一种氢燃料动力系统热管理系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种氢燃料动力系统热管理系统及其控制方法，系统中，冷却水泵作为系统中的动力原件，冷却水在其作用下进入电堆，带走电堆在工作过程中产生的热量，自身温度升高；然后通过电子三通阀作用，选择走大循环(冷却风扇回路散热)或小循环(PTC加热回路)；最后回到水泵入口；本申请对系统中的水泵、电子三通阀和风扇转速进行控制，最终解决现有技术中存在的系统对冷却液温度滞后性，导致电堆进出口冷却液温度波动较大的技术问题。口冷却液温度波动较大的技术问题。口冷却液温度波动较大的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种氢燃料动力系统热管理系统及其控制方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池管理领域，尤其涉及一种氢燃料动力系统热管理系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]氢燃料电池汽车是全球汽车动力系统转型升级的重要方向，也是构建低碳交通体系的重要组成部分，将极大推动我国尽早实现“碳达峰、碳中和”。氢燃料电池汽车在运行过程中其核心部件电堆会产生大量的热量，通常是传统内燃机汽车的两倍，而考虑到电堆的性能以及寿命，需要使电堆温度保持在合适的范围(60～80℃)，因此对其热管理系统提出了更高的要求。氢燃料电池发动机热管理系统主要由水泵、散热器、PTC加热器、膨胀水箱、散热风扇和三通阀等部件构成，通过各部件的协同工作控制氢燃料电池电堆进出口的冷却液温度来维持电堆的运行温度。然而在各种复杂工况下，受水泵、散热风扇等零部件因素影响，系统对冷却液温度的控制有一定的滞后性，增大电堆进出口冷却液温度的波动幅度，进而影响氢燃料电池发动机系统的动态响应性能及电堆的使用寿命。因此，快速精确的热管理系统控制方案对于氢燃料电池发动机系统及整车的高效、安全运行具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0003]本专利技术的主要目的在于解决现有技术中存在的系统对冷却液温度滞后性，导致电堆进出口冷却液温度波动较大的技术问题，从而提出一种氢燃料动力系统热管理系统及其控制方法。本专利技术提供的一种氢燃料动力系统热管理系统包括以下：加热回路和散热回路；
[0004]其中加热回路包括：膨胀水箱、水泵、电堆、电子三通阀和PTC加热器；
[0005]散热回路包括：膨胀水箱、水泵、电堆和风扇散热器；
[0006]加热回路中，膨胀水箱中冷却液通过水泵驱动，流入电堆，并经电子三通阀控制流经PTC加热器后，回流至膨胀水箱；
[0007]散热回路中，膨胀水箱中冷却液通过水泵驱动，流入电堆，并经电子三通阀控制流经风扇散热器后，回流至膨胀水箱。
[0008]所述电堆的入口和出口处分别设置有入口温度传感器t
in
和出口温度传感器t
out
。
[0009]所述电子三通阀的入口处设置有流量计。
[0010]所述风扇散热器出口处设置由温度传感器t2。
[0011]一种氢燃料动力系统热管理控制方法，用于一种氢燃料动力系统热管理系统，方法如下：
[0012]所述水泵的转速的控制如下：
[0013]S11、通过台架试验获得电堆产生的热量，或通过下述公式计算获得电堆产生热量：
[0014]Q1＝(V0‑
V
cell
)I
cell
*K
[0015]I
cell
＝i*S
[0016]式(1)
‑
(2)中：Q1为电堆即时发热功率；V0为单片电池电压；V
cell
为单片电池即时电压；I
cell
为系统即时电流；K为电堆的总片数；i为单位活化面积电流；S为电堆活化面积；
[0017]S12、根据电堆产生的热量计算散热冷却液流量q；
[0018]S13、根据散热冷却液流量和水泵扬程曲线阻力p
‑
流量q
‑
水泵转速r，获得不同发电功率下对应的水泵转速。
[0019]所述电子三通阀的控制过程如下：
[0020]S11、获取电堆出口流量对时间的一阶导数x＝dq/dτ；
[0021]S12、设置调整参数K
t
，使电子三通阀的控制函数A(τ)平缓：
[0022]Y(τ)＝K
t
*x
[0023]A(τ)＝∫yd
[0024]其中K
t
为比例调整参数，A为电子三通阀开度；
[0025]S13、利用台架试验标定参数K
t
，使电堆出口流量在指定区间范围内时，三通阀开度处于0至100％之间。
[0026]所述风扇散热器的控制函数F(τ)如下：
[0027]F(τ)＝∫gd：
[0028]g＝K
f
*f(τ)
[0029][0030]T2＝M/(A
‑
1)
‑
N
[0031]其中，M、N为常数，A为电子三通阀开度，K
f
为引入的参数，通过台架试验标定使K
f
满足温度传感器t2检测的温度T2波动不超过预设值。
[0032]本专利技术提供的有益效果是：冷却液走冷却回路循环，减小水泵工作负载；电子三通阀平稳开关降低了风扇加载斜率，使其工作更稳定，从而解决了系统对冷却液温度滞后性，导致电堆进出口冷却液温度波动较大的技术问题。
附图说明
[0033]图1是本专利技术系统简单结构示意图。
具体实施方式
[0034]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地描述。
[0035]请参考图1，图1是本专利技术系统简单结构示意图；
[0036]一种氢燃料动力系统热管理系统包括以下：
[0037]加热回路和散热回路；
[0038]其中加热回路包括：膨胀水箱、水泵、电堆、电子三通阀和PTC加热器；
[0039]散热回路包括：膨胀水箱、水泵、电堆和风扇散热器；
[0040]加热回路中，膨胀水箱中冷却液通过水泵驱动，流入电堆，并经电子三通阀控制流经PTC加热器后，回流至膨胀水箱；
[0041]散热回路中，膨胀水箱中冷却液通过水泵驱动，流入电堆，并经电子三通阀控制流经风扇散热器后，回流至膨胀水箱。
[0042]所述电堆的入口和出口处分别设置有入口温度传感器t
in
和出口温度传感器t
out
。
[0043]所述电子三通阀的入口处设置有流量计。
[0044]所述风扇散热器出口处设置由温度传感器t2。
[0045]冷却水泵作为系统中的动力原件，冷却液在其作用下进入电堆，带走电堆在工作过程中产生的热量，自身温度升高；然后通过电子三通阀作用，选择走大循环(冷却风扇回路散热)或小循环(PTC加热回路)；最后回到水泵入口。
[0046]一种氢燃料动力系统热管理控制方法，用于一种氢燃料动力系统热管理系统，方法如下。
[0047]水泵的转速主要影响的是系统中的流量，流量越大，带走的热量就越多，电堆的出口温度就越低。
[0048]所述水泵的转速的控制如下：
[0049]S11、通过台架试验获得电堆产生的热量(所述台架试验为燃料电堆出厂前常见的试验，这里不再对其进行赘述)，或通过下述公式计算获得电堆产生热量：
[0050]Q1＝(V0‑
V
cell
)I
cell
*K
[0051]I
cell
＝i*S
[0052]式(1)
‑
(2)中：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氢燃料动力系统热管理系统，其特征在于：包括：加热回路和散热回路；其中加热回路包括：膨胀水箱、水泵、电堆、电子三通阀和PTC加热器；散热回路包括：膨胀水箱、水泵、电堆和风扇散热器；加热回路中，膨胀水箱中冷却液通过水泵驱动，流入电堆，并经电子三通阀控制流经PTC加热器后，回流至膨胀水箱；散热回路中，膨胀水箱中冷却液通过水泵驱动，流入电堆，并经电子三通阀控制流经风扇散热器后，回流至膨胀水箱。2.如权利要求1所述的一种氢燃料动力系统热管理系统，其特征在于：所述电堆的入口和出口处分别设置有入口温度传感器t
in
和出口温度传感器t
out
。3.如权利要求1所述的一种氢燃料动力系统热管理系统，其特征在于：所述电子三通阀的入口处设置有流量计。4.如权利要求1所述的一种氢燃料动力系统热管理系统，其特征在于：所述风扇散热器出口处设置由温度传感器t2。5.一种氢燃料动力系统热管理控制方法，用于控制如权利要求1
‑
4任一项所述的一种氢燃料动力系统热管理系统，其特征在于：所述水泵的转速的控制如下：S11、通过台架试验获得电堆产生的热量，或通过下述公式计算获得电堆产生热量：Q1＝(V0‑
V
cell
)I
cell
*KI
cell
＝i*S式(1)
‑
(2)中：Q1为电堆即时发热功率；V0为单片电池电压；V
cell<...

【专利技术属性】
技术研发人员：李涛，陈石，袁齐马，
申请(专利权)人：重庆地大工业技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：