷却液循环泵(100)增大一个档位，经过设定的时间后，再返回到S1；若(Tout3
‑
Tin3)≤(
△
Tmin+e)，则将冷却液循环泵(100)减小一个档位，经过设定的时间后，再返回到S1。2.根据权利要求1所述的一种车用质子交换膜燃料电池电堆温度控制方法，其特征在于：其中a、b范围为0
‑
3，d、e范围为0
‑
2。3.根据权利要求1所述的一种车用质子交换膜燃料电池电堆温度控制方法，其特征在于：在步骤S3中，若(
△
Tmin+e)＜(Tout3
‑
Tin3)＜(
△
Tmax
‑
d)，则冷却液循环泵(...

【专利技术属性】
技术研发人员：李骏，邓阳庆，贾译钧，刘玉新，李凯，
申请(专利权)人：佛山仙湖实验室，
类型：发明
国别省市：