风冷燃料电池温度控制系统及其控制方法、电池控制方法与流程

本发明涉及一种风冷燃料电池温度控制系统，还涉及风冷燃料电池温度控制系统的控制方法，还涉及电池控制方法，属于燃料电池。

背景技术：

1、氢燃料电池是一种将氢气的化学能转换为电能的发电装置，由于其高效、环保、续驶能力强等优点，越来越多地用于车辆动力系统。随着燃料电池技术的发展，输出功率不断增加，散热问题越来越成为制约其发展的瓶颈。燃料电池散热温差过小，散热负荷较大，在环境温度较高的应用场景下，容易出现过温故障，导致动力系统限制功率运行，严重影响驾乘安全和体验；另外，在低温环境下的燃料电池无法正常或及时启动也是一个需要解决的重要问题。

2、在中国专利申请(公开号为cn 116111147 a)中，公开了一种用于氢燃料电池的温度管理方法及系统，通过获取氢燃料电池的测试数据，建立氢燃料电池的标准工作温度模型，再获取当前工作环境数据和当前工作数据，确定当前标准工作温度，从而获取当前温度数据，并将当前温度数据与当前标准工作温度进行比对得到比对结果，根据比对结果控制所述温度管理装置进行温度调节。然而该方法运用于风冷燃料电池中时，过程繁琐，控制效果不佳，存在局限性，不能够最大程度地发挥风冷燃料电池的效率和性能。基于此，本发明提出了一种风冷燃料电池温度控制方法及系统，通过引入燃料电池侧电流的观察量，给不同工作功率下的风冷燃料电池提供最低限度的风量以得到燃料电池正常运行所需的供氧量，同时通过p id算法控制风冷燃料电池的温度保持在运行最佳温度(50℃)附近，提高燃料电池的效率。

技术实现思路

1、本发明所要解决的首要技术问题在于提供一种风冷燃料电池温度控制系统，解决了燃料电池散热温差过小，散热负荷较大，在环境温度较高或者过低时不能发挥最佳性能的问题。

2、为实现上述技术目的，本发明采用以下的技术方案：

3、一种风冷燃料电池温度控制系统，包括燃料电池、控制器、风扇及温度传感器，

4、其中，燃料电池、风扇及温度传感器分别与控制器耦接，

5、控制器接收来自燃料电池的电流采样信号，

6、控制器接收来自温度传感器的温度采样信号，

7、并且根据电流采样信号和温度采样信号，计算出不同的工作功率下的燃料电池的最高温度，控制风扇向燃料电池输送相应的风量，使得燃料电池在不同工作功率下运行时，仍然保持在恒定的温度，自身温度不会过高或者过低。

8、其中较优地，还包括电流传感器，通过电流传感器对燃料电池进行采样，获得电流采样信号。

9、风冷燃料电池温度控制方法，采用上述的风冷燃料电池温度控制系统进行控制，包括

10、首先，由通过电流传感器adc对燃料电池进行采样，得到燃料电池侧电流，并且将该燃料电池侧电流传输至控制器中；

11、然后，由控制器进行分析计算，将该燃料电池侧电流分成不同的工作区间，并且将不同的工作区间对应不同的风扇风量下限，从而对应不同的风扇档位；

12、最后，比较采样获得的最高温度与燃料电池性能可以发挥最佳的温度之间的偏差，通过pid控制算法得到实时的调整风扇风量的pwm占空比，将此风扇风量pwm占空比与前述步骤中确定的pwm占空比进行比较，取pwm占空比较大值来调控风扇转速档位。

13、其中较优地，以风冷燃料电池系统为30kw为例，则满足如下对应关系：

14、燃料电池侧电流为0-5a时，风扇风量下限对应的pwm占空比为20％；

15、燃料电池侧电流为5-10a时，风扇风量下限对应的pwm占空比为25％；

16、燃料电池侧电流为10-15a时，风扇风量下限对应的pwm占空比为30％；

17、燃料电池侧电流为15-20a时，风扇风量下限对应的pwm占空比为35％；

18、燃料电池侧电流为20a以上时，风扇风量下限对应的pwm占空比为40％。

19、其中较优地，风扇档位是由pwm控制，风扇档位对应不同的pwm占空比。

20、其中较优地，获得燃料电池侧最高温度包括：

21、通过温度传感器对燃料电池各处采样，得到燃料电池各处的温度并传给控制器中，在控制器中计算得到最高温度。

22、其中较优地，燃料电池性能可以发挥最佳的温度为50℃。

23、其中较优地，pid控制算法为：

24、

25、其中，u(t)为控制输出，err(t)为偏差，kp是比例常数，用于调节比例控制部分的响应速度和灵敏度；ki是积分常数，用于调节积分控制部分的消除持续偏差的能力；kd是微分常数，用于调节微分控制部分的抑制振荡和提高响应速度的能力。

26、其中较优地，燃料电池为质子交换膜燃料电池。

27、一种电池控制方法，包括上述风冷燃料电池温度控制方法，包括

28、s10：风冷燃料电池的控制系统运行自检程序，如果自检失败，则转至步骤s16；如果自检成功，则转至步骤s11；

29、s11：风冷燃料电池的控制系统开启温度保护监测，然后进入就绪状态；

30、s12：风冷燃料电池的控制系统初始化所有标志位和外设，转到待机状态；

31、s13：如果plc下发检漏指令，则进行气密性检测，如果气密性检测成功，则转至步骤s12中；如果气密性检测失败，则转至步骤s16中；

32、s14：plc下发开机指令，燃料电池系统正常开机，同时开启风冷燃料电池温度控制系统；

33、s15：步骤s14在进行过程中，如果plc下发关机指令，则燃料电池系统停机。

34、s16：步骤s14在进行过程中，如果出现故障，则进入故障状态。

35、与现有技术相比较，本发明通过明确不同功率下所需的风扇风量下限，确保风冷燃料电池在不同的工作功率下都能获取所需的供氧流量，以使质子交换膜燃料电池能够发挥最佳的性能。并且，通过pid控制算法调控风扇转速，从而控制风冷燃料电池温度维持在质子交换膜燃料电池性能可以发挥最佳的温度(50℃)，有效保证燃料电池的工作安全，提高燃料电池的耐久性和效率。

技术特征：

1.一种风冷燃料电池温度控制系统，其特征在于：包括燃料电池、控制器、风扇及温度传感器，

2.如权利要求1所述的风冷燃料电池温度控制系统，其特征在于：还包括电流传感器，通过所述电流传感器对所述燃料电池进行采样，获得电流采样信号。

3.一种风冷燃料电池温度控制方法，采用如权利要求1或2所述的风冷燃料电池温度控制系统进行控制，其特征在于：包括

4.如权利要求3所述的风冷燃料电池温度控制方法，其特征在于：以风冷燃料电池系统为30kw为例，则满足如下对应关系：

5.如权利要求3所述的风冷燃料电池温度控制方法，其特征在于：风扇档位是由pwm控制，风扇档位对应不同的pwm占空比。

6.如权利要求3所述的风冷燃料电池温度控制方法，其特征在于：获得燃料电池侧最高温度包括：

7.如权利要求3所述的风冷燃料电池温度控制方法，其特征在于：燃料电池性能可以发挥最佳的温度为50℃。

8.如权利要求3所述的风冷燃料电池温度控制方法，其特征在于：所述pid控制算法为：

9.如权利要求3中任一项所述的风冷燃料电池温度控制方法，其特征在于：所述燃料电池为质子交换膜燃料电池。

10.一种电池控制方法，包括如权利要求3-9任一项所述的风冷燃料电池温度控制方法，其特征在于：包括

技术总结
本发明公开了一种风冷燃料电池温度控制系统，包括燃料电池、控制器、风扇及温度传感器，其中，燃料电池、风扇及温度传感器分别与控制器耦接，控制器接收来自燃料电池的电流采样信号，控制器接收来自温度传感器的温度采样信号，并且根据电流采样信号和温度采样信号，计算出不同的工作功率下的燃料电池的最高温度，控制风扇向燃料电池输送相应的风量，使得燃料电池在不同工作功率下运行时，仍然保持在恒定的温度，自身温度不会过高或者过低。本发明通过明确不同功率下所需的风扇风量下限，确保风冷燃料电池在不同的工作功率下都能获取所需的供氧流量，以使质子交换膜燃料电池能够发挥最佳的性能。

技术研发人员：宁惠芹,黄猛,倪梓荣,黄远军,李方烔
受保护的技术使用者：珠海格力电器股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16