CN113224358B - 燃料电池车辆中燃料电池的温度控制方法 - Google Patents

燃料电池车辆中燃料电池的温度控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113224358B
CN113224358B CN202110396886.6A CN202110396886A CN113224358B CN 113224358 B CN113224358 B CN 113224358B CN 202110396886 A CN202110396886 A CN 202110396886A CN 113224358 B CN113224358 B CN 113224358B
Authority
CN
China
Prior art keywords
fuel cell
duty ratio
temperature
fan
temperature compensation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110396886.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113224358A (zh
Inventor
石建珍
刘豹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Foshan Feichi Automobile Technology Co ltd
Original Assignee
Foshan Feichi Automobile Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Foshan Feichi Automobile Technology Co ltd filed Critical Foshan Feichi Automobile Technology Co ltd
Priority to CN202110396886.6A priority Critical patent/CN113224358B/zh
Publication of CN113224358A publication Critical patent/CN113224358A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113224358B publication Critical patent/CN113224358B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04701—Temperature
    • H01M8/04738—Temperature of auxiliary devices, e.g. reformer, compressor, burner
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04992—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the implementation of mathematical or computational algorithms, e.g. feedback control loops, fuzzy logic, neural networks or artificial intelligence
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Abstract

本发明提供了一种燃料电池车辆中燃料电池的温度控制方法，整车控制器测算得到燃料电池稳态功率温度补偿占空比，之后整车控制器将燃料电池稳态功率温度补偿占空比乘以环境温度补偿占空比与1之和得到散热系统的冷却功率对应的风扇占空比，风扇控制器按散热系统的冷却功率对应的风扇占空比控制风扇转速，之后整车控制器实时根据燃料电池入水口实际温度与设定的燃料电池入水口需求温度之差的绝对值选择燃料电池动态温度补偿占空比并将其与散热系统的冷却功率对应的风扇占空比相加得到散热系统的最终冷却功率对应的风扇占空比，并实时将其更新至散热系统的冷却功率对应的风扇占空比。本发明方法简单可行，可更快更精准地降低燃料电池的温度。

Description

燃料电池车辆中燃料电池的温度控制方法
技术领域
本发明涉及一种燃料电池车辆中燃料电池的温度控制方法。
背景技术
燃料电池作为新能源发展的一条重要分支，具有能量转换效率高、环境友好度高等特点。燃料电池内部通过质子交换膜发生化学反应，将化学能转换为电能，实现能量转换。能量转换的过程中就会有热量产生，温度适中可以提高电解质膜上催化剂的活性、使进入电堆内部的氢气和氧气扩散系数加大气体扩散更充分；但温度过高会使得质子交换膜中水分流失，使得水蒸气分压增大使膜脱水，严重影响燃料电池工作。燃料电池车辆中，一般会配有专门为燃料电池冷却的散热系统，散热系统中一般采用冷却液循环来降低燃料电池温度，而冷却液的冷却一般通过风扇等来实现，而冷却液多数都采用水，水的比热容较大以及散热系统管路较长导致水温变化有很大的惯性量，往往调节会出现滞后和震荡。为了更好地控制冷却液的温度，从而更好地达到控制燃料电池温度的目的，就需要更好更精准地控制风扇的转速。
发明内容
本发明旨在提供一种简单可行、可更快更精准地降低燃料电池的温度的燃料电池车辆中燃料电池的温度控制方法。
本发明通过以下方案实现：
一种燃料电池车辆中燃料电池的温度控制方法，在车辆运行过程中，整车控制器实时采集燃料电池实际输出电压、燃料电池实际输出电流、燃料电池入水口实际温度和环境温度，整车控制器根据燃料电池实际输出电压、燃料电池实际输出电流和燃料电池开路电压积分测算得到燃料电池稳态功率温度补偿占空比，之后整车控制器将燃料电池稳态功率温度补偿占空比乘以环境温度补偿占空比与1之和得到散热系统的冷却功率对应的风扇占空比，风扇控制器按散热系统的冷却功率对应的风扇占空比控制风扇转速，之后整车控制器实时根据燃料电池入水口实际温度与设定的燃料电池入水口需求温度之差的绝对值选择燃料电池动态温度补偿占空比，将燃料电池动态温度补偿占空比与散热系统的冷却功率对应的风扇占空比相加得到散热系统的最终冷却功率对应的风扇占空比，并实时将散热系统的冷却功率对应的风扇占空比更新为散热系统的最终冷却功率对应的风扇占空比。
进一步地，所述燃料电池稳态功率温度补偿占空比PWM_FCS_CTU按公式（1）计算得到：
Figure 625472DEST_PATH_IMAGE001
……………………………………（1），
其中，U open 为燃料电池开路电压，U Fcs 为燃料电池实际输出电压，I Fcs 为燃料电池实际输出电流，t为燃料电池工作时间；KJ为第一单位转换系数，取值为0.8～1.2，单位为Kw-1。燃料电池稳态功率温度补偿占空比PWM_FCS_CTU每2s更新一次数据，散热系统的冷却功率对应的风扇占空比的数据也随燃料电池稳态功率温度补偿占空比的更新而更新。
进一步地，所述环境温度补偿占空比PWM_KT按公式（2）计算得到：
Figure 981367DEST_PATH_IMAGE002
…………………………………………………（2），
其中，TEnviroment为环境温度；TBase为基础温度，取值为40～45℃；K Env 为第二单位转换系数，取值为1。
进一步地，按以下原则选择燃料电池动态温度补偿占空比PWM_ALG：若|TFedBak-TSet|＞TCtr，则燃料电池动态温度补偿占空比PWM_ALG按公式（3）计算得到：
Figure 428529DEST_PATH_IMAGE003
……………………………………………（3），
若|TFedBak-TSet|≤TCtr，则燃料电池动态温度补偿占空比PWM_ALG取值为0；其中，TFedBak为燃料电池入水口实际温度，TSet为设定的燃料电池入水口需求温度，TCtr为设定的燃料电池入水口温度波动门限值，t为燃料电池工作时间；KI为第三单位转换系数，取值为0.8～1.2，单位为℃-1。
公式（1）中的第一单位转换系数KJ、公式（2）中的第二单位转换系数K Env 和公式（3）中的第三单位转换系数KI的作用是将相对应的参数转化为相对应的占空比。
所述设定的燃料电池入水口温度波动门限值在67.5～68.5℃中取值。
所述设定的燃料电池入水口需求温度在55～75℃中取值。
本发明的燃料电池车辆中燃料电池的温度控制方法，简单可行，可通过实时调整散热系统的冷却功率对应的风扇占空比来调控风扇转速，以有效快速精准地调整散热系统中冷却液的温度，使得冷却液的实际温度与预设值温度的误差较小，从而更快更精准地降低燃料电池的温度，以保证燃料电池温度在理想范围内，延长燃料电池的使用寿命。本发明的燃料电池车辆中燃料电池的温度控制方法，涉及到的各参数的算法都较为整定简洁，可以缩短整车厂调试人员调试时间，提高工作效率，且通用性好，可以适用不同功率型号的电堆，提高程序兼容性，方便管控，而且本发明方法不受环境温度影响，省去了高热、高寒环温下的标定工作，节省资金。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于实施例之表述。
实施例1
一种燃料电池车辆中燃料电池的温度控制方法，在车辆运行过程中，整车控制器实时采集燃料电池实际输出电压、燃料电池实际输出电流、燃料电池入水口实际温度和环境温度，整车控制器根据燃料电池实际输出电压、燃料电池实际输出电流和燃料电池开路电压积分测算得到燃料电池稳态功率温度补偿占空比，燃料电池稳态功率温度补偿占空比PWM_FCS_CTU按公式（1）计算得到：
Figure 149361DEST_PATH_IMAGE005
……………………………………（1），
其中，U open 为燃料电池开路电压，U Fcs 为燃料电池实际输出电压，I Fcs 为燃料电池实际输出电流，t为燃料电池工作时间；KJ为第一单位转换系数，取值为0.8～1.2，单位为Kw-1。燃料电池稳态功率温度补偿占空比PWM_FCS_CTU每2s更新一次数据，散热系统的冷却功率对应的风扇占空比的数据也随燃料电池稳态功率温度补偿占空比的更新而更新。
之后整车控制器将燃料电池稳态功率温度补偿占空比乘以环境温度补偿占空比与1之和得到散热系统的冷却功率对应的风扇占空比，环境温度补偿占空比PWM_KT按公式（2）计算得到：
Figure 580342DEST_PATH_IMAGE007
…………………………………………………（2），
其中，TEnviroment为环境温度；TBase为基础温度，取值为40～45℃；K Env 为第二单位转换系数，取值为1；
风扇控制器按散热系统的冷却功率对应的风扇占空比控制风扇转速，之后整车控制器实时根据燃料电池入水口实际温度与设定的燃料电池入水口需求温度之差的绝对值选择燃料电池动态温度补偿占空比，将燃料电池动态温度补偿占空比与散热系统的冷却功率对应的风扇占空比相加得到散热系统的最终冷却功率对应的风扇占空比，并实时将散热系统的冷却功率对应的风扇占空比更新为散热系统的最终冷却功率对应的风扇占空比。
按以下原则选择燃料电池动态温度补偿占空比PWM_ALG：若|TFedBak-TSet|＞TCtr，则燃料电池动态温度补偿占空比PWM_ALG按公式（3）计算得到：
Figure 677611DEST_PATH_IMAGE009
……………………………………………（3），
若|TFedBak-TSet|≤TCtr，则燃料电池动态温度补偿占空比PWM_ALG取值为0；其中，TFedBak为燃料电池入水口实际温度，TSet为设定的燃料电池入水口需求温度，设定的燃料电池入水口需求温度在55～75℃中取值；TCtr为设定的燃料电池入水口温度波动门限值，设定的燃料电池入水口温度波动门限值在67.5～68.5℃中取值；t为燃料电池工作时间；KI为第三单位转换系数，取值为0.8～1.2，单位为℃-1。

Claims (3)

1.一种燃料电池车辆中燃料电池的温度控制方法，其特征在于：在车辆运行过程中，整车控制器实时采集燃料电池实际输出电压、燃料电池实际输出电流、燃料电池入水口实际温度和环境温度，整车控制器根据燃料电池实际输出电压、燃料电池实际输出电流和燃料电池开路电压积分测算得到燃料电池稳态功率温度补偿占空比，之后整车控制器将燃料电池稳态功率温度补偿占空比乘以环境温度补偿占空比与1之和得到散热系统的冷却功率对应的风扇占空比，风扇控制器按散热系统的冷却功率对应的风扇占空比控制风扇转速，之后整车控制器实时根据燃料电池入水口实际温度与设定的燃料电池入水口需求温度之差的绝对值选择燃料电池动态温度补偿占空比，将燃料电池动态温度补偿占空比与散热系统的冷却功率对应的风扇占空比相加得到散热系统的最终冷却功率对应的风扇占空比，并实时将散热系统的冷却功率对应的风扇占空比更新为散热系统的最终冷却功率对应的风扇占空比；
所述燃料电池稳态功率温度补偿占空比PWM_FCS_CTU按公式（1）计算得到：
Figure 762676DEST_PATH_IMAGE002
……………………………………（1），
其中，U open 为燃料电池开路电压，U Fcs 为燃料电池实际输出电压，I Fcs 为燃料电池实际输出电流，t为燃料电池工作时间；KJ为第一单位转换系数，取值为0.8～1.2，单位为Kw-1；
所述环境温度补偿占空比PWM_KT按公式（2）计算得到：
Figure 945396DEST_PATH_IMAGE004
…………………………………………………（2），
其中，TEnviroment为环境温度；TBase为基础温度，取值为40～45℃；K Env 为第二单位转换系数，取值为1；
按以下原则选择燃料电池动态温度补偿占空比PWM_ALG：若|TFedBak-TSet|＞TCtr，则燃料电池动态温度补偿占空比PWM_ALG按公式（3）计算得到：
Figure 256292DEST_PATH_IMAGE006
……………………………………………（3），
若|TFedBak-TSet|≤TCtr，则燃料电池动态温度补偿占空比PWM_ALG取值为0；其中，TFedBak为燃料电池入水口实际温度，TSet为设定的燃料电池入水口需求温度，TCtr为设定的燃料电池入水口温度波动门限值，t为燃料电池工作时间；KI为第三单位转换系数，取值为0.8～1.2，单位为℃-1。
2.如权利要求1所述的燃料电池车辆中燃料电池的温度控制方法，其特征在于：所述设定的燃料电池入水口温度波动门限值在67.5～68.5℃中取值。
3.如权利要求1或2所述的燃料电池车辆中燃料电池的温度控制方法，其特征在于：所述设定的燃料电池入水口需求温度在55～75℃中取值。
CN202110396886.6A 2021-04-13 2021-04-13 燃料电池车辆中燃料电池的温度控制方法 Active CN113224358B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110396886.6A CN113224358B (zh) 2021-04-13 2021-04-13 燃料电池车辆中燃料电池的温度控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110396886.6A CN113224358B (zh) 2021-04-13 2021-04-13 燃料电池车辆中燃料电池的温度控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113224358A CN113224358A (zh) 2021-08-06
CN113224358B true CN113224358B (zh) 2022-03-11

Family

ID=77087073

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110396886.6A Active CN113224358B (zh) 2021-04-13 2021-04-13 燃料电池车辆中燃料电池的温度控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113224358B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114447366A (zh) * 2021-12-28 2022-05-06 东方电气(成都)氢燃料电池科技有限公司 一种抑制燃料电池冷却液温度过冲方法、系统及其控制器
CN114335597B (zh) * 2021-12-29 2023-08-08 上海重塑能源科技有限公司 一种燃料电池水温的控制方法及系统
CN114864995A (zh) * 2022-05-20 2022-08-05 上海捷氢科技股份有限公司 一种燃料电池散热方法、装置及系统
CN115051002B (zh) * 2022-07-01 2024-03-19 一汽解放汽车有限公司 散热控制方法、装置、计算机设备和存储介质

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6087028A (en) * 1997-06-06 2000-07-11 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel-cells system and method of regulating temperature in fuel-cells system
CN104934619A (zh) * 2015-04-30 2015-09-23 西南交通大学 一种水冷型质子交换膜燃料电池热管理系统及其控制方法
CN108428916A (zh) * 2018-03-02 2018-08-21 北京亿华通科技股份有限公司 燃料电池温度控制方法和装置
CN110993987A (zh) * 2019-12-20 2020-04-10 东风汽车集团有限公司 燃料电池汽车冷却系统及其控制方法
CN112615031A (zh) * 2020-12-21 2021-04-06 海卓动力(青岛)能源科技有限公司 一种车用质子交换膜燃料电池系统温度控制方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012169287A1 (ja) * 2011-06-06 2012-12-13 日産自動車株式会社 燃料電池の湿潤状態制御装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6087028A (en) * 1997-06-06 2000-07-11 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel-cells system and method of regulating temperature in fuel-cells system
CN104934619A (zh) * 2015-04-30 2015-09-23 西南交通大学 一种水冷型质子交换膜燃料电池热管理系统及其控制方法
CN108428916A (zh) * 2018-03-02 2018-08-21 北京亿华通科技股份有限公司 燃料电池温度控制方法和装置
CN110993987A (zh) * 2019-12-20 2020-04-10 东风汽车集团有限公司 燃料电池汽车冷却系统及其控制方法
CN112615031A (zh) * 2020-12-21 2021-04-06 海卓动力(青岛)能源科技有限公司 一种车用质子交换膜燃料电池系统温度控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113224358A (zh) 2021-08-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113224358B (zh) 燃料电池车辆中燃料电池的温度控制方法
CN110414157B (zh) 质子交换膜燃料电池系统多目标滑模控制方法
CN111211338B (zh) 一种高压质子交换膜燃料电池动力系统
Mahjoubi et al. An improved thermal control of open cathode proton exchange membrane fuel cell
CN108832159B (zh) 一种燃料电池控制系统及控制方法
CN112768732B (zh) 一种燃料电池热管理控制方法
CN110911721B (zh) 一种燃料电池控制方法及燃料电池控制装置
KR20120102774A (ko) Ｐｅｍ 연료전지 스택 백업 전기 발전기의 동작 관리
CN114447379A (zh) 一种燃料电池冷却液温度控制方法、系统及其控制器
CN113471477B (zh) 一种燃料电池冷却水回路温度控制系统及其控制方法
CN113346105B (zh) 一种燃料电池电堆冷却系统控制方法及燃料电池控制器
CN112490469A (zh) 一种氢能汽车电堆温度控制方法及系统
CN111403779B (zh) 一种应用在燃料电池热管理系统中的模型参考自适应控制方法
CN115172808A (zh) 一种高效率燃料电池配气控制系统与方法
CN113839065B (zh) 一种燃料电池冷却水回路热补偿温度控制系统及控制方法
CN116722185A (zh) 一种燃料电池电堆温度控制方法及系统
Kumar et al. A simplified control oriented model of an open cathode PEM fuel cell
CN110120537B (zh) 一种基于水合状态自适应均衡的燃料电池串级发电系统
CN112736269A (zh) 一种默认控制参数的标定方法及标定装置
KR20190063313A (ko) 오픈 캐소드 타입 연료전지의 팬 제어 장치
JP2005150019A (ja) 燃料電池システム
Weirong et al. Flow following control strategy for thermal management of water-cooled PEMFC
Maulana et al. Reactant Control Strategies for Maximizing Efficiency in Open Cathode PEM Fuel Cell
JP2013531870A (ja) 燃料電池システムにおける制御配置および方法
Ram et al. Thermal and air management of an open cathode proton exchange membrane fuel cell using sliding mode control

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant