燃料电池堆的控温系统及控制方法、控制设备

技术领域

本发明涉及燃料控温技术领域，具体而言，涉及一种燃料电池堆的控温系统及控制方法、控制设备。

背景技术

相关技术中，质子交换膜燃料电池是一种高效、低噪音、少污染的燃料新能源，常规质子交换膜燃料电池堆效率达到50％左右，一半的能量将以热量的形式释放，若此时的热量不能及时排出，电池堆的温度将大幅升高，轻则使膜脱水导致电池堆性能下降，严重时会使电池产生不可逆损坏，即燃料电池电堆在运行过程中存在严重的发热问题。当前的电池堆常规散热方式，是将散热片夹在阴极板和阳极板之间，构成独立的散热单元，但是这种电堆散热方式，不仅增加了电堆设计的复杂性，而且对电堆的密封带来了一定的挑战；若是将横截面为波纹型的散热片嵌入金属阴极板的冷却介质流道内，散热片位置对应在金属阴极板的冷却介质流道下方，再将金属阴极板固定到金属阳极板上，实现电堆的散热，但这种设计工艺复杂，并且可能会造成电堆内部温度分布不均匀。例如，风冷燃料电池电堆，因其流道设计简单，没有专门的散热流道，电堆存在表面温度不均匀，严重的发热问题，严重影响电堆的性能，使其工作效率大大降低。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种燃料电池堆的控温系统及控制方法、控制设备，以至少解决相关技术中燃料电池电堆存在温度分布不均匀的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种燃料电池堆的控温系统，包括：燃料电堆和风机，其中，所述风机用于向风道提供风量；可变散热风道，设置在所述燃料电堆和所述风机之间，所述可变散热风道至少包括：多个散热子风道；控制器，用于调整散热子风道的开启数量或关闭数量，以控制所述燃料电堆的温度。

可选地，所述可变散热风道包括：多个阀片，分别与每个所述散热子风道对应设置，用于控制提供给所述燃料电堆对应区域的风量。

可选地，所述阀片设置在每个所述散热子风道的风道末端。

可选地，每个所述散热子风道的阀片上设置有控制阀片打开和闭合的按钮。

可选地，所述控温系统还包括：电磁阀，与所述可变散热风道相连接，用于调整风量。

可选地，所述控温系统还包括：第一通风风道，设置在所述风机与所述电磁阀之间。

可选地，所述控温系统还包括：空气过滤器，在吸入空气后，过滤所述空气中的杂质污染物，其中，所述杂质污染物至少包括：空气颗粒物；第二通风风道，设置在所述空气过滤器与所述风机之间，用于将过滤后的第一部分空气引入燃料电堆，为所述燃料电堆提供氧气。

可选地，所述可变散热风道、所述第一通风风道和所述第二通风风道均和所述燃料电堆的横截面尺寸一致。

可选地，所述控温系统还包括：排气流道，用于将过滤后的除所述第一部分空气之外的其它空气排出风道，并将所述燃料电堆运行过程中产生的热量排出。

可选地，所述控温系统还包括：温度感知模块，设置在所述燃料电堆的外表面，用于检测所述燃料电堆的电堆温度。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种燃料电池堆的控温方法，应用于上述任意一项所述的燃料电池堆的控温系统，所述控温方法包括：检测燃料电堆的电堆温度；基于所述电堆温度所处的温度范围，调整散热子风道的风道数量，以使所述燃料电堆的当前温度达到目标温度。

可选地，基于所述电堆温度所处的温度范围，调整散热子风道的风道数量，以使所述燃料电堆的当前温度达到目标温度的步骤，包括：在所述电堆温度的温度值处于第一预设温度范围时，开启第一散热子风道，以使所述燃料电堆的电堆温度快速升高；在所述电堆温度的温度值处于第二预设温度范围时，开启第一散热子风道和第三散热子风道，以使所述燃料电堆的电堆温度均匀分布，其中，所述第二预设温度范围对应的温度数值大于第一预设温度范围对应的温度数值；在所述电堆温度的温度值达到预设温度阈值时，开启第一散热子风道、第三散热子风道和第五散热子风道，以使所述燃料电堆的电堆温度稳定不变，其中，所述预设温度阈值对应的温度数值大于第二预设温度范围对应的温度数值；在所述电堆温度的温度值大于所述预设温度阈值时，开启所有的散热子风道，以提升所述燃料电堆的电堆散热速度。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种控制设备，包括：处理器；以及存储器，用于存储所述处理器的可执行指令；其中，所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行上述任意一项所述的燃料电池堆的控温方法。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行上述任意一项所述的燃料电池堆的控温方法。

本发明实施例中，采用风机向风道提供风量，在燃料电堆和风机之间设置可变散热风道，可变散热风道至少包括：多个散热子风道，并通过控制器调整多个散热子风道的开启数量或关闭数量，以控制燃料电堆的温度。在该实施例中，可以通过可变散热风道，调整子风道的开启数量，对电池电堆进行精准控温，保证燃料电池高效稳定的工作，从而解决相关技术中燃料电池电堆存在温度分布不均匀的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的一种可选的燃料电池堆的控温系统的示意图；

图2是根据本发明实施例的一种可选的可变散热风道的示意图；

图3是根据本发明实施例的燃料电池堆的控温方法的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例一

本发明实施例可以应用于燃料电池电堆的控温环境，电堆的类型包括但不限于：风冷燃料电池电堆、质子交换膜燃料电池电堆，应用设备包括但不限于：客车、轿车、物流车、无人驾驶车等。采用了多个通风风道，燃料电池电堆邻接的通风风道包括多个可变子风道，通过调整风道开启数量，对电池电堆进行精准控温。

燃料电池电堆包括但不限于：膜电极、质子交换膜、极板、催化剂、气体扩散层、电池电堆，其中，电池电堆可以是指多个单体电池通过串联/并联方式叠加构成的电堆。本发明实施例涉及的燃料电堆和燃料电池电堆的意义相同。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种燃料电池堆的控温系统，包括：燃料电堆和风机，可变散热风道，控制器，其中，

燃料电堆和风机，其中，风机用于向风道提供风量；该燃料电堆可以为风冷燃料电堆，通过风机向燃料电堆吹风，以实现电堆降温；

可变散热风道，设置在燃料电堆和风机之间，可变散热风道至少包括：多个散热子风道；在本发明实施例中，可变是指子风道的数量可变，通过子风道的数量变化，实现吹风风冷、风速的调整；

控制器，用于调整散热子风道的开启数量或关闭数量，以控制燃料电堆的温度。在本发明实施例中，温度是指电堆的本身的温度或内部温度，例如，检测到燃料电池电堆的温度在0-10℃、10℃-50℃、到达50℃、超过65℃不同温度区间，根据温度区间调整子风道开启数量。

控制器可以为控温系统中的单片机或者膜电极，其中膜电极是指包括质子交换膜、催化剂、气体扩散层的部件。

上述燃料电池堆的控温系统，采用风机向风道提供风量，在燃料电堆和风机之间设置可变散热风道，可变散热风道至少包括：多个散热子风道，并通过控制器调整多个散热子风道的开启数量或关闭数量，以控制燃料电堆的温度。在该实施例中，可以通过可变散热风道，调整子风道的开启数量，对电池电堆进行精准控温，保证燃料电池高效稳定的工作，从而解决相关技术中燃料电池电堆存在温度分布不均匀的技术问题。

作为本发明一种可选的实施例，可变散热风道包括：多个阀片，分别与每个散热子风道对应设置，用于控制提供给燃料电堆对应区域的风量。

可选的，阀片设置在每个散热子风道的风道末端。

在本发明实施例中，每个散热子风道的阀片上设置有控制阀片打开和闭合的按钮。

可选的，控温系统还包括：电磁阀，与可变散热风道相连接，用于调整风量。

另一种可选的，控温系统还包括：第一通风风道，设置在风机与电磁阀之间。

可选的，控温系统还包括：空气过滤器，在吸入空气后，过滤空气中的杂质污染物，其中，杂质污染物至少包括：空气颗粒物；第二通风风道，设置在空气过滤器与风机之间，用于将过滤后的第一部分空气引入燃料电堆，为燃料电堆提供氧气。

在本发明实施例中，可变散热风道、第一通风风道和第二通风风道均和燃料电堆的横截面尺寸一致。

可选的，控温系统还包括：排气流道，用于将过滤后的除第一部分空气之外的其它空气排出风道，并将燃料电堆运行过程中产生的热量排出。该排气流道可以设置在燃料电池电堆的双机板处，在过滤颗粒物的空气进入燃料电池电堆后，可以将其中一部分空气中的氧气为风冷燃料电池提供氧气，多余的空气通过电堆中的排气流道直接排出，同时可以带走风冷燃料电池电堆运行过程中产生的热量。

可选的，控温系统还包括：温度感知模块，设置在燃料电堆的外表面，用于检测燃料电堆的电堆温度。

图1是根据本发明实施例的一种可选的燃料电池堆的控温系统的示意图，如图1所示，该控温系统包括：空气过滤器1、第一普通通风风道2、风机3、第二普通通风风道4、电磁阀5、可变散热风道6、电池电堆7、温度传感器8。

上述图1示出的控温系统，通过空气过滤器1去除空气中的杂质(例如，空气中的颗粒物)进入第一普通通风风道2，一部分空气中的氧气为燃料电池电堆提供氧气，多余的其它空气通过排风流道排出，同时可以带走燃料电池电堆运行过程中产生的热量。

在图1中的电磁阀5和可变散热风道6部分内可设置控制器。

本发明中增加了燃料电池电堆的温度控制系统，在电池电堆表面设置温度传感器8，通过温度传感器8采集电池电堆的温度，对电堆温度进行反馈。

图2是根据本发明实施例的一种可选的可变散热风道的示意图，如图2所示，本发明中的可变散热风道中的子风道可变，每个风道和电池电堆接触的末端设置有阀片，每个子风道的阀片上装有控制阀片打开和闭合的按钮，通过调节阀片的打开和闭合，进一步实现不同区域风道的打开与关闭，既可以缩短燃料电池电堆启动的时间，又可以使燃料电池电堆温度均匀分布，有利于其性能更好的发挥。

通过温度传感器对温度的反馈，电磁阀5控制不同子风道上的开启和闭合按钮，对可变散热风道中的子风道的开启数量进行控制，在不同的温度条件下开启和闭合不同的子风道，实现对燃料电池电堆的精准控温和温度均匀分布。

例如，燃料电池电堆温度在0-10℃时，开启子风道1，通过电堆的风量较小，散热效果较差，有利于风冷燃料电池电堆中热量的聚集，使电堆快速升温，缩短启动时间；

当燃料电池电堆温度在10℃-50℃时，开启子风道1、3，通过电堆的风量增加，减慢电堆升温速度，使电堆缓慢、匀速升温，实现燃料电池电堆温度的均匀分布；

当燃料电池电堆温度到达50℃时，打开子风道1、3、5，通过电堆的风量再次增加，控制电堆升温速度，电堆稳定工作(50℃-65℃)。

当燃料电池电堆温度超过65℃，开启子风道1、2、3、4、5，增大风量，加快电堆散热速度，控制电堆在最佳温度工况下运行。

上述图1中的第一普通通风风道2、第二普通通风风道4、可变散热风道6均和电池电堆的横截面尺寸一致。

可选的，本发明实施例中的风机、电磁阀均设置在第一普通通风风道和第二普通通风风道内部。

本发明实施例，可变散热风道中不同的子风道控制燃料电池电堆的不同区域风量和风速，实现对燃料电池不同区域进行精准控温，从而解决燃料电池电堆的温度分布不均匀的问题，保证燃料电池高效稳定的工作。

下面结合另一种实施例对本发明进行说明。

实施例二

根据本发明实施例，提供了一种燃料电池堆的控温方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

本发明实施例提供了一种燃料电池堆的控温方法，该燃料电池堆的控温方法应用于上述实施例一中任意一项的燃料电池堆的控温系统。

图3是根据本发明实施例的燃料电池堆的控温方法的流程图，如图3所示，该方法包括如下步骤：

步骤S302，检测燃料电堆的电堆温度；

步骤S304，基于电堆温度所处的温度范围，调整散热子风道的风道数量，以使燃料电堆的当前温度达到目标温度。

本发明实施例中，检测燃料电堆的电堆温度，基于电堆温度所处的温度范围，调整散热子风道的风道数量，以使燃料电堆的当前温度达到目标温度。在该实施例中，采用风机向风道提供风量，调整可变散热风道中的多个散热子风道的开启数量或关闭数量，以控制燃料电堆的温度，可以通过可变散热风道，调整子风道的开启数量，对电池电堆进行精准控温，保证燃料电池高效稳定的工作，从而解决相关技术中燃料电池电堆存在温度分布不均匀的技术问题。

可选的，基于电堆温度所处的温度范围，调整散热子风道的风道数量，以使燃料电堆的当前温度达到目标温度的步骤，包括：在电堆温度的温度值处于第一预设温度范围时，开启第一散热子风道，以使燃料电堆的电堆温度快速升高；在电堆温度的温度值处于第二预设温度范围时，开启第一散热子风道和第三散热子风道，以使燃料电堆的电堆温度均匀分布，其中，第二预设温度范围对应的温度数值大于第一预设温度范围对应的温度数值；在电堆温度的温度值达到预设温度阈值时，开启第一散热子风道、第三散热子风道和第五散热子风道，以使燃料电堆的电堆温度稳定不变，其中，预设温度阈值对应的温度数值大于第二预设温度范围对应的温度数值；在电堆温度的温度值大于预设温度阈值时，开启所有的散热子风道，以提升燃料电堆的电堆散热速度。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种控制设备，包括：处理器；以及存储器，用于存储处理器的可执行指令；其中，处理器配置为经由执行可执行指令来执行上述任意一项的燃料电池堆的控温方法。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在计算机程序运行时控制计算机可读存储介质所在设备执行上述任意一项的燃料电池堆的控温方法。

本申请还提供了一种计算机程序产品，当在数据处理设备上执行时，适于执行初始化有如下方法步骤的程序：检测燃料电堆的电堆温度；基于电堆温度所处的温度范围，调整散热子风道的风道数量，以使燃料电堆的当前温度达到目标温度。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。