CN113948743B - 一种车载燃料电池的温度调控方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种车载燃料电池的温度调控方法，属于燃料电池电堆技术领域，解决了现有温度调控方法未考虑不同功率点和环境温度造成的影响导致电堆使用寿命降低的问题。该方法包括：根据待测燃料电池的需求输出功率，确定电池最高寿命对应的入堆水温标定值，以及额定寿命对应的入堆水温下限；控制待测燃料电池在上述入堆水温标定值对应的冷却液环境运行预设时间后，获取当前时刻的环境温度和入堆水温测量值；识别所述环境温度是否大于等于预设环境温度下限，且入堆水温测量值是否大于入堆水温下限，如果是，维持当前时刻的入堆水温不变，否则，根据预设规则确定下一时刻的目标入堆水温，根据所述目标入堆水温对入堆冷却液进行温度调控。

Description

一种车载燃料电池的温度调控方法及装置
技术领域
本发明涉及燃料电池电堆技术领域，尤其涉及一种车载燃料电池的温度调控方法及装置。
背景技术
热平衡对燃料电池的性能有着巨大的影响。燃料电池的温度升高，内部分子的运动速度加快，即水分子和气体反应分子的扩散速度加快，但是温度过高，水以水蒸气流失，会导致膜失水，影响其电导率，水蒸气还会稀释电池内部反应气体的浓度，影响电化学反应的进行。
燃料电池电堆在低功率点运行时由于散热需求相对较低，入堆水温不会过高，并不会影响电堆的使用寿命，而在高功率点运行时入堆水温设计值较高，会极大地衰减电堆的使用寿命。
此外，现有技术一般是根据电堆的目标入堆水温对实际温度进行控制，并未对外界环境温度进行识别，使得电堆在不同环境温度下交替运行时，却无适合的温度调控方法进行相应降温，极大地降低了电堆的使用寿命。
发明内容
本发明实施例旨在提供一种车载燃料电池的温度调控方法及装置，用以解决现有温度调控方法未考虑不同功率点和环境温度造成的影响导致电堆使用寿命降低的问题。
一方面，本发明实施例提供了一种车载燃料电池的温度调控方法，包括如下步骤：
根据待测燃料电池的需求输出功率，确定该输出功率下电池最高寿命对应的入堆水温标定值T avg，以及额定寿命对应的入堆水温下限T min；
控制待测燃料电池在上述入堆水温标定值T avg对应的冷却液环境运行预设时间后，获取当前时刻的环境温度T 1和入堆水温测量值T 2；
识别所述环境温度T 1是否大于等于预设环境温度下限T 1 *，如果是，执行下一步，否则，根据预设规则一确定下一时刻的目标入堆水温，根据所述目标入堆水温对入堆冷却液进行温度调控；
识别所述入堆水温测量值T 2是否大于入堆水温下限T min，如果是，维持当前时刻的入堆水温不变，否则，按照预设规则二确定下一时刻的目标入堆水温，根据所述目标入堆水温对入堆冷却液进行温度调控。
上述技术方案的有益效果如下：提出一种适用于电堆在不同环境温度下交替运行时的温度调控方法，可在不影响电堆的使用寿命、输出功率的前提下，进行合理地降温。通过对不同环境温度的电堆目标入堆水温进行合理设计，能够有效地提高电堆的使用寿命。
基于上述方法的进一步改进，所述确定该输出功率下电池最高寿命对应的入堆水温标定值T avg，以及额定寿命对应的入堆水温下限T min的步骤，进一步包括：
获取该待测燃料电池的包括不同输出功率、入堆水温、电池寿命的数据样本；
根据上述数据样本进行数据拟合，通过最佳逼近方法确定输出功率-入堆水温-电池寿命的函数曲线；
通过上述函数曲线，确定待测燃料电池的需求输出功率对应的电池最高寿命，该最高寿命对应的入堆水温均值，作为入堆水温标定值T avg；
通过上述函数曲线，确定所述需求输出功率、所述额定寿命对应的入堆水温最小值，作为入堆水温下限T min。
上述进一步改进方案的有益效果是：通过对包括不同输出功率、入堆水温、电池寿命的数据样本进行分析，并采用最佳逼近方法合理过滤单个数据点误差对分析结果造成的影响，可获得需求输出功率下电池最高寿命对应的入堆水温标定值T avg，以及额定寿命对应的入堆水温下限T min，为后续精准的温度调控奠定了基础。
进一步，所述控制待测燃料电池在上述入堆水温标定值T avg对应的冷却液环境运行预设时间后，获取当前时刻的环境温度T 1和入堆水温测量值T 2的步骤，进一步包括：
将待测燃料电池的冷却液温度设置为所述入堆水温标定值T avg，启动待测燃料电池对整车进行供电；
监测待测燃料电池的输出功率P，直到满足预设时间段内每一时刻的输出功率均符合预设波动范围；
获取上述时间段结束时刻的环境温度、入堆水温测量值，作为当前时刻的环境温度T 1和入堆水温测量值T 2。
上述进一步改进方案的有益效果是：对待测燃料电池电堆的初始冷却温度以及冷却液的温度实时测量方法进行了限定。具体地，初始设置为最大寿命对应的入堆水温标定值T avg，可有效地保证待测燃料电池的启动状态不受已更新，通过测量T 1、T 2为后续精准的温度调控奠定了基础。
进一步，所述根据预设规则一确定下一时刻的目标入堆水温，根据所述目标入堆水温对入堆冷却液进行温度调控的步骤，进一步包括：
实时获取燃料电池电堆的出堆水温测量值T 3；
根据环境温度T 1，结合下面的预设规则一确定下一时刻的温度指标T 2 ^
T 2 ^ =T avg-ΔT 1（T 1 *-T 1）/r 1
式中，ΔT 1 、r 1分别为用户定义的温度变化参数；
将当前时刻的入堆水温T 2与所述T 2 ^ 比较；如果T 2大于T 2 ^ ，确定下一时刻的目标入堆水温为T 2 *=（T 2 ^ +T 2）/2，控制燃料电池的冷却液在燃料电池电堆外部从T 3降温到T 2 *；如果T 2等于T 2 ^ ，控制燃料电池的冷却液在燃料电池电堆外部从T 3降温到T 2；如果T 2小于T 2 ^ ，确定下一时刻的目标入堆水温为T 2 *=（2T 2 ^- T 2）/2，控制对燃料电池的冷却液在燃料电池电堆外部从T 3降温到T 2 *；
监测待测燃料电池的输出功率P，当所述P大于需求输出功率上限时，控制燃料电池的冷却液在燃料电池电堆外部从T 2 *按照下面的预设规则三再次降温至T 2 **
T 2 **=T 2 *-ΔT 1（T 1 *-T 1）/r 1
直到输出功率P不大于需求输出功率上限为止。
上述进一步改进方案的有益效果是：对环境温度过低的温度调控方法进行限定。在环境温度过低时，需要适当提高冷却液的温度，保证燃料电池的活性，同时保证实际的输出功率P满足需求输出功率。
进一步，所述ΔT 1的取值范围为3~8 ℃，所述r 1的取值范围为50~100 ℃。
上述进一步改进方案的有益效果是：对ΔT1、r 1的数值进行了限定，其是实践中经过大量试验总结出的可以有效调控温度而不影响电堆使用寿命的方案。直接应用，可以有效减少成本。
进一步，所述按照预设规则二确定下一时刻的目标入堆水温，根据所述目标入堆水温对入堆冷却液进行温度调控的步骤，进一步包括：
实时获取燃料电池电堆的出堆水温测量值T 3；
根据环境温度T 1，结合下面的预设规则二确定下一时刻的目标入堆水温T 2 *
T 2 *=T avg+ΔT 2（T 1 *-T 1）/r 2
式中，ΔT 2 、r 2分别为用户定义的温度变化参数；
控制燃料电池的冷却液在燃料电池电堆外部从T 3降温到T 2 *；
监测待测燃料电池的输出功率P，当所述P大于需求输出功率上限时，控制燃料电池的冷却液在燃料电池电堆外部从T 2 *按照下面的预设规则四再次降温至T 2 **
T 2 **=T 2 *-ΔT 2（T 1 *-T 1）/r 2
直到输出功率P不大于需求输出功率上限为止。
上述进一步改进方案的有益效果是：对环境温度适宜但入堆水温过低的温度调控方法进行限定。需要适当提高冷却液的温度，保证燃料电池的活性，同时保证实际的输出功率P满足需求输出功率。
进一步，所述ΔT 2的取值范围为3~8 ℃，所述r 2的取值范围为50~100 ℃。
上述进一步改进方案的有益效果是：对ΔT 2、r 2的数值进行了限定，其是实践中经过大量试验总结出的可以有效调控温度而不影响电堆使用寿命的方案。直接应用，可以有效减少成本。
另一方面，本发明实施例提供了一种车载燃料电池的温度调控装置，包括：
数据采集设备，用于实时采集燃料电池电堆运行的实际环境温度T 1，以及入堆水温测量值T 2，发送至控制器；
控制器，用于根据待测燃料电池的需求输出功率，确定该输出功率下电池最高寿命对应的入堆水温标定值T avg，以及额定寿命对应的入堆水温下限T min；以及，将所述待测燃料电池在上述入堆水温标定值的冷却液环境中运行预设时间后，识别接收到的该时刻对应的实际环境温度T 1是否大于等于预设环境温度下限T 1 *，如果否，根据预设规则一确定下一时刻的目标入堆水温，根据所述目标入堆水温对入堆冷却液进行温度调控；如果是，继续识别所述入堆水温测量值T 2是否大于所述入堆水温下限T min，如果依然是，维持当前时刻入堆水温不变，否则，根据预设规则二确定下一时刻的目标入堆水温，根据所述目标入堆水温对入堆冷却液进行温度调控；
执行结构，根据控制器的控制启动，对电堆内冷却液的温度进行调整。
采用上述方案的有益效果是：提出一种适用于电堆在不同环境温度下交替运行时的温度调控装置，可在不影响电堆的使用寿命、输出功率的前提下，进行合理地降温。通过对不同环境温度的电堆目标入堆水温进行合理设计，能够有效地提高电堆的使用寿命。
基于上述装置的进一步改进，所述数据采集设备进一步包括：
温度传感器一，设置于整车车厢内，用于实时采集燃料电池电堆运行时的室温，作为实际环境温度T 1；
温度传感器二，设置于燃料电池电堆的水路冷却液入口端，用于实时采集入堆水温测量值T 2；
温度传感器三，设置于燃料电池电堆的水路冷却液出口端，用于实时采集出堆水温测量值T 3；
功率传感器，设置于待测燃料电池电堆的输出端，用于实时采集待测燃料电池的输出功率P。
采用上述进一步改进方案的有益效果是：对数据采集设备的种类进行了限定，通过上述温度传感器一~温度传感器三，结合功率传感器，为控制器进行精准的控制奠定了基础。
进一步，所述执行机构进一步包括依次连接的：
温度调控器，与燃料电池电堆的水路冷却液出口连接，用于根据所述控制器的控制，对输入的冷却液快速加热或降温，使得流出的冷却液温度达到设定的目标入堆水温；
水泵，与燃料电池电堆的水路冷却液入口连接，用于根据所述控制器的控制，对冷却液的速度进行调控，使得流出的冷却液以预设速度进入电堆内部。
采用上述进一步改进方案的有益效果是：对执行机构的种类进行限定，通过温度调控器和水泵，可有效地改变入堆冷却液的温度和速度。
提供发明内容部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。发明内容部分无意标识本公开的重要特征或必要特征，也无意限制本公开的范围。
附图说明
通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了实施例1车载燃料电池的温度调控方法的步骤示意图；
图2示出了实施例3车载燃料电池的温度调控装置结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。
实施例1
本发明的一个实施例公开了一种车载燃料电池的温度调控方法，包括如下步骤：
S1. 根据待测燃料电池的需求输出功率，确定该输出功率下电池最高寿命对应的入堆水温标定值T avg，以及额定寿命对应的入堆水温下限T min；
S2. 控制待测燃料电池在上述入堆水温标定值T avg对应的冷却液环境运行预设时间后，获取当前时刻的环境温度T 1和入堆水温测量值T 2；
S3. 识别所述环境温度T 1是否大于等于预设环境温度下限T 1 *，如果是，执行下一步，否则，根据预设规则一确定下一时刻的目标入堆水温，根据所述目标入堆水温对入堆冷却液进行温度调控；
S4. 识别所述入堆水温测量值T 2是否大于入堆水温下限T min，如果是，维持当前时刻的入堆水温不变，否则，按照预设规则二确定下一时刻的目标入堆水温，根据所述目标入堆水温对入堆冷却液进行温度调控。
与现有技术相比，本实施例提供的方法是一种适用于电堆在不同环境温度下交替运行时的温度调控方法，可在不影响电堆的使用寿命、输出功率的前提下，进行合理地降温。通过对不同环境温度的电堆目标入堆水温进行合理设计，能够有效地提高电堆的使用寿命。
实施例2
在实施例1的基础上进行优化，步骤S1中，所述确定该输出功率下电池最高寿命对应的入堆水温标定值T avg，以及额定寿命对应的入堆水温下限T min的步骤，进一步包括：
S11. 获取该待测燃料电池的包括不同输出功率、入堆水温、电池寿命的数据样本；
S12. 根据上述数据样本进行数据拟合，通过最佳逼近方法确定输出功率-入堆水温-电池寿命的函数曲线；
S13. 通过上述函数曲线，确定待测燃料电池的需求输出功率对应的电池最高寿命，该最高寿命对应的入堆水温均值，作为入堆水温标定值T avg；
S14. 通过上述函数曲线，确定所述需求输出功率、所述额定寿命对应的入堆水温最小值，作为入堆水温下限T min。
优选地，步骤S2中，所述控制待测燃料电池在上述入堆水温标定值T avg对应的冷却液环境运行预设时间后，获取当前时刻的环境温度T 1和入堆水温测量值T 2的步骤，进一步包括：
S21. 将待测燃料电池的冷却液温度设置为所述入堆水温标定值T avg，启动待测燃料电池对整车进行供电；
S22. 监测待测燃料电池的输出功率P，直到满足预设时间段内每一时刻的输出功率均符合预设波动范围；
S23. 获取上述时间段结束时刻的环境温度、入堆水温测量值，作为当前时刻的环境温度T 1和入堆水温测量值T 2。
优选地，步骤S3进一步包括：
S31. 实时获取燃料电池电堆的出堆水温测量值T 3；
S32. 根据环境温度T 1，结合下面的预设规则一确定下一时刻的温度指标T 2 ^
T 2 ^ =T avg-ΔT 1（T 1 *-T 1）/r 1
式中，ΔT 1 、r 1分别为用户通过大量数据获得的拟合参数，也是定义的温度变化参数；ΔT 1的取值范围为3~8 ℃，r 1的取值范围为50~100 ℃。
优选地，T avg=80 ℃时，可设置T 1 *为15 ℃，r 1为50 ℃。
S33. 将当前时刻的入堆水温T 2与所述T 2 ^ 比较；如果T 2大于T 2 ^ ，确定下一时刻的目标入堆水温为T 2 *=（T 2 ^ +T 2）/2，控制燃料电池的冷却液在燃料电池电堆外部从T 3降温到T 2 *；如果T 2等于T 2 ^ ，控制燃料电池的冷却液在燃料电池电堆外部从T 3降温到T 2；如果T 2小于T 2 ^ ，确定下一时刻的目标入堆水温为T 2 *=（2T 2 ^- T 2）/2，控制对燃料电池的冷却液在燃料电池电堆外部从T 3降温到T 2 *；
S34监测待测燃料电池的输出功率P，当所述P大于需求输出功率上限时，控制燃料电池的冷却液在燃料电池电堆外部从T 2 *按照下面的预设规则三再次降温至T 2 **
T 2 **=T 2 *-ΔT 1（T 1 *-T 1）/r 1
循环监测P，直到输出功率P不大于需求输出功率上限为止。
优选地，步骤S4中所述按照预设规则二确定下一时刻的目标入堆水温，根据所述目标入堆水温对入堆冷却液进行温度调控的步骤，进一步包括：
S41. 实时获取燃料电池电堆的出堆水温测量值T 3；
S42. 根据环境温度T 1，结合下面的预设规则二确定下一时刻的目标入堆水温T 2 *
T 2 *=T avg+ΔT 2（T 1 *-T 1）/r 2
式中，ΔT 2 、r 2分别为用户定义的温度变化参数；ΔT 2的取值范围为3~8 ℃，所述r 2的取值范围为50~100 ℃。示例性地，当T avg=80 ℃时，可设置r 2为50 ℃。
S43. 控制燃料电池的冷却液在燃料电池电堆外部从T 3降温到T 2 *；
S44. 监测待测燃料电池的输出功率P，当所述P大于需求输出功率上限时，控制燃料电池的冷却液在燃料电池电堆外部从T 2 *按照下面的预设规则四再次降温至T 2 **
T 2 **=T 2 *-ΔT 2（T 1 *-T 1）/r 2
循环监测P，直到输出功率P不大于需求输出功率上限为止。
与实施例1相比，本实施例提供的方法进一步对步骤S1~S4进行了限定，能够更精准在需求输出功率下，极大地提高燃料电池电堆的使用寿命，可提高燃料电池电堆寿命10%~30%。经大量试验证明，由于质子交换膜的寿命和温度是呈反比关系，通过降低部分条件下的电堆运行温度，可提高电堆的使用寿命。
实施例3
本发明的一个实施例还公开了一种车载燃料电池的温度调控装置，该装置与实施例2、3所述方法对应，包括依次连接的数据采集设备、控制器和执行机构，如图2所示。
数据采集设备，用于实时采集燃料电池电堆运行的实际环境温度T 1，以及入堆水温测量值T 2，发送至控制器。
控制器，用于根据待测燃料电池的需求输出功率，确定该输出功率下电池最高寿命对应的入堆水温标定值T avg，以及额定寿命对应的入堆水温下限T min；以及，将所述待测燃料电池在上述入堆水温标定值的冷却液环境中运行预设时间后，识别接收到的该时刻对应的实际环境温度T 1是否大于等于预设环境温度下限T 1 *，如果否，根据预设规则一确定下一时刻的目标入堆水温，根据所述目标入堆水温对入堆冷却液进行温度调控；如果是，继续识别所述入堆水温测量值T 2是否大于所述入堆水温下限T min，如果依然是，维持当前时刻入堆水温不变，否则，根据预设规则二确定下一时刻的目标入堆水温，根据所述目标入堆水温对入堆冷却液进行温度调控。
执行结构，根据控制器的控制启动，对电堆内冷却液的温度进行调整。
实施例4
在实施例3的基础上改进，所述数据采集设备进一步包括温度传感器一~温度传感器三，以及功率传感器。
温度传感器一，设置于整车车厢内，用于实时采集燃料电池电堆运行时的室温，作为实际环境温度T 1。
温度传感器二，设置于燃料电池电堆的水路冷却液入口端，用于实时采集入堆水温测量值T 2。
温度传感器三，设置于燃料电池电堆的水路冷却液出口端，用于实时采集出堆水温测量值T 3。
功率传感器，设置于待测燃料电池电堆的输出端，用于实时采集待测燃料电池的输出功率P。
优选地，所述执行机构进一步包括依次连接的温度调控器和水泵。
温度调控器，与燃料电池电堆的水路冷却液出口连接，用于根据所述控制器的控制，对输入的冷却液快速加热或降温，使得流出的冷却液温度达到设定的目标入堆水温。优选地，温度调控器包括制冷器和制热器。
水泵，与燃料电池电堆的水路冷却液入口连接，用于根据所述控制器的控制，对冷却液的速度进行调控，使得流出的冷却液以预设速度进入电堆内部。
以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对现有技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (8)

1.一种车载燃料电池的温度调控方法，其特征在于，包括如下步骤：
根据待测燃料电池的需求输出功率，确定该输出功率下电池最高寿命对应的入堆水温标定值T avg，以及额定寿命对应的入堆水温下限T min；
控制待测燃料电池在上述入堆水温标定值T avg对应的冷却液环境运行预设时间后，获取当前时刻的环境温度T 1和入堆水温测量值T 2；
识别所述环境温度T 1是否大于等于预设环境温度下限T 1 *，如果是，执行下一步，否则，根据预设规则一确定下一时刻的目标入堆水温，根据所述目标入堆水温对入堆冷却液进行温度调控；
识别所述入堆水温测量值T 2是否大于入堆水温下限T min，如果是，维持当前时刻的入堆水温不变，否则，按照预设规则二确定下一时刻的目标入堆水温，根据所述目标入堆水温对入堆冷却液进行温度调控；并且，
上述根据预设规则一确定下一时刻的目标入堆水温，根据所述目标入堆水温对入堆冷却液进行温度调控的步骤，进一步包括如下子步骤：
实时获取燃料电池电堆的出堆水温测量值T 3；
根据环境温度T 1，结合下面的预设规则一确定下一时刻的温度指标T 2 ^
T 2 ^ =T avg-ΔT 1（T 1 *-T 1）/r 1
式中，ΔT 1 、r 1分别为用户定义的温度变化参数；
将当前时刻的入堆水温T 2与所述T 2 ^ 比较；如果T 2大于T 2 ^ ，确定下一时刻的目标入堆水温为T 2 *=（T 2 ^ +T 2）/2，控制燃料电池的冷却液在燃料电池电堆外部从T 3降温到T 2 *；如果T 2等于T 2 ^ ，控制燃料电池的冷却液在燃料电池电堆外部从T 3降温到T 2；如果T 2小于T 2 ^ ，确定下一时刻的目标入堆水温为T 2 *=（2T 2 ^- T 2）/2，控制对燃料电池的冷却液在燃料电池电堆外部从T 3降温到T 2 *；
监测待测燃料电池的输出功率P，当所述P大于需求输出功率上限时，控制燃料电池的冷却液在燃料电池电堆外部从T 2 *按照下面的预设规则三再次降温至T 2 **
T 2 **=T 2 *-ΔT 1（T 1 *-T 1）/r 1
直到输出功率P不大于需求输出功率上限为止；
上述按照预设规则二确定下一时刻的目标入堆水温，根据所述目标入堆水温对入堆冷却液进行温度调控的步骤，进一步包括如下子步骤：
实时获取燃料电池电堆的出堆水温测量值T 3；
根据环境温度T 1，结合下面的预设规则二确定下一时刻的目标入堆水温T 2 *
T 2 *=T avg+ΔT 2（T 1 *-T 1）/r 2
式中，ΔT 2 、r 2分别为用户定义的温度变化参数；
控制燃料电池的冷却液在燃料电池电堆外部从T 3降温到T 2 *；
监测待测燃料电池的输出功率P，当所述P大于需求输出功率上限时，控制燃料电池的冷却液在燃料电池电堆外部从T 2 *按照下面的预设规则四再次降温至T 2 **
T 2 **=T 2 *-ΔT 2（T 1 *-T 1）/r 2
直到输出功率P不大于需求输出功率上限为止。
2.根据权利要求1所述的车载燃料电池的温度调控方法，其特征在于，所述确定该输出功率下电池最高寿命对应的入堆水温标定值T avg，以及额定寿命对应的入堆水温下限T min的步骤，进一步包括：
获取该待测燃料电池的包括不同输出功率、入堆水温、电池寿命的数据样本；
根据上述数据样本进行数据拟合，通过最佳逼近方法确定输出功率-入堆水温-电池寿命的函数曲线；
通过上述函数曲线，确定待测燃料电池的需求输出功率对应的电池最高寿命，该最高寿命对应的入堆水温均值，作为入堆水温标定值T avg；
通过上述函数曲线，确定所述需求输出功率、所述额定寿命对应的入堆水温最小值，作为入堆水温下限T min。
3.根据权利要求1或2所述的车载燃料电池的温度调控方法，其特征在于，所述控制待测燃料电池在上述入堆水温标定值T avg对应的冷却液环境运行预设时间后，获取当前时刻的环境温度T 1和入堆水温测量值T 2的步骤，进一步包括：
将待测燃料电池的冷却液温度设置为所述入堆水温标定值T avg，启动待测燃料电池对整车进行供电；
监测待测燃料电池的输出功率P，直到满足预设时间段内每一时刻的输出功率均符合预设波动范围；
获取上述时间段结束时刻的环境温度、入堆水温测量值，作为当前时刻的环境温度T 1和入堆水温测量值T 2。
4.根据权利要求3所述的车载燃料电池的温度调控方法，其特征在于，所述ΔT 1的取值范围为3~8 ℃，所述r 1的取值范围为50~100 ℃。
5.根据权利要求1、2、4任一项所述的车载燃料电池的温度调控方法，其特征在于，所述ΔT 2的取值范围为3~8 ℃，所述r 2的取值范围为50~100 ℃。
6.一种使用权利要求1-5任一项所述方法的车载燃料电池的温度调控装置，其特征在于，包括：
数据采集设备，用于实时采集燃料电池电堆运行的实际环境温度T 1，以及入堆水温测量值T 2，发送至控制器；
控制器，用于根据待测燃料电池的需求输出功率，确定该输出功率下电池最高寿命对应的入堆水温标定值T avg，以及额定寿命对应的入堆水温下限T min；以及，将所述待测燃料电池在上述入堆水温标定值的冷却液环境中运行预设时间后，识别接收到的该时刻对应的实际环境温度T 1是否大于等于预设环境温度下限T 1 *，如果否，根据预设规则一确定下一时刻的目标入堆水温，根据所述目标入堆水温对入堆冷却液进行温度调控；如果是，继续识别所述入堆水温测量值T 2是否大于所述入堆水温下限T min，如果依然是，维持当前时刻入堆水温不变，否则，根据预设规则二确定下一时刻的目标入堆水温，根据所述目标入堆水温对入堆冷却液进行温度调控；
执行机构，根据控制器的控制启动，对电堆内冷却液的温度进行调整。
7.根据权利要求6所述的车载燃料电池的温度调控装置，其特征在于，所述数据采集设备进一步包括：
温度传感器一，设置于整车车厢内，用于实时采集燃料电池电堆运行时的室温，作为实际环境温度T 1；
温度传感器二，设置于燃料电池电堆的水路冷却液入口端，用于实时采集入堆水温测量值T 2；
温度传感器三，设置于燃料电池电堆的水路冷却液出口端，用于实时采集出堆水温测量值T 3；
功率传感器，设置于待测燃料电池电堆的输出端，用于实时采集待测燃料电池的输出功率P。
8.根据权利要求6或7所述的车载燃料电池的温度调控装置，其特征在于，所述执行机构进一步包括依次连接的：
温度调控器，与燃料电池电堆的水路冷却液出口连接，用于根据所述控制器的控制，对输入的冷却液快速加热或降温，使得流出的冷却液温度达到设定的目标入堆水温；
水泵，与燃料电池电堆的水路冷却液入口连接，用于根据所述控制器的控制，对冷却液的速度进行调控，使得流出的冷却液以预设速度进入电堆内部。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114388851B (zh) * 2022-01-25 2023-11-10 北京亿华通科技股份有限公司 一种车载燃料电池发动机的加热控制方法及系统
CN114670719B (zh) * 2022-04-02 2023-12-01 上海汽车集团股份有限公司 一种燃料电池的功率修正方法及相关装置
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

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113036188A (zh) * 2021-05-25 2021-06-25 北京亿华通科技股份有限公司 一种燃料电池系统的控制方法

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0955219A (ja) * 1995-08-14 1997-02-25 Toshiba Corp 燃料電池発電装置およびその運転方法
JP2005285502A (ja) * 2004-03-29 2005-10-13 Aisin Seiki Co Ltd 燃料電池システム
JP4894994B2 (ja) * 2005-08-09 2012-03-14 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
FR2918800B1 (fr) * 2007-07-12 2010-11-26 Snecma Systeme et methode de regulation en temperature d'une pile a combustible.
JP2009026563A (ja) * 2007-07-18 2009-02-05 Fujitsu Ten Ltd 制御装置及び制御方法
JP2009245693A (ja) * 2008-03-31 2009-10-22 Mitsubishi Materials Corp 燃料電池発電装置及び停止時の制御方法並びに制御プログラム
KR101449165B1 (ko) * 2012-12-14 2014-10-10 현대자동차주식회사 연료전지 시스템의 냉각수 온도 제어 방법
CN105161741B (zh) * 2015-07-08 2018-09-18 中国东方电气集团有限公司 燃料电池的吹扫系统及其吹扫方法
JP2017027668A (ja) * 2015-07-16 2017-02-02 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 燃料電池システムとその運転方法
CN108428916B (zh) * 2018-03-02 2021-02-09 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
US10998565B2 (en) * 2019-02-01 2021-05-04 Hyundai Motor Company System and method for controlling coolant temperature for fuel cell
CN112803036B (zh) * 2019-11-14 2023-04-14 宇通客车股份有限公司 燃料电池热管理系统及其控制方法
CN111029616B (zh) * 2019-12-06 2022-04-26 吉林大学 一种考虑电堆寿命的港口运输车燃料电池热管理系统
CN111600052B (zh) * 2020-05-29 2022-04-26 风氢扬氢能科技(上海)有限公司 一种燃料电池的电堆温度控制方法及控制装置
CN112768732B (zh) * 2021-02-03 2022-08-02 重庆长安新能源汽车科技有限公司 一种燃料电池热管理控制方法
CN113258097B (zh) * 2021-04-22 2022-05-20 四川荣创新能动力系统有限公司 一种船用氢燃料电池冷却系统的控制方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113036188A (zh) * 2021-05-25 2021-06-25 北京亿华通科技股份有限公司 一种燃料电池系统的控制方法

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