燃料电池散热控制系统及其发动机

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散热控制系统及其发动机。

背景技术

现有车载燃料电池匹配的散热器，由于受散热器特性及车辆布置空间等因素影响，在实际工作中可能出现根据工况、环境温度变化导致散热器散热能力不足的现象，最终车载燃料电池出现超温，甚至损伤车载燃料电池的寿命。

现有克服燃料电池散热能力不足的方法有以下两种。

方法一为在环境温度较高时，静态标定散热器的最大散热能力，限制燃料电池功率。但当车辆静态标定时，只考虑高温环境因素就标定了散热器的最大散热能力，造成了其散热能力被过低评估，而车辆动态时散热能力仍存在余量，限制了燃料电池的最大输出功率。

方法二为在环境温度较高时，动态标定散热器的(增加迎风)最大散热能力，限制燃料电池功率。但车辆实时工况并不稳定，仍可能出现散热器的散热能力不足导致燃料电池超温的现象。且随着车辆运行时间的增加，散热器的散热能力逐步下降，风扇出现单个损坏停止工作时无法及时调整，增加了燃料电池的故障率。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种燃料电池散热控制系统及其发动机，用以解决现有技术无法精准评估燃料电池散热能力并进行动态控制的问题。

一方面，本发明实施例提供了一种燃料电池散热控制系统，包括设有风扇的散热器，以及节温器、电堆、温度传感器和控制器；

节温器的输入端一直接接电堆的冷却液出口，其输入端二经散热器接电堆的冷却液出口，其输出端接电堆的冷却液入口；

温度传感器设于电堆的冷却液入口处管道内壁上；

控制器内置限制电堆最大输出功率的燃料电池温度控制程序，用于在燃料电池运行时执行所述燃料电池温度控制程序；以及，定时根据温度传感器的数据对散热器的散热能力进行实时评估，根据评估结果实时修正燃料电池温度控制程序中的电堆最大输出功率，以使燃料电池在不同场景下输出功率达到最大。

上述技术方案的有益效果如下：提出了一种自适应调整电堆最大输出功率的燃料电池散热控制方案。对散热器的散热能力进行实时评估，实时记录并存储，根据实际场景，动态修正电堆最大输出功率(即燃料电池的最大限制功率)，保证燃料电池在不同场景尽最大能力输出，提高了燃料电池运行的可靠性。

基于上述系统的进一步改进，散热器中设有若干个风扇；其中，

至少有一个风扇设置于车辆迎风面的最前端。

进一步，散热器中，所有风扇的供电端串联或并联连接。

进一步，在燃料电池运行过程中，控制器执行如下步骤以完成电堆输出功率限制功能：

在燃料电池运行时，定时获取控制器上一次存储的电堆最大输出功率；

执行燃料电池温度控制程序，该燃料电池温度控制程序包括获取燃料电池的实时输出功率，并通过上述电堆最大输出功率对电堆运行状态进行调整，使得燃料电池的实时输出功率始终小于上述电堆最大输出功率。

进一步，控制器执行如下步骤以完成实时修正燃料电池温度控制程序中的电堆最大输出功率功能：

在燃料电池运行时，定时获取上次保存的电堆最大输出功率作为初始值，运行燃料电池温度控制程序；

识别节温器是否完全开启，如果是，执行下一步，否则，继续识别节温器的状态；

获取温度传感器的数据，识别该数据是否超过目标温度范围，如果是，降低电堆最大输出功率，并执行下一步，否则，维持燃料电池温度控制程序中电堆最大输出功率不变；

再次获取温度传感器的数据，识别该数据是否返回至目标温度范围，如果否，进一步降低电堆最大输出功率，直到该数据已经返回目标温度范围，执行下一步；

获取风扇的转速，确定风扇的转速是否为最大转速，如果否，进一步增加电堆最大输出功率，否则，不再增加电堆最大输出功率，并执行下一步；

存储当前时刻的电堆最大输出功率。

进一步，该燃料电池散热控制系统还包括：

换热器，其支路一输入端接电堆的冷却液入口，支路一输出端接电堆的冷却液出口，支路二接入燃料电池的氢气系统或空气系统，以对入堆空气或入堆氢气进行温度调节。

进一步，控制器内置的燃料电池温度控制程序还包括识别节温器的开度小于设定值时，以电堆冷却液温度作为目标控制节温器开度，以及识别节温器的开度大于等于设定值时，控制节温器开度增加到最大后停止调节节温器开度。

另一方面，本发明实施例还提供了一种燃料电池发动机，包括上述燃料电池散热控制系统，以及空压机、DC-DC转换器；并且，

电堆的空气进口接空压机，其电信号输出端接DC-DC转换器。

进一步，还包括空滤、氢气供应系统；其中，

电堆的氢气进口接氢气供应系统；

空滤设于空压机的空气进口。

进一步，燃料电池散热控制系统中，控制器还执行如下步骤：

识别空压机温度和DC-DC转换器温度中任一个达到设定温度T

识别空压机温度和DC-DC转换器温度均低于设定温度T

识别空压机温度和DC-DC转换器温度中任一个达到设定温度T

提供发明内容部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。发明内容部分无意标识本发明的重要特征或必要特征，也无意限制本发明的范围。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了实施例1燃料电池散热控制系统的组成示意图；

图2示出了实施例2燃料电池散热控制系统的控制流程示意图。

附图标记

1-电堆；2-温度传感器；3-节温器；4-散热器；5-风扇。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的实施例。虽然附图中显示了本发明的实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个此外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。

实施例1

本发明的一个实施例，公开了一种燃料电池散热控制系统，包括设有风扇5的散热器4，以及节温器3、电堆1、温度传感器2和控制器，如图1所示。

节温器的输入端一直接接电堆1的冷却液出口，其输入端二经散热器4接电堆1的冷却液出口，其输出端接电堆1的冷却液入口，用于调控燃料电池温度。

温度传感器2设于电堆1的冷却液入口处管道内壁上，用于获取入堆冷却液温度。

控制器内置限制电堆最大输出功率的燃料电池温度控制程序，用于在燃料电池运行时执行所述燃料电池温度控制程序；以及，定时根据温度传感器2的数据对散热器4的散热能力进行实时评估，根据评估结果实时修正燃料电池温度控制程序中的电堆最大输出功率，以使燃料电池在不同场景下输出功率达到最大。

与现有技术相比，本实施例提出了一种自适应调整电堆最大输出功率的燃料电池散热控制方案。对散热器的散热能力进行实时评估，实时记录并存储，根据实际场景，动态修正电堆最大输出功率(燃料电池的最大限制功率)，保证燃料电池在不同场景尽最大能力输出，提高了燃料电池运行的可靠性。

实施例2

在实施例1的基础上进行改进，散热器4中设有若干个用于对燃料电池散热的风扇。其中，至少有一个风扇设置于车辆迎风面的最前端。可以设置全部风扇均设置于车辆迎风面的最前端。

优选地，散热器4中，所有风扇的供电端串联或并联连接。

优选地，在燃料电池运行过程中，控制器执行如下步骤以完成电堆输出功率限制功能：

S2.在燃料电池运行时，定时获取控制器上一次存储的电堆最大输出功率；

S2.执行燃料电池温度控制程序(包括限制电堆最大输出功率程序)，该燃料电池温度控制程序包括获取燃料电池的实时输出功率，并通过上述电堆最大输出功率对电堆运行状态进行调整，使得燃料电池的实时输出功率始终小于上述电堆最大输出功率。

优选地，如图2所示，控制器执行如下步骤以完成实时修正燃料电池温度控制程序中的电堆最大输出功率功能：

S3.在燃料电池运行时，定时获取上次保存的电堆最大输出功率(上次评估结果，也称限制阈值)作为初始值，运行燃料电池温度控制程序；

S4.识别节温器3是否完全开启，如果是，执行下一步，以完成下面的散热器散热能力评估流程(步骤S5～S7)，否则，继续识别节温器3的状态，不执行下面的散热器散热能力评估流程；

S5.获取温度传感器2的数据，识别该数据是否超过目标温度范围，如果是，降低电堆最大输出功率(限制阈值)，并执行下一步，否则，维持燃料电池温度控制程序中电堆最大输出功率不变；

S6.再次获取温度传感器2的数据，识别该数据是否返回至目标温度范围，如果否，进一步降低电堆最大输出功率(限制阈值)，直到该数据已经返回目标温度范围，执行下一步；

S7.获取风扇的转速，确定风扇的转速是否为最大转速(是否仍有较大余量)，如果否(仍有较大余量，说明有更高散热能力)，进一步增加电堆最大输出功率(逐步提高限制阈值)，再次重复S7，否则(散热能力接近最大值)，不再增加电堆最大输出功率(不再提高功率限制阈值)，并执行下一步；

S8.存储当前时刻的电堆最大输出功率(本次评估结果)。

优选地，燃料电池散热控制系统还包括换热器。

换热器，其支路一输入端接电堆的冷却液入口，支路一输出端接电堆的冷却液出口，支路二接入燃料电池的氢气系统或空气系统，以对入堆空气或入堆氢气进行温度调节。

优选地，控制器内置的燃料电池温度控制程序还包括识别节温器3的开度小于设定值时，以电堆冷却液温度作为目标控制节温器开度，以及识别节温器3的开度大于等于设定值时，控制节温器开度增加到最大后停止调节节温器开度。

与现有技术相比，本实施例提供的燃料电池散热控制系统具有如下

有益效果：

1、用较少的资源达到修正目的，仅参考温度传感器即可进行修正。

2、可通过自动保存，保证再次启动，处于合理的限制功率范围。

3、可根据风扇的散热能力自动评估最大功率，当散热器风扇出现单个损坏，或散热能力衰减时，可进行自适应处理，提高燃料电池运行可靠性。

实施例3

本发明的另一个实施例，公开了一种燃料电池发动机，包括实施例1或实施例2所述的燃料电池散热控制系统，还包括空压机、DC-DC转换器。并且，电堆的空气进口接空压机，其电信号输出端接DC-DC转换器。

优选地，该燃料电池发动机还包括空滤、氢气供应系统。其中，电堆的氢气进口接氢气供应系统。空滤设于空压机的空气进口。

优选地，燃料电池散热控制系统中，控制器还执行如下步骤：

S9.识别空压机温度和DC-DC转换器温度中任一个达到设定温度T

S10.识别空压机温度和DC-DC转换器温度均低于设定温度T

S11.识别空压机温度和DC-DC转换器温度中任一个达到设定温度T

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对现有技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。