CN113915145A - 一种燃料电池冷却系统的超压监测控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及燃料电池冷却系统超压监测领域，公开了一种燃料电池冷却系统的超压监测控制方法，通过监测燃料电池冷却系统运行状态时的水泵转速、水泵功率，再对应流量‑扬程MAP图、流量‑水泵功率MAP图得出是或否处于超压风险区域，是即直接控制调整水泵转速避开超高压风险区域，否即无需调节。本发明根据燃料电池冷却系统运行的水泵转速、水泵功率直接判断燃料电池冷却系统是否有超压的问题，若超压，即控制调节水泵转速避开超压风险区域，该方法无需外加传感器，实施过程简单，控制方式灵活。

Description

一种燃料电池冷却系统的超压监测控制方法
技术领域
本发明涉及燃料电池冷却系统超压监测领域，特别涉及一种燃料电池冷却系统的超压监测控制方法。
背景技术
燃料电池冷却子系统是热管理的重要环节，通过水泵、散热器、风扇、节温器、加热器等组件实现将出堆冷却液降温并重新循环至电堆。其中，水泵作为实现循环的动力装置，能够克服燃料电池系统压力损失，吸入低压的冷却液以高压状态泵出。当泵出口压力过高时，电堆入堆压力可能超压，导致电堆内部水侧与氢空侧压差异常，造成电堆内部质子交换膜等结果的损伤。
因此，对燃料电池冷却子系统进行超压监测及控制是亟需要解决的问题。但燃料电池系统的空间集成化要求较高，空间有限，集成的冷却子系统通常未设置压力传感器、流量传感器等，因此超压问题难以直接监测。
发明内容
为了解决现有技术的燃料电池冷却子系统超压难以进行监测的问题，本发明提供了一种燃料电池冷却系统的超压监测控制方法。
本发明的技术内容如下：
一种燃料电池冷却系统的超压监测控制方法，包括：
S1：获取水泵在不同转速下的水泵流量及扬程的特性关系，得到流量-扬程MAP图，并推导出水泵工作的超压风险区；
S2：将S1中的水泵的工况对应功率进行标记，得到不同转速下的水泵的流量-水泵功率MAP图及对应的水泵功率、转速的超压风险区域；
S3：监测运行状态下的燃料电池冷却系统，采集运行转态下的水泵功率、水泵转速，通过对照S2中的流量-水泵功率MAP图，判断燃料电池冷却系统的运行转态是或否位于超压风险区域；
S4：若判断结果为“是”，即根据流量-水泵功率MAP图控制调节水泵转速，避开该超压风险区域，若判断结果为“否”，即无需调节。
进一步地，所述S1包括：水泵工作的超压风险区通过燃料电池冷却系统及其水泵零部件特性参数的许用压力推导得到水泵泵出压力，进而得到燃料电池冷却系统的压力苛刻点。
进一步地，通过获取燃料电池冷却系统的苛刻点A，对应至所述流量-扬程MAP图中的流量QA，得到扬程hA为超压临界值，高于流量-扬程MAP图中扬程hA的区域，即为水泵工作的超压风险区。
进一步地，所述S2包括：根据流量-扬程MAP图中的超压风险区转化得出流量-水泵功率MAP图中的超压风险区域。
进一步地，所述S3包括：通过转速传感器获取水泵转速，通过水泵控制器带的电流、电压信号推导获得水泵功率。
进一步地，所述S4包括：所述燃料电池冷却系统实施运行时对水泵的电流、电压信号进行监测，并推导出水泵功率，根据流量-水泵功率MAP图获得不同水泵转速对应的许用功率，若燃料电池冷却系统的运行转态位于超压风险区域，即控制水泵在该转速下的实际功率低于许用功率。
进一步地，所述水泵转速、扬程、流量、功率参数为水泵特性参数。
本发明的有益效果至少包括：
(1)本发明根据燃料电池冷却系统运行的水泵转速、水泵功率直接判断燃料电池冷却系统是否有超压的问题，若超压，即控制调节水泵转速避开超压风险区域，该方法无需外加传感器，实施过程简单，控制方式灵活；
(2)解决了电堆内部水侧与氢空侧压差异常而可能造成的电堆内部质子交换膜等结构的损伤。
附图说明
图1为本发明的流程结构示意图。
图2为本发明的水泵流量-扬程MAP图示意图。
图3为本发明的水泵流量-水泵功率MAP图示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种燃料电池冷却系统的超压监测控制方法，包括：
S1：获取水泵在不同转速下的水泵流量及扬程的特性关系，得到流量-扬程MAP图，并推导出水泵工作的超压风险区；
S2：将S1中的水泵的工况对应功率进行标记，得到不同转速下的水泵的流量-水泵功率MAP图及对应的水泵功率、转速的超压风险区域；
S3：监测运行状态下的燃料电池冷却系统，采集运行转态下的水泵功率、水泵转速，通过对照S2中的流量-水泵功率MAP图，判断燃料电池冷却系统的运行转态是或否位于超压风险区域；
S4：若判断结果为“是”，即根据流量-水泵功率MAP图控制调节水泵转速，避开该超压风险区域，若判断结果为“否”，即无需调节。
进一步地，所述S1包括：水泵工作的超压风险区通过燃料电池冷却系统及其水泵零部件特性参数的许用压力推导得到水泵泵出压力，进而得到燃料电池冷却系统的压力苛刻点。
进一步地，通过获取燃料电池冷却系统的苛刻点A，对应至所述流量-扬程MAP图中的流量QA，得到扬程hA为超压临界值，高于流量-扬程MAP图中扬程hA的区域，即为水泵工作的超压风险区。
本发明的水泵工作的超压风险区的推导过程为：
a.已知输入参数：即燃料电池冷却系统原理图，获取冷却系统的架构及零部件的连接关系；
b.已知输入参数：即燃料电池系统冷却系统零部件特性参数；
c.依据a、b项:通过系统分析，获取燃料电池系统不同工况下的不同位置压力分配；
d.依据c及所允许的电堆入堆冷却液压力，获取水泵工作的超压风险区。
进一步地，所述S2包括：根据流量-扬程MAP图中的超压风险区转化得出流量-水泵功率MAP图中的超压风险区域。
进一步地，所述S3包括：通过转速传感器获取水泵转速，通过水泵控制器带的电流、电压信号推导获得水泵功率。
进一步地，所述S4包括：所述燃料电池冷却系统实施运行时对水泵的电流、电压信号进行监测，并推导出水泵功率，根据流量-水泵功率MAP图获得不同水泵转速对应的许用功率，若燃料电池冷却系统的运行转态位于超压风险区域，即控制水泵在该转速下的实际功率低于许用功率。
进一步地，所述水泵转速、扬程、流量、功率参数为水泵特性参数。
水泵MAP图是经由测试得到的不同水泵转速下，流量、扬程喝功率的特性关系，图2为不同水泵转速下，流量-扬程的特性关系。其中A点是燃料电池冷却系统识别的苛刻点，即系统在该流量QA时，扬程hA已达到为燃料电池冷却系统的超压临界值，因此可以识别出水泵工作的超压风险区，即为扬程高于hA的区域，如图2中阴影区域所示。
图3为不同水泵转速下，流量-功率的特性关系，将图2中的超压风险区内工况的对应功率进行标记，得到功率、转速的超压风险区域，如图3中阴影区域所示。
当燃料电池冷却系统运行时，水泵的功率可直接通过水泵控制器带的电流、电压信号推导获得，水泵的转速可直接由转速传感器获得，通过图3找到对应燃料电池冷却系统当下的运行功率和转速，即可判断燃料电池冷却系统运行状态是否位于超压风险区域，若位于该区域内，可根据图3中的对应关系，控制调节水泵转速，避开该超压风险区域，确保进入安全区。
本发明提供的燃料电池冷却系统的超压监测控制方法，可以直接通过燃料电池冷却系统的水泵功率、转速等参数，直接判断燃料电池冷却系统是否位于高压风险区域，该方法不需要外加传感器，实施步骤简单，控制手段灵活。解决了电堆内部水侧与氢空侧压差异常而可能造成的电堆内部质子交换膜等结构的损伤。
本发明依据水泵测试数据，可获取水泵的扬程、流量、转速、效率、功率等多变量关系，由此实现流量-扬程MAP图、流量-水泵功率MAP图等相互转化。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种燃料电池冷却系统的超压监测控制方法，其特征在于：包括：
S1：获取水泵在不同转速下的水泵流量及扬程的特性关系，得到流量-扬程MAP图，并推导出水泵工作的超压风险区；
S2：将S1中的水泵的工况对应功率进行标记，得到不同转速下的水泵的流量-水泵功率MAP图及对应的水泵功率、转速的超压风险区域；
S3：监测运行状态下的燃料电池冷却系统，采集运行转态下的水泵功率、水泵转速，通过对照S2中的流量-水泵功率MAP图，判断燃料电池冷却系统的运行转态是或否位于超压风险区域；
S4：若判断结果为“是”，即根据流量-水泵功率MAP图控制调节水泵转速，避开该超压风险区域，若判断结果为“否”，即无需调节。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池冷却系统的超压监测控制方法，其特征在于：所述S1包括：水泵工作的超压风险区通过燃料电池冷却系统及其水泵零部件特性参数的许用压力推导得到水泵泵出压力，进而得到燃料电池冷却系统的压力苛刻点。
3.根据权利要求2所述的一种燃料电池冷却系统的超压监测控制方法，其特征在于：通过获取燃料电池冷却系统的苛刻点A，对应至所述流量-扬程MAP图中的流量QA，得到扬程hA为超压临界值，高于流量-扬程MAP图中扬程hA的区域，即为水泵工作的超压风险区。
4.根据权利要求1所述的一种燃料电池冷却系统的超压监测控制方法，其特征在于：所述S2包括：根据流量-扬程MAP图中的超压风险区转化得出流量-水泵功率MAP图中的超压风险区域。
5.根据权利要求1所述的一种燃料电池冷却系统的超压监测控制方法，其特征在于：所述S3包括：通过转速传感器获取水泵转速，通过水泵控制器带的电流、电压信号推导获得水泵功率。
6.根据权利要求5所述的一种燃料电池冷却系统的超压监测控制方法，其特征在于：所述S4包括：所述燃料电池冷却系统实施运行时对水泵的电流、电压信号进行监测，并推导出水泵功率，根据流量-水泵功率MAP图获得不同水泵转速对应的许用功率，若燃料电池冷却系统的运行转态位于超压风险区域，即控制水泵在该转速下的实际功率低于许用功率。
7.根据权利要求1所述的一种燃料电池冷却系统的超压监测控制方法，其特征在于：所述水泵转速、扬程、流量、功率参数为水泵特性参数。
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