CN113809370B - 燃料电池电堆运行温度控制方法、装置及系统 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种燃料电池电堆运行温度控制方法、装置及系统,方法包括:在电堆温度变化调控过程中,接收用户的第一温度调控指令;根据第一温度调控指令,执行理论温度值反馈方式对应的温度调节步骤:获取电堆冷却液入口的第二实测温度值;根据电堆冷却液入口的第二实测温度值,计算电堆冷却液出口的理论温度值;基于理论温度值调节燃料电池电堆的运行温度;循环执行上述温度调节步骤,直到燃料电池电堆的运行温度稳定于目标温度值;接收用户的第二温度调控指令,基于第二温度调控指令中的运行温度反馈方式,调节燃料电池电堆的运行温度。本申请能够进行提高燃料电池电堆运行温度的调节效率,提升温度控制的精确度,并消除波动。

Description

燃料电池电堆运行温度控制方法、装置及系统
技术领域
本申请涉及燃料电池技术领域,尤其是涉及一种燃料电池电堆运行温度控制方法、装置及系统。
背景技术
燃料电池是一种电化学发电装置,直接将化学能转化为电能,不受卡诺循环限制,能量转化效率高,且无污染,无噪音,正在成为新一代理想的能源利用方式,随着燃料电池技术渐渐成熟,燃料电池商业化应用有着广阔的发展前景。
燃料电池电堆是由若干片单电池堆叠而成,每一片单电池的工作电压一般在0.6V-0.95V之间。除了燃料电池堆本身的参数以外,影响燃料电池性能的因素主要包括燃料及氧化物进气压力、湿度、流量和燃料电池堆的运行温度等。
温度对燃料电池堆的性能影响较大,在一定范围内,温度越高,燃料电池电堆的性能越好。因此在燃料电池测试过程中,温度的精确控制和监测尤为重要。目前主流测试设备中,常用的温度控制方法为:以燃料电池电堆冷却液出口的温度值作为反馈值,或者,以燃料电池电堆冷却液入口的温度值作为反馈值,然后基于反馈值,通过调节冷却液回路内的加热丝输出功率及冷冻水回路的水泵转速来实现温度控制。
用电堆冷却液出口温度值作为反馈值,在电堆升温或降温时,会造成温度调节滞后。实际控制的温度为水箱内水的温度,在进行温度调节时,因为电堆出口的冷却液会经过电堆二次加热,温度变化会有延迟,温度调节与反馈的温度不同步,造成电堆温度的持续波动;用电堆冷却液入口温度值作为反馈值,温度设定值只能是电堆的进口温度,无法直接监测和控制电堆的运行温度。
发明内容
本申请的目的在于提供一种燃料电池电堆运行温度控制方法、装置及系统,能够进行提高燃料电池电堆运行温度的调节效率,提升温度控制的精确度,并消除波动。
第一方面,本申请实施例提供一种燃料电池电堆运行温度控制方法,方法应用于上位机;上位机用于调控置于冷却回路中的燃料电池电堆的运行温度;运行温度为电堆冷却液出口的第一实测温度值;方法包括:在电堆温度变化调控过程中,接收用户的第一温度调控指令;第一温度调控指令中携带有目标温度值和理论温度值反馈方式;根据第一温度调控指令,执行理论温度值反馈方式对应的温度调节步骤:获取电堆冷却液入口的第二实测温度值;根据电堆冷却液入口的第二实测温度值,计算电堆冷却液出口的理论温度值;基于理论温度值调节燃料电池电堆的运行温度;循环执行上述温度调节步骤,直到燃料电池电堆的运行温度稳定于目标温度值;接收用户的第二温度调控指令,基于第二温度调控指令中的运行温度反馈方式,调节燃料电池电堆的运行温度。
进一步地,上述根据电堆冷却液入口的第二实测温度值,计算电堆冷却液出口的理论温度值的步骤,包括:通过以下算式计算电堆冷却液出口的理论温度值:
T=T1+(1.254-Vmean)*C*I*60÷c÷(Fw*ρ);
其中,Vmean表示电堆当前平均单片电压值;C表示电堆节数;I表示电堆当前运行电流值;c表示电堆冷却液比热容;Fw表示电堆当前冷却液流量;ρ表示电堆冷却液密度;T1表示电堆冷却液入口的第二实测温度值;T表示在当前电堆运行条件下,电堆冷却液出口的理论温度值。
进一步地,上述上位机与PID控制器连接;基于理论温度值调节燃料电池电堆的运行温度的步骤,包括:将理论温度值作为温度反馈值;计算温度反馈值和目标温度值间的差值;根据差值,通过PID控制器调节燃料电池电堆的运行温度。
进一步地,上述冷却回路中设置有水泵和安装有加热丝的水箱;根据差值,通过PID控制器调节燃料电池电堆的运行温度的步骤,包括:根据差值,确定水泵的转速和加热丝的功率的调节幅度;通过PID控制器按照调节幅度,调节水泵的转速和加热丝的功率,以实现调节燃料电池电堆的运行温度。
进一步地,上述燃料电池电堆的运行温度稳定于目标温度值的判断方式如下:获取连续指定个数的燃料电池电堆的运行温度;判断指定个数的运行温度与目标温度值间的差值是否均小于预设阈值;如果是,确定燃料电池电堆的运行温度稳定于目标温度值。
进一步地,上述基于第二温度调控指令中的运行温度反馈方式,调节燃料电池电堆的运行温度的步骤,包括:获取电堆冷却液出口的第一实测温度值;将第一实测温度值作为温度反馈值,调节燃料电池电堆的运行温度。
进一步地,上述冷却回路中,在电堆冷却液出口处和电堆冷却液入口处分别设置有第一温度传感器和第二温度传感器;获取电堆冷却液出口的第一实测温度值的步骤,包括:通过第一温度传感器实时采集电堆冷却液出口处的冷却液温度值,得到电堆冷却液出口的实测温度值;获取电堆冷却液入口的第二实测温度值的步骤,包括:通过第二温度传感器实时采集电堆冷却液入口处的冷却液温度值,得到电堆冷却液入口的第二实测温度值。
第二方面,本申请实施例还提供一种燃料电池电堆运行温度控制装置,装置应用于上位机;上位机用于调控置于冷却回路中的燃料电池电堆的运行温度;运行温度为电堆冷却液出口的第一实测温度值;装置包括:第一温度调控模块,用于在电堆温度变化调控过程中,接收用户的第一温度调控指令;第一温度调控指令中携带有目标温度值和理论温度值反馈方式;根据第一温度调控指令,执行理论温度值反馈方式对应的温度调节步骤:获取电堆冷却液入口的第二实测温度值;根据电堆冷却液入口的第二实测温度值,计算电堆冷却液出口的理论温度值;基于理论温度值调节燃料电池电堆的运行温度;循环执行上述温度调节步骤,直到燃料电池电堆的运行温度稳定于目标温度值;第二温度调控模块,用于接收用户的第二温度调控指令,基于第二温度调控指令中的运行温度反馈方式,调节燃料电池电堆的运行温度。
第三方面,本申请实施例还提供一种燃料电池电堆运行温度控制系统,系统包括上位机、冷却回路和置于冷却回路中的燃料电池电堆;冷却回路中安装有温度传感器、水泵和设置有加热丝的水箱;上位机通过PID控制器和冷却回路调控燃料电池电堆的运行温度;上位机用于执行上述第一方面所述的方法的步骤。
第四方面,本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质,计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令,计算机可执行指令在被处理器调用和执行时,计算机可执行指令促使处理器实现上述第一方面所述的方法。
本申请实施例提供的燃料电池电堆运行温度控制方法、装置及系统中,方法应用于上位机;上位机用于调控置于冷却回路中的燃料电池电堆的运行温度;运行温度为电堆冷却液出口的第一实测温度值;在电堆温度变化调控过程中,接收用户的第一温度调控指令;第一温度调控指令中携带有目标温度值和理论温度值反馈方式;根据第一温度调控指令,执行理论温度值反馈方式对应的温度调节步骤:获取电堆冷却液入口的第二实测温度值;根据电堆冷却液入口的第二实测温度值,计算电堆冷却液出口的理论温度值;基于理论温度值调节燃料电池电堆的运行温度;循环执行上述温度调节步骤,直到燃料电池电堆的运行温度稳定于目标温度值;接收用户的第二温度调控指令,基于第二温度调控指令中的运行温度反馈方式,调节燃料电池电堆的运行温度。该方法使用理论值作为反馈进行温度控制,能够实现电堆出口温度值反馈信号的迅速跟随,提高温度控制的精准度,并消除电堆温度的持续波动,使运行温度快速稳定于目标温度值,提高燃料电池电堆运行温度的调节效率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本申请的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种冷却回路示意图;
图2为本申请实施例提供的一种温度波动示意图;
图3为本申请实施例提供的一种燃料电池电堆运行温度控制方法的示意图;
图4为本申请实施例提供的一种燃料电池电堆运行温度控制装置的结构框图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
参见图1所示的冷却回路示意图,燃料电池电堆设置于冷却回路中;在冷却回路中安装有水泵、水箱和两个温度传感器;水箱中设置有加热丝,可以对水箱中的液体进行加热;两个温度传感器分别设置于电堆冷却液出口处和电堆冷却液入口处,用于检测电堆冷却液出口温度值和电堆冷却液入口温度值。如果用电堆冷却液出口温度值作为反馈值,在电堆升温或降温时,会造成温度调节滞后。实际控制的温度为水箱内水的温度,在进行温度调节时,因为电堆出口的冷却液会经过电堆二次加热,温度变化会有延迟,温度调节与反馈的温度不同步,造成电堆温度的持续波动,如图2所示,水平线表示电堆温度设定值,上面的波浪线表示冷却液出口温度值,下面的波浪线表示冷却液入口温度值。如果用电堆冷却液入口温度值作为反馈值,温度设定值只能是电堆的进口温度,无法直接监测和控制电堆的运行温度。
基于此,本申请实施例提供一种燃料电池电堆运行温度控制方法、装置及系统,用于解决上述问题。为便于对本实施例进行理解,首先对本申请实施例所公开的一种燃料电池电堆运行温度控制方法进行详细介绍。
在对燃料电池电堆性能检测场景中,不同的测试条件对应的温度需求是不一样的,本申请实施例提供一种燃料电池电堆运行温度控制方法,能够根据用户的温度调控指令,使燃料电池电堆的运行温度快速稳定于目标值,消除温度波动,该方法应用于上位机;上位机用于调控置于冷却回路中的燃料电池电堆的运行温度;其中,运行温度实际为电堆冷却液出口的第一实测温度值;参见图3所示的方法的流程图,该方法具个包括以下几个步骤:
步骤S302,在电堆温度变化调控过程中,接收用户的第一温度调控指令;第一温度调控指令中携带有目标温度值和理论温度值反馈方式。
上述目标温度值是用户根据燃料电池的测试需求设定的,比如,想要测试燃料电池在75度时的性能,可以将目标温度值设定为75度,同时设定温度值反馈方式,为了使燃料电池的运行温度快速稳定于目标温度值,可以直接设定理论温度值反馈方式,这种方式是基于理论值作为反馈值进行温度控制的。
步骤S304,根据第一温度调控指令,执行理论温度值反馈方式对应的温度调节步骤:获取电堆冷却液入口的第二实测温度值;根据电堆冷却液入口的第二实测温度值,计算电堆冷却液出口的理论温度值;基于理论温度值调节燃料电池电堆的运行温度;循环执行上述温度调节步骤,直到燃料电池电堆的运行温度稳定于目标温度值。
在接收到上述第一温度调控指令后,通过温度传感器可以实时采集到电堆冷却液入口的第二实测温度值,然后根据该温度值计算出电堆冷却液出口的理论温度值,然后基于理论温度值调节燃料电池电堆的运行温度,循环执行上述温度调节步骤,直到燃料电池电堆的运行温度稳定于目标温度值。
步骤S306,接收用户的第二温度调控指令,基于第二温度调控指令中的运行温度反馈方式,调节燃料电池电堆的运行温度。
在燃料电池电堆的运行温度稳定于目标温度值后,用户可以将温度反馈方式进行调整,即将原来的理论温度值反馈方式调整为运行温度反馈方式,也就是以实时检测的出口温度值作为反馈值进行温度控制。具体的,可以实时获取电堆冷却液出口的第一实测温度值;将第一实测温度值作为温度反馈值,调节燃料电池电堆的运行温度。
本申请实施例提供的燃料电池电堆运行温度控制方法中,方法应用于上位机;上位机用于调控置于冷却回路中的燃料电池电堆的运行温度;运行温度为电堆冷却液出口的第一实测温度值;在电堆温度变化调控过程中,接收用户的第一温度调控指令;第一温度调控指令中携带有目标温度值和理论温度值反馈方式;根据第一温度调控指令,执行理论温度值反馈方式对应的温度调节步骤:获取电堆冷却液入口的第二实测温度值;根据电堆冷却液入口的第二实测温度值,计算电堆冷却液出口的理论温度值;基于理论温度值调节燃料电池电堆的运行温度;循环执行上述温度调节步骤,直到燃料电池电堆的运行温度稳定于目标温度值;接收用户的第二温度调控指令,基于第二温度调控指令中的运行温度反馈方式,调节燃料电池电堆的运行温度。该方法使用理论值作为反馈进行温度控制,能够实现电堆出口温度值反馈信号的迅速跟随,提高温度控制的精准度,并消除电堆温度的持续波动,使运行温度快速稳定于目标温度值,提高燃料电池电堆运行温度的调节效率。
为了提高理论值的计算准确度,使其更接近真实值,本申请实施例还提供一种理论温度值计算方式,具体过程如下:通过以下算式计算电堆冷却液出口的理论温度值:
T=T1+(1.254-Vmean)*C*I*60÷c÷(Fw*ρ);
其中,Vmean表示电堆当前平均单片电压值,单位为V;C表示电堆节数;I表示电堆当前运行电流值,单位为A;c表示电堆冷却液比热容,单位为J·(kg·℃)-1;Fw表示电堆当前冷却液流量,单位为L·min-1;ρ表示电堆冷却液密度,单位为kg·L-1;T1表示电堆冷却液入口的第二实测温度值;T表示在当前电堆运行条件下,电堆冷却液出口的理论温度值。
本申请实施例中,上述上位机还连接有PID控制器,上述冷却回路中设置有水泵和安装有加热丝的水箱。基于上述理论温度值的温度控制过程如下:
(1)将理论温度值作为温度反馈值;
(2)计算温度反馈值和目标温度值间的差值;
(3)根据差值,通过PID控制器调节燃料电池电堆的运行温度。
具体的,首先根据差值,确定水泵的转速和加热丝的功率的调节幅度;然后通过PID控制器按照调节幅度,调节水泵的转速和加热丝的功率,以实现调节燃料电池电堆的运行温度。PID控制器进一步地,上述燃料电池电堆的运行温度稳定于目标温度值的判断方每次可调整一固定值,根据上述调节幅度和上述固定值可确定调节次数。
在一种实施方式中,上述燃料电池电堆的运行温度是否稳定于目标温度值的判断方式如下:
获取连续指定个数的燃料电池电堆的运行温度;判断指定个数的运行温度与目标温度值间的差值是否均小于预设阈值;如果是,确定燃料电池电堆的运行温度稳定于目标温度值。比如,指定个数为5,实时检测的连续5个运行温度,与目标温度值之间的差值均小于1度,确定燃料电池电堆的运行温度稳定于目标温度值。
进一步地,上述冷却回路中,在电堆冷却液出口处和电堆冷却液入口处分别设置有第一温度传感器和第二温度传感器;获取电堆冷却液出口的第一实测温度值的步骤,包括:通过第一温度传感器实时采集电堆冷却液出口处的冷却液温度值,得到电堆冷却液出口的实测温度值;获取电堆冷却液入口的第二实测温度值的步骤,包括:通过第二温度传感器实时采集电堆冷却液入口处的冷却液温度值,得到电堆冷却液入口的第二实测温度值。
本申请实施例的目的在于提供一种可直接监测电堆温度,且能消除电堆温度控制期间的温度波动的燃料电池电堆运行温度控制方法。在调节电堆运行温度期间,因为电堆冷却液出口温度不能即时跟随入口温度变化。本方法通过计算求得在电堆冷却液入口温度变化时,电堆出口温度的理论值,以此作为电堆温度调节阶段的温度反馈值。通过实时计算,实现电堆出口温度值反馈信号的迅速跟随,以消除电堆温度的持续波动。计算得出的结果与电堆实际运行温度相近,同时可以反映电堆当前的运行状态。待电堆温度稳定后,可将反馈信号切换至电堆冷却液出口实际温度,继续进行后续的测试及分析工作。
基于上述方法实施例,本申请实施例还提供一种燃料电池电堆运行温度控制装置,装置应用于上位机;上位机用于调控置于冷却回路中的燃料电池电堆的运行温度;运行温度为电堆冷却液出口的第一实测温度值;参见图4所示,该装置包括:
第一温度调控模块42,用于在电堆温度变化调控过程中,接收用户的第一温度调控指令;第一温度调控指令中携带有目标温度值和理论温度值反馈方式;根据第一温度调控指令,执行理论温度值反馈方式对应的温度调节步骤:获取电堆冷却液入口的第二实测温度值;根据电堆冷却液入口的第二实测温度值,计算电堆冷却液出口的理论温度值;基于理论温度值调节燃料电池电堆的运行温度;循环执行上述温度调节步骤,直到燃料电池电堆的运行温度稳定于目标温度值;第二温度调控模块44,用于接收用户的第二温度调控指令,基于第二温度调控指令中的运行温度反馈方式,调节燃料电池电堆的运行温度。
本申请实施例提供的装置具有以下优点:
1、通过计算得出电堆运行温度理论值,在电堆温度控制变化期间,使用理论值作为温度控制的反馈信号,可消除电堆冷却液出口温度的响应滞后,提升温度控制的控制效率,消除温控期间的温度持续波动。
2、温度控制的反馈信号可按需切换,温度调节期间,使用计算的理论值作为反馈值,可以提高温度调节效率,提升温度控制的精确度,消除波动;温度稳定期间,使用实际温度值作为反馈信号,可以实时监测电堆运行温度。
3、计算得出的理论值,与实际温度相差不大,即使在使用理论值作为反馈的时候,依旧可以较为精确地反映电堆当前的运行状态。
上述第一温度调控模块42还用于:通过以下算式计算电堆冷却液出口的理论温度值:
T=T1+(1.254-Vmean)*C*I*60÷c÷(Fw*ρ);
其中,Vmean表示电堆当前平均单片电压值;C表示电堆节数;I表示电堆当前运行电流值;c表示电堆冷却液比热容;Fw表示电堆当前冷却液流量;ρ表示电堆冷却液密度;T1表示电堆冷却液入口的第二实测温度值;T表示在当前电堆运行条件下,电堆冷却液出口的理论温度值。
上述上位机与PID控制器连接;上述第一温度调控模块42还用于:将理论温度值作为温度反馈值;计算温度反馈值和目标温度值间的差值;根据差值,通过PID控制器调节燃料电池电堆的运行温度。
上述冷却回路中设置有水泵和安装有加热丝的水箱;上述第一温度调控模块42还用于:根据差值,确定水泵的转速和加热丝的功率的调节幅度;通过PID控制器按照调节幅度,调节水泵的转速和加热丝的功率,以实现调节燃料电池电堆的运行温度。
上述第一温度调控模块42还用于:获取连续指定个数的燃料电池电堆的运行温度;判断指定个数的运行温度与目标温度值间的差值是否均小于预设阈值;如果是,确定燃料电池电堆的运行温度稳定于目标温度值。
上述第二温度调控模块44还用于:获取电堆冷却液出口的第一实测温度值;将第一实测温度值作为温度反馈值,调节燃料电池电堆的运行温度。
上述冷却回路中,在电堆冷却液出口处和电堆冷却液入口处分别设置有第一温度传感器和第二温度传感器;上述第一温度调控模块42还用于:通过第一温度传感器实时采集电堆冷却液出口处的冷却液温度值,得到电堆冷却液出口的实测温度值;上述第一温度调控模块42还用于:通过第二温度传感器实时采集电堆冷却液入口处的冷却液温度值,得到电堆冷却液入口的第二实测温度值。
本申请实施例提供的装置,其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同,为简要描述,装置的实施例部分未提及之处,可参考前述方法实施例中相应内容。
基于上述方法实施例,本申请实施例还提供一种燃料电池电堆运行温度控制系统,该系统包括上位机、冷却回路和置于冷却回路中的燃料电池电堆;冷却回路中安装有温度传感器、水泵和设置有加热丝的水箱;上位机通过PID控制器和冷却回路调控燃料电池电堆的运行温度;上位机用于执行上述方法实施例中所述的方法的步骤。
本申请实施例提供的系统,其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同,为简要描述,系统的实施例部分未提及之处,可参考前述方法实施例中相应内容。
本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质,该计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令,该计算机可执行指令在被处理器调用和执行时,该计算机可执行指令促使处理器实现上述方法,具体实现可参见前述方法实施例,在此不再赘述。
本申请实施例所提供的方法、装置和电子设备的计算机程序产品,包括存储了程序代码的计算机可读存储介质,所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法,具体实现可参见方法实施例,在此不再赘述。
除非另外具体说明,否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对步骤、数字表达式和数值并不限制本申请的范围。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在本申请的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是:以上所述实施例,仅为本申请的具体实施方式,用以说明本申请的技术方案,而非对其限制,本申请的保护范围并不局限于此,尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内,其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改、变化或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围,都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此,本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种燃料电池电堆运行温度控制方法,所述方法应用于上位机;所述上位机用于调控置于冷却回路中的燃料电池电堆的运行温度;所述运行温度为电堆冷却液出口的第一实测温度值;所述方法包括:
在电堆温度变化调控过程中,接收用户的第一温度调控指令;所述第一温度调控指令中携带有目标温度值和理论温度值反馈方式;
根据所述第一温度调控指令,执行所述理论温度值反馈方式对应的温度调节步骤:获取电堆冷却液入口的第二实测温度值;根据所述电堆冷却液入口的第二实测温度值,计算电堆冷却液出口的理论温度值;基于所述理论温度值调节所述燃料电池电堆的运行温度;循环执行上述温度调节步骤,直到所述燃料电池电堆的运行温度稳定于所述目标温度值;
接收用户的第二温度调控指令,获取电堆冷却液出口的第一实测温度值;将所述第一实测温度值作为温度反馈值,调节所述燃料电池电堆的运行温度;
根据所述电堆冷却液入口的第二实测温度值,计算电堆冷却液出口的理论温度值的步骤,包括:
通过以下算式计算电堆冷却液出口的理论温度值:
T=T1+(1.254-Vmean)*C*I*60÷c÷(Fw*ρ);
其中,Vmean表示电堆当前平均单片电压值;C表示电堆节数;I表示电堆当前运行电流值;c表示电堆冷却液比热容;Fw表示电堆当前冷却液流量;ρ表示电堆冷却液密度;T1表示电堆冷却液入口的第二实测温度值;T表示在当前电堆运行条件下,电堆冷却液出口的理论温度值。
2.根据权利要求1所述的方法,所述上位机与PID控制器连接;
基于所述理论温度值调节所述燃料电池电堆的运行温度的步骤,包括:
将所述理论温度值作为温度反馈值;
计算所述温度反馈值和所述目标温度值间的差值;
根据所述差值,通过PID控制器调节所述燃料电池电堆的运行温度。
3.根据权利要求2所述的方法,所述冷却回路中设置有水泵和安装有加热丝的水箱;根据所述差值,通过PID控制器调节所述燃料电池电堆的运行温度的步骤,包括:
根据所述差值,确定所述水泵的转速和所述加热丝的功率的调节幅度;
通过所述PID控制器按照所述调节幅度,调节所述水泵的转速和所述加热丝的功率,以实现调节所述燃料电池电堆的运行温度。
4.根据权利要求1所述的方法,所述燃料电池电堆的运行温度稳定于所述目标温度值的判断方式如下:
获取连续指定个数的燃料电池电堆的运行温度;
判断指定个数的运行温度与所述目标温度值间的差值是否均小于预设阈值;
如果是,确定所述燃料电池电堆的运行温度稳定于所述目标温度值。
5.根据权利要求1所述的方法,所述冷却回路中,在电堆冷却液出口处和电堆冷却液入口处分别设置有第一温度传感器和第二温度传感器;
获取所述电堆冷却液出口的第一实测温度值的步骤,包括:
通过所述第一温度传感器实时采集所述电堆冷却液出口处的冷却液温度值,得到所述电堆冷却液出口的实测温度值;
获取电堆冷却液入口的第二实测温度值的步骤,包括:
通过所述第二温度传感器实时采集所述电堆冷却液入口处的冷却液温度值,得到所述电堆冷却液入口的第二实测温度值。
6.一种燃料电池电堆运行温度控制装置,所述装置应用于上位机;所述上位机用于调控置于冷却回路中的燃料电池电堆的运行温度;所述运行温度为电堆冷却液出口的第一实测温度值;所述装置包括:
第一温度调控模块,用于在电堆温度变化调控过程中,接收用户的第一温度调控指令;所述第一温度调控指令中携带有目标温度值和理论温度值反馈方式;根据所述第一温度调控指令,执行所述理论温度值反馈方式对应的温度调节步骤:获取电堆冷却液入口的第二实测温度值;根据所述电堆冷却液入口的第二实测温度值,计算电堆冷却液出口的理论温度值;基于所述理论温度值调节所述燃料电池电堆的运行温度;循环执行上述温度调节步骤,直到所述燃料电池电堆的运行温度稳定于所述目标温度值;
第二温度调控模块,用于接收用户的第二温度调控指令,获取电堆冷却液出口的第一实测温度值,将所述第一实测温度值作为温度反馈值,调节所述燃料电池电堆的运行温度;
所述第一温度调控模块,还用于通过以下算式计算电堆冷却液出口的理论温度值:
T=T1+(1.254-Vmean)*C*I*60÷c÷(Fw*ρ);
其中,Vmean表示电堆当前平均单片电压值;C表示电堆节数;I表示电堆当前运行电流值;c表示电堆冷却液比热容;Fw表示电堆当前冷却液流量;ρ表示电堆冷却液密度;T1表示电堆冷却液入口的第二实测温度值;T表示在当前电堆运行条件下,电堆冷却液出口的理论温度值。
7.一种燃料电池电堆运行温度控制系统,所述系统包括上位机、冷却回路和置于所述冷却回路中的燃料电池电堆;
所述冷却回路中安装有温度传感器、水泵和设置有加热丝的水箱;所述上位机通过PID控制器和所述冷却回路调控所述燃料电池电堆的运行温度;
所述上位机用于执行上述权利要求1-5任一项所述的方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令,所述计算机可执行指令在被处理器调用和执行时,计算机可执行指令促使处理器实现权利要求1至5任一项所述的方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115832374B (zh) * 2023-02-17 2023-05-02 江苏重塑能源科技有限公司 燃料电池的温度计算方法、装置及具有存储功能的装置
CN116314961B (zh) * 2023-05-23 2023-08-11 上海重塑能源科技有限公司 一种电堆冷却液流量的控制方法、系统及装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN207896208U (zh) * 2018-01-19 2018-09-21 清华大学 一种燃料电池电堆热管理装置和系统
CN211125838U (zh) * 2019-12-31 2020-07-28 潍柴动力股份有限公司 燃料电池散热控制系统及燃料电池汽车

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112665889B (zh) * 2020-12-28 2022-08-02 新源动力股份有限公司 一种电堆冷却液流量分配一致性检测方法
CN113258105B (zh) * 2021-04-22 2022-07-15 四川荣创新能动力系统有限公司 一种液氢燃料电池余热回收系统的控制方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN207896208U (zh) * 2018-01-19 2018-09-21 清华大学 一种燃料电池电堆热管理装置和系统
CN211125838U (zh) * 2019-12-31 2020-07-28 潍柴动力股份有限公司 燃料电池散热控制系统及燃料电池汽车

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