CN104795580B - 一种燃料电池系统的冷却子系统启动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种燃料电池系统的冷却子系统启动方法，燃料电池系统包括总控制模块、燃料电池模块、冷却模块、数据采集模块，其中，总控制模块包括ECU控制器、软启动器；燃料电池模块包括燃料电池、温度传感器；冷却模块包括风扇、散热片、水泵。具体为利用温度传感器对冷却水的水温进行检测，将检测到的温度值反馈到ECU，再由ECU向软启动器发出控制信号，控制风扇的启动与停止，风扇与冷却模块中的散热片同轴水平相对放置，对散热片进行降温，本发明能够快速达到冷却效果，冷却过程噪音低，系统稳定性高，软启动过程温和，对电源冲击低，能够保护电源。

Description

一种燃料电池系统的冷却子系统启动方法
技术领域
本发明属于燃料电池领域，具体涉及一种燃料电池系统的冷却子系统启动方法。
背景技术
燃料电池是一种将燃料与氧化剂中的化学能通过电极上的电催化反应直接转化为电能的发电装置。它不受卡诺循环的限制，可以高效地将化学能转化为电能。质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有可快速启动、无电解液流失、水易排出、寿命长、比功率与比能量高等突出优点，特别适合作为移动动力源。
在以水冷为冷却方式的燃料电池系统中，冷却水经过水箱、散热片后进入电池，再进到水箱，形成循环。当循环水流经散热片时，风扇运转将热量吹走，循环水温度下降，从而实现冷却。因此散热能力主要依靠风扇的能力。当电池功率增大时，其需要的散热增加，因此风扇的散热能力需要提高。但是散热能力提高意味着风扇的功率会增加。根据风扇的特性，当启动瞬间，其瞬间电流会达到正常运行电流的10倍左右，因此过大的电流会对电源带来很大的冲击，严重时会损坏电源。
专利燃料电池的间歇冷却(公开号CN 1279644C)所设计的燃料电池冷却方法是使用间断工作的泵根据工况将冷却液间断的循环，但当电池温度升温过快时，可能造成系统冷却效果下降甚至无法降温，同时间断性启动和断开泵，对泵本身的磨损很严重，时间长了可能造成泵的损坏，使得冷却系统无法正常工作。
本发明涉及一种燃料电池系统及其采用的冷却子系统启动方法，用以解决燃料电池冷却系统因电流过大而导致无法启动，或干扰整个系统运行的问题。当温度传感器检测温度达到设定值时，为风扇提供电源的继电器闭合，由于风扇启动电流过大，可能将电源电压拉低，严重将会损坏电源，影响整个系统运行。本发明意在减小风扇对电源的冲击，通过软启动器对风扇缓慢增加控制电压使风扇软启动，最终达到最大功率，进而达到最大散热状态。这样不但不会影响散热效果，而且对电源冲击小。
发明内容
本发明的目的是提供一种以水冷作为冷却方式的燃料电池系统的冷却子系统启动方法。
本发明的技术方案是：
1.利用软启动器控制风扇的启停；
2.根据温度传感器的反馈数据进行软启动器工作状态的判断。
本发明所述燃料电池系统的冷却子系统启动方法，其中，燃料电池系统包括总控制模块、燃料电池模块、冷却模块、数据采集模块，各模块通过导线连接，总控制模块通过232总线和任务计算机连接，燃料电池模块的燃料电池输出母线经电压传感器V和电流传感器A后与输出负载端相连接，其中，总控制模块包括控制器(ECU)、软启动器；燃料电池模块包括燃料电池、温度传感器；冷却模块包括风扇(3)、散热片(1)、水泵；
使用软启动器控制风扇，当风扇需要启动时，ECU向软启动器发出启动信号，软启动器控制风扇缓慢启动，当风扇需要停止时，ECU向软启动器发出停止信号，软启动器控制风扇停止。
对ECU设定燃料电池工作温度达到启动风扇的上限值和关闭风扇的下限值。
燃料电池工作时产生温度，温度传感器与ECU通过导线相连来检测冷却水的水温，温度传感器将检测到的温度值反馈到ECU，ECU与软启动器通过导线相连，ECU向软启动器发出控制信号，当燃料电池系统的温度传感器测得的温度值超过上限值时，反馈到ECU，ECU向软启动器发出启动信号，风扇启动，当温度低于下限值时，软启动器发出停止信号，风扇停止。
所述的软启动器与风扇相连，为风扇提供电压，同时，软启动器控制风扇的启动速率和停止速率。
冷却模块以水冷作为冷却方式，冷却水经过水泵、燃料电池、散热片、后通过水泵再回到燃料电池，风扇与散热片同轴水平相对放置，风扇工作时直接对散热片进行降温。
风扇与散热片的距离为按照满足风扇对散热片进行降温的要求进行设置，具体根据风扇输出功率和风扇个数设定，使燃料电池堆的运行满足设定温度。
风扇最佳的条件为：风扇的电压为12V、24V中的一种或两种，风扇个数为2个，风扇与散热器的距离为5cm，使风扇总的输出功率达到500W。
ECU对软启动器的控制方法为：根据具体的要求，利用Dynamic C软件进行程序编译，将编译好的程序写入Rabbit 2100芯片，该芯片嵌入ECU中，通过任务计算机界面对启动过程进行监控。
本发明具有如下优点：
1.本发明能够快速达到冷却效果，冷却过程噪音低，系统稳定性高。
2.本发明软启动过程温和，对电源冲击低，能够保护电源。
附图说明
图1为燃料电池系统概要示意图。
其中，1为散热片，2为风扇，A为电流传感器，V为电压传感器。
具体实施方式
下面结合附图给出的实施例对本发明作进一步说明。
系统包括总控制模块、燃料电池模块、冷却模块、数据采集模块。各模块通过导线连接，总控制模块通过232总线和任务计算机连接；燃料电池模块的燃料电池输出母线经电压和电流传感器后与输出负载端相连接。
总控制模块包括ECU控制器、软启动器。ECU和软启动器通过导线连接。控制模块控制包括对燃料电池模块的启动运行关闭进行控制，对系统各电压电流及其他参数进行数据采样。
本发明实施例中的燃料电池堆设定温度上限值为55℃，下限值为52℃。风扇的供电电压为DC24V，由于本例的功率为10kW，因此考虑到冷却效果选择安装两个风扇。当风扇全功率工作时的功率能够达到244W，两个风扇的功率就达到488W。安装风扇时将风扇直接连接到软启动器上，软启动器的控制信号接到ECU上。当温度传感器检测水温上升到55℃时，ECU下达冷却指令给软启动器，此时软启动器开始工作。软启动器为风扇缓慢提供电压，逐渐将风扇控制电压增加到24V。加电压的时间可以根据要求调节，本例使用的是在20s内将风扇电压从0V增加到24V。20s后风扇达到全功率冷却，并一直工作。当温度传感器检测温度低于52℃时，ECU下达停止冷却指令，软启动器逐渐降低风扇供电电压直至0V。此时风扇停止工作，冷却过程完成。
系统经过实际测试应用表明，启动方法快速可行，能够为燃料电池系统进行散热，而且运行过程中对电源没有大冲击，系统运行正常。

Claims (8)

1.一种燃料电池系统的冷却子系统启动方法，燃料电池系统包括总控制模块、燃料电池模块、冷却模块、数据采集模块，各模块通过导线连接，总控制模块通过232总线和任务计算机连接，燃料电池模块的燃料电池输出母线经电压传感器V和电流传感器A后与输出负载端相连接，其中，总控制模块包括控制器(ECU)、软启动器；燃料电池模块包括燃料电池、温度传感器；冷却模块包括风扇(3)、散热片(1)、水泵；其特征在于，使用软启动器控制风扇，当风扇需要启动时，控制器向软启动器发出启动信号，软启动器控制风扇缓慢启动，当风扇需要停止时，控制器向软启动器发出停止信号，软启动器控制风扇停止。
2.根据权利要求1所述的冷却子系统启动方法，其特征在于，对控制器设定燃料电池工作温度达到启动风扇的上限值和关闭风扇的下限值。
3.根据权利要求1或2所述的冷却子系统启动方法，其特征在于，燃料电池工作时产生温度，温度传感器与控制器通过导线相连来检测冷却水的水温，温度传感器将检测到的温度值反馈到控制器，控制器与软启动器通过导线相连，控制器向软启动器发出控制信号，当燃料电池系统的温度传感器测得的温度值超过上限值时，反馈到控制器，控制器向软启动器发出启动信号，风扇启动，当温度低于下限值时，软启动器发出停止信号，风扇停止。
4.根据权利要求3所述的冷却子系统启动方法，其特征在于，所述的软启动器与风扇相连，为风扇提供电压，同时，软启动器控制风扇的启动速率和停止速率。
5.根据权利要求1所述的冷却子系统启动方法，其特征在于，冷却模块以水冷作为冷却方式，冷却水经过水泵、燃料电池、散热片、后通过水泵再回到燃料电池，风扇与散热片同轴水平相对放置，风扇工作时直接对散热片进行降温。
6.根据权利要求5所述的冷却子系统启动方法，其特征在于，风扇与散热片的距离为按照满足风扇对散热片进行降温的要求进行设置，同时，对风扇总的输出功率和风扇的个数进行设定，使燃料电池的运行满足设定温度。
7.根据权利要求5或6所述的冷却子系统启动方法，其特征在于，风扇最佳的条件为：风扇的电压为12V、24V中的一种或两种，风扇个数为2个，风扇与散热器的距离为5cm，使风扇总的输出功率达到500W。
8.根据权利要求1所述的冷却子系统启动方法，其特征在于，控制器对软启动器的控制方法为：根据具体的要求，利用Dynamic C软件进行程序编译，将编译好的程序写入Rabbit2100芯片，该芯片嵌入控制器中，通过任务计算机界面对启动过程进行监控。
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