CN113903950A - 分布式空冷燃料电池系统和航天器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种分布式空冷燃料电池系统和航天器，该系统包括：储氢模块、燃料电池模块、电控模块和第一温度传感器，其中，第一温度传感器用于监测系统的环境温度；储氢模块用于向燃料电池模块供给低压力氢气；燃料电池模块包括至少三个采用串并联方式连接的空冷氢燃料电池，每个电池包括第二温度传感器和转速及转向可调型风扇；电控模块包括控制器，位于系统的中心，控制器用于根据环境温度调节每个风扇的转向，并根据每个电池的运行温度和发电功率对风扇的转速进行闭环控制。该系统结合内电池的环境特性及自身的热管理需求对风扇进行多目标闭环转速控制，并根据环境温度的控制风扇转向，提高了系统整体的发电输出效率。

Description

分布式空冷燃料电池系统和航天器

技术领域

本申请涉及质子交换膜燃料电池技术领域，尤其涉及一种分布式空冷燃料电池系统和航天器。

背景技术

目前，空冷型氢燃料电池系统以其高质量功率密度、零污染和长续航等优势在航空航天等多个领域的应用日益广泛。在无人机等航天器中，由于空冷燃料电池动力系统在布局方面要与航天器的机舱相匹配，因此受制于空间布局及气体流动特性通常采用多堆串并联的分布式布置方式，并通过空冷燃料电池的热管理系统监测环境温度及电堆温度，并结合固态储氢散热及功率调节等因素对空冷燃料电池进行散热控制。

相关技术中，空冷燃料电池的热管理系统通常是采用风扇进行实际散热控制，根据环境温度及电堆温度调节各个风扇的转速，实现对系统内不同区域的散热。比如，公开号为CN103401004A的相关专利中公开了根据电池的工作温度对风扇的转速进行控制，以及根据环境温度对风扇的转向进行控制。然而，由于分布式空冷燃料电池安装在机舱内的不同位置,实际运行中环境温度及气流差异明显，采用上述方式简单的以环境温度或电堆温度进行风扇转速调节会导致各个电堆实际进气量存在差异，从而导致各支路电堆发电能力不一致，使系统无法达到最佳运行工况，影响系统整体稳定输出,降低系统运行效率。

发明内容

本申请的目的旨在至少在一定程度上解决上述的技术问题之一。

为此，本申请的第一个目的在于提出一种分布式空冷燃料电池系统。该系统结合内部各燃料电池子模块的安装环境特性及电池自身的热管理需求，对风扇进行多目标闭环转速控制，实现燃料电池系统整体的高效输出，并通过锂电池的热管理需求与环境温度的监测，控制风扇转向，实现动力系统整体温度的综合管理，解决了分布式空冷燃料电池动力系统在实际运行中由于环境差异导致的各子单元发电效率差异过大，影响系统整体稳定输出的问题。

本申请的第二个目的在于提出一种航天器。

为达上述目的，本申请第一方面实施例提出了一种分布式空冷燃料电池系统，该系统包括：

储氢模块、燃料电池模块、电控模块和第一温度传感器，其中，所述储氢模块、所述燃料电池模块和所述电控模块相互连接，所述第一温度传感器与所述电控模块连接以向所述电控模块传输监测数据,

所述第一温度传感器，用于监测分布式空冷燃料电池系统的环境温度；

所述储氢模块，用于向所述燃料电池模块供给低压力氢气；

所述燃料电池模块，包括至少三个采用串联和/或并联方式连接的空冷氢燃料电池，每个所述空冷氢燃料电池包括至少一个第二温度传感器和至少一个转速及转向可调型风扇，所述第二温度传感器用于监测对应的空冷氢燃料电池的运行温度；

所述电控模块，包括至少一个控制器，所述电控模块位于所述燃料电池模块的中心，所述控制器用于根据所述环境温度调节每个所述风扇的转向，并根据每个所述空冷氢燃料电池运行状态下的温度偏差和功率偏差，对相应的风扇的转速进行闭环控制。

另外，本申请实施例的分布式空冷燃料电池系统还具有如下附加的技术特征：

可选地，在一些实施例中，电控模块还包括至少一个锂电池，所述控制器具体用于：在所述环境温度处于预设范围内时，控制每个所述风扇正转，以使空气由所述中心向四周流动，所述预设范围是预设的低温阈值与高温阈值之间的温度范围；在所述环境温度低于低温阈值时，控制每个所述风扇反转，以使空气由四周向所述中心流动。

可选地，在一些实施例中，控制器具体用于：根据每个所述空冷氢燃料电池所处的位置和周边空气流动区域，为每个所述空冷氢燃料电池建立对应的空气流动模型；根据所述空气流动模型计算不同风扇转速下通过对应的所述空冷氢燃料电池的空气计量比；根据所述空气流动模型确定对应的所述空冷氢燃料电池的运行功率范围，并基于目标载荷分配每个所述空冷氢燃料电池的目标发电功率。

可选地，在一些实施例中，控制器还用于：根据任一空冷氢燃料电池的目标发电功率确定对应的空气计量比下的风扇基础转速；计算任一空冷氢燃料电池的运行温度与所述任一空冷氢燃料电池的目标发电功率对应的最佳运行温度之间的所述温度偏差，根据所述温度偏差对所述任一空冷氢燃料电池的风扇的转速进行第一闭环转速控制；在所述温度偏差低于预设的温度偏差阈值时，计算所述任一空冷氢燃料电池当前的发电功率与目标发电功率之间的所述功率偏差，并判断所述功率偏差是否高于预设的功率偏差阈值；在所述功率偏差高于所述功率偏差阈值时，对所述任一空冷氢燃料电池的风扇的转速进行第二闭环转速调节。

可选地，在一些实施例中，电控模块还包括稳压器和变压配电器，所述稳压器和所述变压配电器集成设置在一个配电箱中，其中，所述稳压器，用于匹配所述燃料电池模块与负载端间的电压；所述变压配电器，用于向所述分布式空冷燃料电池系统中的电气零部件提供匹配的电压。

可选地，在一些实施例中，锂电池具体用于：在所述分布式空冷燃料电池系统启动前辅助供电，并且在载荷升高速率大于预设的速率阈值时补充供电。

可选地，在一些实施例中，储氢模块具体用于：将氢气转换为固态后存储，或者将氢气压缩后存储。

可选地，在一些实施例中，每个所述空冷氢燃料电池还包括：至少一个压力传感器，其中，所述压力传感器，用于监测氢气进入对应的空冷氢燃料电池时的进气压力。

可选地，在一些实施例中，该系统还包括：至少一个氢气浓度传感器，其中，所述氢气浓度传感器，用于监测所述分布式空冷燃料电池系统所处环境中的氢气浓度；所述控制器具体用于：根据所述氢气浓度和所述进气压力判断所述储氢模块是否漏氢，在确定所述储氢模块漏氢时，控制所述储氢模块关闭，并在控制每个所述风扇进行预设时间的吹扫后，控制所述分布式空冷燃料电池系统下电停机。

本申请的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：

氢燃料电池采用分布式布置，最大程度利用既有空间，锂电池位于各分布式燃料电池的中心。根据环境温度调节燃料电池风扇的转向，一方面实现低温环境条件下的燃料电池发热量充分利用，另一方面，实现锂电池及电控系统在高温下的协助散热。

基于分布式燃料电池环境的差异性建立空气流动模型，依据各模块最佳运行范围进行载荷分解，提升燃料电池系统可靠性及氢电转化效率。

依据燃料电池发电功率偏差与最佳工作温度偏差双目标闭环调节风扇转速，实现各个燃料电池持续高效运行，提升系统整体功率响应精度，提高了系统整体的发电输出效率。

为实现上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种航天器，包括如上述实施例所述的分布式空冷燃料电池系统。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本申请实施例提出的一种分布式空冷燃料电池系统的结构示意图；

图2为本申请实施例提出的一种具体的分布式空冷燃料电池系统的结构示意图；

图3为本申请实施例提出的一种常温下分布式空冷燃料电池系统内的空气流向示意图；

图4为本申请实施例提出的一种低温下分布式空冷燃料电池系统内的空气流向示意图；

图5为本申请实施例提出的一种用于分布式空冷燃料电池系统的热管理方法的流程示意图；

图6为本申请实施例提出的一种航天器的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

下面参考附图描述本申请实施例的分布式空冷燃料电池系统。

图1为本申请实施例提出的一种分布式空冷燃料电池系统的结构示意图，如图1所示，该系统包括：储氢模块10、燃料电池模块20、电控模块30和第一温度传感器40。其中，储氢模块10、燃料电池模块20和电控模块30相互连接，第一温度传感器40与电控模块30连接以向电控模块30传输监测数据。

其中，第一温度传感器40，用于监测分布式空冷燃料电池系统的环境温度。

其中，第一温度传感器40的数量可以为一个或多个，第一温度传感器40可设置在分布式空冷燃料电池系统内的各个位置处，监测分布式空冷燃料电池系统周围的环境温度。第一温度传感器40的数量和设置方式可以根据实际需要进行设置。第一温度传感器40可以通过无线或有线的方式与电控模块30连接，以向所电控模块传输监测到的环境温度数据。

储氢模块10，用于向燃料电池模块20供给低压力氢气。具体的，储氢模块10将自身存储的常温气态氢气转化为低压力，比如，60~70kPa后输送至燃料电池模块20，以向燃料电池提供稳定和持续的低压力氢气，使燃料电池模块20工作发电。

在申请一个实施例中，储氢模块10可以通过不同方式存储氢气，比如，储氢模块10具体用于将氢气转换为固态后，或者将氢气压缩后存储至储氢容器内。

燃料电池模块20，包括至少三个采用串联和/或并联方式连接的空冷氢燃料电池21，每个空冷氢燃料电池21包括至少一个第二温度传感器211和至少一个转速及转向可调型风扇212，第二温度传感器211用于监测对应的空冷氢燃料电池21的运行温度。

本申请实施例的燃料电池模块20可以包含多个空冷氢燃料电池，根据实际应用场景，比如，燃料电池模块20应用于无人机机舱内进行供电等场景，进行分布式布置，即根据应用场景下的空间限制，采用串联、并联或串并联等多种电路连接方式连接各个空冷氢燃料电池21，以最大程度利用既有空间，各燃料电池堆具体的连接方式根据实际场景确定，此处不做限制。

其中，每个空冷氢燃料电池21包含的第二温度传感器211用于监测自身所在的空冷氢燃料电池的运行温度，并将采集到的实时运行温度数据发送给电控模块30。转速及转向可调型风扇212可以根据指令实时调节转速和转向，并且，还可以将当前运行的转速信息和转向信息反馈给电控模块30，以便于根据风扇反馈的信息进行转速闭环调节。

电控模块30，包括至少一个控制器31，电控模块30位于分布式空冷燃料电池系统的中心，控制器31用于根据环境温度调节每个风扇212的转向，并根据每个空冷氢燃料电池21当前运行状态下的温度偏差和功率偏差，对该电池相应的风扇212的转速进行闭环控制。

其中，燃料电池模块20的中心指的是各分布式的氢燃料电池21形成的区域的中心位置。在本申请实施例中，电控模块30还包括至少一个锂电池32，将锂电池32和控制器31设置于是各分布式的氢燃料电池21的中心位置。

其中，功率偏差指的是空冷氢燃料电池21当前的发电功率与该电池的目标发电功率之间的差值，温度偏差指的是空冷氢燃料电池21当前的运行温度与该电池的目标发电功率对应的最佳运行温度之间的差值。

控制器31，可以根据接收到的分布式空冷燃料电池系统的环境温度对各个转速及转向可调型风扇212的转向进行控制。在本申请一个实施例中，在控制器31检测到环境温度处于预设范围内时，控制每个风扇正转，以使空气由中心向四周流动，其中，预设范围是预设的低温阈值与高温阈值之间的温度范围，并在检测到环境温度低于低温阈值时，控制每个风扇反转，以使空气由四周向中心流动。

其中，预设范围是表示周围环境温度处于常温的温度范围，本申请可以预先通过实验并结合历史知识确定空冷氢燃料电池和锂电池处于正常工作状态下对应的温度范围，包括维持电池正常工作效率的最低温度阈值和最高温度阈值等，并将该温度范围作为预设范围。在检测到环境温度处于预设范围内时，控制每个风扇正转使空气由中心向四周流动，从而可以降低燃料电池模块20中心的环境温度，提升处于中心位置的锂电池32和控制器31散热能力。在检测环境温度低于上述低温阈值时，由于锂电池32工作效率较低，因此可以控制每个风扇反转使空气由四周向中心流动，即，使空气从各个空冷氢燃料电池21的位置向中心流动，从而可以利用各个燃料电池的发热量提高燃料电池模块20中心的环境温度，保证处于中心位置的锂电池32的工作效率。

控制器31还可以对风扇的转速进行闭环控制。在本申请一个实施例中，控制器31先根据每个空冷氢燃料电池21所处的位置和周边空气流动区域，为每个空冷氢燃料电池21建立对应的空气流动模型；根据空气流动模型计算不同风扇转速下通过对应的空冷氢燃料电池21的空气计量比；根据空气流动模型确定对应的空冷氢燃料电池21的运行功率范围，并基于目标载荷分配每个空冷氢燃料电池21的目标发电功率。

具体的，由于各个空冷氢燃料电池21处于不同的位置，在各自环境下受障碍物遮挡等因素的影响，每个空冷氢燃料电池21周边的空气流动区域不同，因此，在本示例中，控制器31先根据每个空冷氢燃料电池21所处的位置和周边空气流动区域，为每个空冷氢燃料电池21建立对应的空气流动模型，通过空气流动模型可以反映该电池周围的空气流量，具体的模型建立方法可参照相关技术中的方式，此处不做赘述。

需要说明的是，空气计量比可以表示电池的进气流中的氧气比例以及电池的耗氧量，由于电池的发电能力与进气量相关，因此在不同的空气计量比下电池的发电功率不同，而空气计量比与电池周围的空气流动状况和风扇转速相关，在确定空气流动模型后，控制器31可以根据空气流动模型计算不同风扇转速下，通过该模型对应的空冷氢燃料电池21的空气计量比。而可以理解的是，由于电池的发电功率与空气计量比相关，在风扇转速相同的情况下空气计量比可以根据电池周围的空气流动情况确定，因此，控制器31可以根据各个空冷氢燃料电池21的空气流动模型确定对应的燃料电池的最佳运行功率范围，进而，在根据本分布式空冷燃料电池系统的负载端所需的用电量，确定系统的实际载荷需求即目标载荷后，进行载荷分解，为每个空冷氢燃料电池21分配一个目标发电功率，即该电池的实际发电需求。

在上述实施例的基础上，控制器31可以对各个空冷氢燃料电池21的风扇212的转速进行闭环控制。控制器31具体用于先根据任一空冷氢燃料电池的目标发电功率确定对应的空气计量比下的风扇基础转速，再计算任一空冷氢燃料电池的运行温度与任一空冷氢燃料电池的目标发电功率对应的最佳运行温度之间的温度偏差，根据温度偏差对任一空冷氢燃料电池的风扇的转速进行第一闭环转速控制，然后在温度偏差低于预设的温度偏差阈值时，计算任一空冷氢燃料电池当前的发电功率与目标发电功率之间的功率偏差，并判断功率偏差是否高于预设的功率偏差阈值，在功率偏差高于功率偏差阈值时，对任一空冷氢燃料电池的风扇的转速进行第二闭环转速调节。

具体而言，在确定每个空冷氢燃料电池21的目标发电功率后，先确定目标发电功率对应的空气计量比，再根据上述实施例确定的不同风扇转速与空气计量比的对应关系，确定出每个空冷氢燃料电池21的实际发电需求对应的空气计量比下的风扇基础转速。

需要说明的是，最佳运行温度是电池以相应的功率运行时，对电池损害程度最低且能量转换率较高的工作温度点，电池在各个功率下的最佳运行温度可以预先通过大量实验并结合历史数据确定。在本示例中，控制器31计算每个电池上的第二温度传感器211监测的运行温度数据，与该电池的目标发电功率对应的最佳运行温度之间的差值，并根据计算出的温度偏差通过比例积分微分PID算法等闭环控制方式，对每个电池上的风扇的转速进行调节。然后，在温度偏差低于预设的温度偏差阈值时，控制器31再检测该电池当前实际发电功率与目标发电功率的偏差量是否低于预设的功率偏差阈值，在低于功率偏差阈值且未接到功率变载要求时，控制分布式空冷燃料电池系统循环自检，在高于功率偏差阈值时，在之前温度调节转速的基础上对风扇的转速进行二次闭环控制，本次的闭环控制控制可以与第一次闭环控制的方式相同，在通过转速调节使功率偏差满足要求后，重新进入温度偏差检测。

由此，本申请的分布式空冷燃料电池系统，基于电堆实际功率输出需求、最佳工作温度和空气流量要求实现多目标闭环转速控制，基于低温启动、锂电池散热等特殊运行要求，调节风扇转向，实现系统运行环境的综合能量管理，通过合理的系统设计与控制相匹配，实现分布式空冷燃料电池系统高效稳定的电能输出。

综上所述，本申请实施例的分布式空冷燃料电池系统，根据环境温度调节燃料电池风扇的转向，一方面实现低温环境条件下的燃料电池发热量充分利用，另一方面，实现锂电池及电控系统在高温下的协助散热。基于分布式燃料电池环境的差异性建立空气流动模型，依据各模块最佳运行范围进行载荷分解，结合内部各燃料电池子模块的安装环境特性及电池自身的热管理需求，根据燃料电池发电功率偏差与最佳工作温度偏差双目标闭环调节风扇转速，实现各个燃料电池持续高效运行，提升燃料电池系统可靠性及氢电转化效率，提高了系统整体功率响应精度和整体的发电输出效率。

基于上述实施例，为了更加清楚的说明本申请的分布式空冷燃料电池系统在实际应用场景下的设置方式，以及对风扇进行转向和转速控制的具体实现方式，下面以一个具体的实施例进行说明。

图2为本申请实施例提出的一种具体的分布式空冷燃料电池系统的结构示意图，如图2所示，该系统在上述实施例的系统结构的基础上，还包括：两个进氢开关阀S1和S2，两个排氢开关阀S3和S4，两个氢气浓度传感器50，电控模块30还包括一个配电箱33，燃料电池模块20包括四个空冷氢燃料电池21，第一个电池Fuelcell1和第二个电池Fuelcell2并联形成第一支路，第三个电池Fuelcell3和第四个电池Fuelcell4并联形成第二支路，第一个电池包括一个第二温度传感器T1、压力传感器T1和两个转速及转向可调型风扇（即F1和F2），其余电池按相同方式设置。

其中，储氢模块10采用高压气瓶储氢，将常温气态氢气以60~70kPa的压力输送至燃料电池模块20的每个支路中，每个支路包含一个进氢开关阀和一个排氢开关阀，每个空冷氢燃料电池21的压力传感器用于监测系统的氢气入堆压力，即氢气进入对应的空冷氢燃料电池时的进气压力。

电控模块30中的控制器31用于对整个分布式空冷燃料电池系统的控制，并且还可以与上位机进行通信。配电箱33包括一个稳压器和变压配电器（图中未示出），其中，稳压器，用于匹配燃料电池模块20与负载端间的电压，变压配电器，用于向分布式空冷燃料电池系统中的电气零部件提供匹配的电压，稳压器可以是一种DCDC转换器，电气零部件指的是系统中风扇和各类传感器等需要电源供电的设备，稳压器和变压配电器集成于一体。

锂电池32，用于在分布式空冷燃料电池系统启动前辅助供电，并且在载荷升高速率大于预设的速率阈值时补充供电，其中，速率阈值可以根据实际应用中需要对系统进行补充供电时，对应的载荷升高速率的历史数据确定，各空冷氢燃料电池21可以经过DCDC稳压后与锂电池32并联，以实现发电量的稳定输出。

氢气浓度传感器50，用于监测分布式空冷燃料电池系统所处环境中的氢气浓度，在本示例中在储氢模块10和燃料电池模块20中分别设置一个，以检测不同位置处的氢气浓度。

需要说明的是，图2所示燃料电池系统的结构仅是为了便于描述而提供的示例，并未限定实际的器件布局方式，在实际应用中，布局方式可根据实际情况调整，比如，设置多组空冷燃料电池串并联以满足功率需求，采取分布式布置以提升空间利用率。电控模块30可以通过有线或无线的方式与储氢模块10、燃料电池模块20、各个转速及转向可调型风扇和各类传感器进行连接，以进行通讯。

在本申请一个实施例中，将锂电池及电控系统布置在系统中心，对风扇的转向进行调节以改变分布式空冷燃料电池系统内的空气流向。具体的，如图3所示，当周围环境温度处于常温或锂电池正常运行时，控制器31传输指令至各个燃料电池上的风扇，采取风扇正转方式，实现空气由中心向四周流动的方向以降低系统中心部分环境温度，图中箭头方向表示空气流动方向，如图3所示，在风扇正转时中心锂电池处的空气向四周的燃料电池处流动，从而提升系统内部电控元件及锂电池散热能力。如图4所示，在环境温度较低时，控制器31控制每个风扇反转使空气由四周向中心流动，即，图4中使空气从各个空冷氢燃料电池的位置向锂电池所在的中心流动，从而可以利用各个燃料电池的发热量提高中心的环境温度，保证处于中心位置的锂电池32的工作效率。

在本申请一个实施例中，根据系统中空冷氢燃料电池的相对位置及空气进出周边实际区域建立空气流动模型，实现各模块的空气流量修正计算，明确各模块最佳运行功率范围，并依据实际载荷需求对各模块发电功率进行实时计算与调节，提升系统整体运行效率。

在燃料电池系统中，各燃料电池依据实际发电需求对应的空气计量比确定风扇基础转速，并根据实际电堆温度与该功率点的最佳运行温度差值通过PID等闭环控制方式实现收敛调节，转速调节范围为不得多于基础转速的10%，当温度偏差低于系统既定温度偏差阈值时，检测当前实际功率与目标功率偏差量是否低于功率偏差阈值标准，低于标准且未接到功率变载要求时，系统循环自检，在高于标准要求时，风扇在温度调节转速的基础上进行二次闭环控制，转速调节范围为不得多于当前转速的10%，当功率偏差满足要求后，重新进入电堆温度偏差检测。

在申请另一个实施例中，当控制器31接到上位机发送的停机指令，或判断出储氢模块10漏氢时不再进行温度及功率偏差检测，控制储氢模块10立刻关闭，并控制每个风扇进行预设时间的吹扫后，控制整个分布式空冷燃料电池系统下电停机停机，以确保系统安全运行。

具体的，可以根据氢气浓度传感器50采集的氢气浓度和压力传感器采集的进气压力判断储氢模块10是否漏氢，在确定储氢模块10漏氢时，根据氢气的超标程度确定风扇吹扫的预设时间，控制每个风扇进行预设时间的吹扫，以降低环境中的氢气浓度。

为了更加清楚的描述本申请的分布式空冷燃料电池系统，下面结合其应用在分布式空冷燃料电池系统的热管理方法中进行描述。

如图5所示，该用于分布式空冷燃料电池系统的热管理方法包括：

步骤S1，根据燃料电池的集成位置建立空气流动模型，计算不同风扇转速下实际通过电堆的空气计量比。

步骤S2，基于空气流动模型，确定在低温及常温下各电堆的发电比例，根据负载要求分解各电堆子系统的的目标功率P0。

步骤S3，根据子系统实际发电需求，确定对应空气计量比下的风扇基础转速n0。

步骤S4，根据电堆实际温度与P0下最佳工作温度的差值进行风扇转速PID正向调节，确定调节后的转速n1。

具体的，在本步骤中，调节范围是n1=（0.9n0，1.1n0）。

步骤S5，判定功率偏差是否小于预设的系统既定偏差要求，若是，则执行步骤S7，若否，则执行步骤S6。

具体的，在本步骤中，将当前功率P1减去目标功率P0获取功率偏差。

步骤S6，根据电堆功率偏差进行风扇转速PID负向调节，调节结束后返回执行步骤S4。

具体的，在本步骤中，调节范围是n0=（0.9n1，1.1n1）。

步骤S7，判断分布式空冷燃料电池系统的控制器是否接收到停机指令，若是，则执行步骤S8，若否，则返回执行步骤S5。

步骤S8，在控制风扇进行预设时间的吹扫后，控制系统下电停机。

需要说明的是，上述对分布式空冷燃料电池系统实施例的说明，也使用与本实施例的方法，实现原理类似，此处不再赘述。

综上所述，本申请实施例的用于分布式空冷燃料电池系统的热管理方法，基于分布式燃料电池环境的差异性建立空气流动模型，依据各模块最佳运行范围进行载荷分解，结合内部各燃料电池子模块的安装环境特性及电池自身的热管理需求，根据燃料电池发电功率偏差与最佳工作温度偏差双目标闭环调节风扇转速，实现各个燃料电池持续高效运行，提升燃料电池系统散热的可靠性。

为了实现上述实施例，本发明实施例还提出一种航天器。图6为本申请实施例提出的一种航天器的结构示意图。

如图6所示，该航天器1000可包括如上述实施例所述的分布式空冷燃料电池系统2000，通过该分布式空冷燃料电池系统2000向航天器1000供电。

本申请实施例的的航天器，通过上述分布式空冷燃料电池系统进行稳定、高效和持续的供电，提高了航天器续航能力，扩展了航天器可适用的工作环境。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种分布式空冷燃料电池系统，其特征在于，包括：储氢模块、燃料电池模块、电控模块和第一温度传感器，其中，所述储氢模块、所述燃料电池模块和所述电控模块相互连接，所述第一温度传感器与所述电控模块连接以向所述电控模块传输监测数据,

所述第一温度传感器，用于监测分布式空冷燃料电池系统的环境温度；

所述储氢模块，用于向所述燃料电池模块供给低压力氢气；

所述燃料电池模块，包括至少三个采用串联和/或并联方式连接的空冷氢燃料电池，每个所述空冷氢燃料电池包括至少一个第二温度传感器和至少一个转速及转向可调型风扇，所述第二温度传感器用于监测对应的空冷氢燃料电池的运行温度；

所述电控模块，包括至少一个控制器，所述电控模块位于所述燃料电池模块的中心，所述控制器用于根据所述环境温度调节每个所述风扇的转向，并根据每个所述空冷氢燃料电池运行状态下的温度偏差和功率偏差，对相应的风扇的转速进行闭环控制。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电控模块还包括至少一个锂电池，所述控制器具体用于：

在所述环境温度处于预设范围内时，控制每个所述风扇正转，以使空气由所述中心向四周流动，所述预设范围是预设的低温阈值与高温阈值之间的温度范围；

在所述环境温度低于所述低温阈值时，控制每个所述风扇反转，以使空气由四周向所述中心流动。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器具体用于：

根据每个所述空冷氢燃料电池所处的位置和周边空气流动区域，为每个所述空冷氢燃料电池建立对应的空气流动模型；

根据所述空气流动模型计算不同风扇转速下通过对应的所述空冷氢燃料电池的空气计量比；

根据所述空气流动模型确定对应的所述空冷氢燃料电池的运行功率范围，并基于目标载荷分配每个所述空冷氢燃料电池的目标发电功率。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述控制器还用于：

根据任一空冷氢燃料电池的目标发电功率确定对应的空气计量比下的风扇基础转速；

计算所述任一空冷氢燃料电池的运行温度与所述任一空冷氢燃料电池的目标发电功率对应的最佳运行温度之间的所述温度偏差，根据所述温度偏差对所述任一空冷氢燃料电池的风扇的转速进行第一闭环转速控制；

在所述温度偏差低于预设的温度偏差阈值时，计算所述任一空冷氢燃料电池当前的发电功率与目标发电功率之间的所述功率偏差，并判断所述功率偏差是否高于预设的功率偏差阈值；

在所述功率偏差高于所述功率偏差阈值时，对所述任一空冷氢燃料电池的风扇的转速进行第二闭环转速调节。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电控模块还包括稳压器和变压配电器，所述稳压器和所述变压配电器集成设置在一个配电箱中，其中，

所述稳压器，用于匹配所述燃料电池模块与负载端间的电压；

所述变压配电器，用于向所述分布式空冷燃料电池系统中的电气零部件提供匹配的电压。

6.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述锂电池具体用于：

在所述分布式空冷燃料电池系统启动前辅助供电，并且在载荷升高速率大于预设的速率阈值时补充供电。

7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述储氢模块具体用于：将氢气转换为固态后存储，或者将氢气压缩后存储。

8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，每个所述空冷氢燃料电池还包括：至少一个压力传感器，其中，

所述压力传感器，用于监测氢气进入对应的空冷氢燃料电池时的进气压力。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，还包括：至少一个氢气浓度传感器，其中，

所述氢气浓度传感器，用于监测所述分布式空冷燃料电池系统所处环境中的氢气浓度；

所述控制器具体用于：根据所述氢气浓度和所述进气压力判断所述储氢模块是否漏氢，在确定所述储氢模块漏氢时，控制所述储氢模块关闭，并在控制每个所述风扇进行预设时间的吹扫后，控制所述分布式空冷燃料电池系统下电停机。

10.一种航天器，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述的分布式空冷燃料电池系统。

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