[发明专利]一种燃料电池的热管理控制方法

说明书

本发明公开了一种燃料电池的热管理控制方法，涉及燃料电池热管理技术领域。热管理控制方法包括：设定冷却液的目标入堆温度和目标出入堆温差；建立燃料电池的电堆热模型，计算燃料电池的电堆的散热功率和所需的冷却液的流量；以冷却液的出入堆温差为控制目标，获取泵的前馈转速，再使用增量式PID计算，将计算输出值与泵的前馈转速相加为泵的输出转速。以冷却液的入堆温度为控制目标，获取电子风扇的启动数量和电子风扇的前馈转速，再以增量式PID计算闭环输出值，闭环输出值与电子风扇的前馈转速相加为电子风扇的输出转速。以快速热机和冷却液的温度辅助调控为控制目标，确定热管理阀的开度预设值和开度修正值，控制热管理阀的大循环开度。

技术领域

本发明涉及燃料电池热管理技术领域，尤其涉及一种燃料电池的热管理控制方法。

背景技术

燃料电池冷却系统的温度控制对燃料电池的性能影响较大，冷却液的入堆温度和冷却液的出入堆温差需保持在设定范围内，以保证电堆输出电压和电堆效率的稳定。

目前，常用的温度控制策略在实际应用中存在以下问题：（1）易受环境干扰，当环境温度出现波动时，温控精度不易保证；（2）温控精度不高，难以实现将冷却液的入堆温度和冷却液的出入堆温差保持在设定范围内；（3）在保证热机时间时，无法兼顾冷却液的出入堆温差控制，影响电堆输出性能；（4）调试难度大，周期长。

因此，亟需一种燃料电池的热管理控制方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃料电池的热管理控制方法，能提升温控精度和抗干扰能力，同时兼顾热管理系统的功耗，使热管理系统节能运行。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种燃料电池的热管理控制方法，采用燃料电池的热管理系统，所述热管理系统包括冷板、泵、热管理阀和散热器，所述冷板设置于所述燃料电池的电堆内，所述电堆的出液口与所述泵的进液口连通，所述泵的出液口通过所述热管理阀与所述电堆的进液口和所述散热器的进液口连通，所述散热器的出液口与所述电堆的进液口连通，所述散热器通过电子风扇散热；所述热管理控制方法包括以下步骤：

设定冷却液的目标入堆温度和目标出入堆温差；

建立所述燃料电池的电堆热模型，计算所述电堆的散热功率和所需的冷却液的流量；

以所述冷却液的出入堆温差为控制目标，根据所述冷却液的流量和所述泵的转速map获取所述泵的前馈转速，再以所述冷却液的出堆温度和入堆温度之差作为增量式PID的计算输入值，将计算输出值与所述泵的前馈转速相加为所述泵的输出转速；

以所述冷却液的入堆温度为控制目标，所述电堆的散热功率、所述冷却液的流量、所述目标入堆温度、环境温度和所述散热器的进液温度为输入参数，对所述散热器的散热功率进行校正，结合所述电子风扇的转速map获取所述电子风扇的启动数量和所述电子风扇的前馈转速，再以所述散热器的出液温度作为增量式PID的控制目标，计算闭环输出值，所述闭环输出值与所述电子风扇的前馈转速相加为所述电子风扇的输出转速；

以快速热机和冷却液的温度辅助调控为控制目标，根据所述冷却液的目标入堆温度，结合所述热管理阀的开度map确定所述热管理阀的开度预设值，再根据所述电堆的实时电流和所述冷却液的实时入堆温度确定开度修正值，所述开度预设值与所述开度修正值相加为所述热管理阀的大循环开度。

作为所述的燃料电池的热管理控制方法的一个可选方案，所述电堆的散热功率的计算公式为：

，其中，为经验参数，通过实验室实测的燃料电池散热功率进行设定；N为所述电堆中单体电池的片数，I为电堆的实时输出电流，V为所述电堆的实时输出电压。

作为所述的燃料电池的热管理控制方法的一个可选方案，所述冷却液的流量的计算公式为：