CN115343966A - 燃料电池水热管理系统仿真方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃料电池水热管理系统仿真方法，应用于基于Modelica的燃料电池水热管理系统，所述系统包括：电堆模型、驱动水泵模型、PTC加热器模型、散热器模型和第一耦合模块；所述方法包括：所述第一耦合模块根据所述驱动水泵模型和散热器模型的等效阻抗，将来自所述电堆模型的功率分配给所述散热器模型；所述散热器模型根据分配到的功率解析通过散热器风扇的风速，并根据所述风速执行热平衡仿真；所述电堆模型根据所述散热器模型和驱动水泵模型的仿真计算，执行电堆的功率仿真，反馈调节分配给所述散热器模型的功率。本实施例提高组件模型之间的耦合精度。

Description

燃料电池水热管理系统仿真方法

技术领域

本发明实施例涉及燃料电池仿真领域，尤其涉及一种燃料电池水热管理系统仿真方法。

背景技术

水热管理系统，指通过冷却流体与设备换热进行温度控制的子系统。在燃料电池系统应用场景中，水热管理占据着举足轻重的作用，水热管理系统的特性直接影响电池的运行温度，进而影响燃料电池的性能，通过建立高性能的水热系统仿真模型，可以有效地指导燃料电池厂商进行系统级设计、元件选型、控制算法验证以及集成验证，对于相关产品的设计优化，质量提升，研发周期缩短以及整体成本控制起着至关重要的作用。

传统的水热管理系统建模方式采用面向过程的建模方法，系统搭建前需要进行大量运行假设以及前期计算，从而降低了系统模型的准确性，忽视了系统模型运行过程中电池-水热管理-环境之间的相互动态耦合；且系统按照功能运行顺序进行构建，需要花费大量时间进行系统重构，因此系统模型具备很大的局限性，当系统架构变更时，模型改动巨大。

发明内容

本发明实施例提供一种燃料电池水热管理系统仿真方法，提高系统的建模精度。

第一方面，本发明实施例提供了一种应用于基于Modelica的燃料电池水热管理系统，所述系统包括：电堆模型、驱动水泵模型、PTC加热器模型、散热器模型和第一耦合模块；

所述方法包括：

所述第一耦合模块根据所述驱动水泵模型和散热器模型的等效阻抗，将来自所述电堆模型的功率分配给所述散热器模型；

所述散热器模型根据分配到的功率解析通过散热器风扇的风速，并根据所述风速执行热平衡仿真；

所述电堆模型根据所述散热器模型和驱动水泵模型的仿真计算，执行电堆的功率仿真，反馈调节分配给所述散热器模型的功率。

第二方面，本发明实施例提供了一种燃料电池水热管理系统，所述系统基于Modelica构建，包括：电堆模型、驱动水泵模型、PTC加热器模型、散热器模型和第一耦合模块；其中，

所述第一耦合模块用于根据所述驱动水泵模型和散热器模型的等效阻抗，将来自所述电堆模型的功率分配给所述散热器模型；

所述散热器模型用于根据分配到的功率解析通过散热器风扇的风速，并根据所述风速执行热平衡仿真；

所述电堆模型用于根据所述散热器模型和驱动水泵模型的仿真计算，执行电堆的功率仿真，反馈调节分配给所述散热器模型的功率。

本发明实施例提供的水热管理系统及其仿真方法，采用面向对象的方式进行模型构建，将系统按照其物理拓扑进行拆分并形成各子系统与元件的单机模型，模型间通过与耦合关系适配连接器进行连接，传递系统的状态变量与能量流动，其优势在于用户可以直接按照系统的物理拓扑组成进行系统的集成与重构，在保证仿真精度的前提下使系统集成验证更加高效，提升研发效率。同时，模型中考虑了散热器的风扇风速与电堆模型功率之间的耦合关系，通过耦合模块和适配的连接器增强了系统级仿真过程中模型的相互耦合性，使水热管理系统的特性更加贴近实际工况，其计算结果更为准确。这一精确建模方式与系统级的一维建模方式相结合，在提高精度的基础上，降低系统仿真算力要求，实现仿真精度和仿真效率的平衡。此外，在Matlab和simulink等面向流程的、从上到下的建模方式中，等上一节点运行完以后下一节点才开始运行；而本实施例基于Modelica实现，采用面向对象、面向节点的建模方式，所有节点都是同时计算的，进一步提高了仿真效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施方式，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是本发明实施例提供的一种燃料电池水热管理系统的结构图。

图2是本发明实施例提供的另一种燃料电池水热管理系统的结构图。

图3是本发明实施例提供的另一种燃料电池水热管理系统的结构图。

图4是本实施例提供一种燃料电池水热管理系统仿真方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅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做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

在本发明的描述中，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发明和简化描述，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发明的限制。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。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明实施例提供一种燃料电池水热管理系统仿真方法，该方法应用于基于Modelica的燃料电池水热管理系统。图1是本发明实施例提供的燃料电池水热管理系统的结构图，如图1所示，所述系统包括：电堆模型、液体存储罐模型、驱动水泵模型、过滤器模型、电磁阀模型、PTC加热器模型、散热器模型和第一耦合模块，各模型均为一维模型。其中，存储罐模型用于模拟液体的存储，驱动水泵模型用于提供高压液源，高压液源通过过滤器后流向电堆模型进行温度调节。PTC加热模型用于模拟在低温工况下对液体的加温过程，起到给电堆暖机的作用。散热器模型用于模拟液体上升到一定温度后对液体的降温过程，起到给电堆降温的作用。PTC加热模型和散热器模型的运行受电磁阀模型的控制，电磁阀模型用于实现加温和冷却的切换及配合。各模型之间采用实线箭头连接，代表了模型之间的液体流动关系和方向。

所述第一耦合模块用于实现散热器模型、驱动水泵模型和电堆模型之间的功率耦合，分别通过虚线箭头与散热器模型、驱动水泵模型和电堆模型连接，虚线箭头代表了第一耦合模块与各模型之间的功率输入、输出方向。具体的，所述第一耦合模块用于根据所述驱动水泵模型和散热器模型的等效阻抗，将来自所述电堆模型的功率分配给所述散热器模型；所述散热器模型用于根据分配到的功率解析通过散热器风扇的风速，并根据所述风速执行热平衡仿真；所述电堆模型用于根据所述散热器模型和驱动水泵模型的仿真运算，执行电堆的功率仿真，反馈调节分配给所述散热器模型和驱动水泵模型的功率。

可选的，所述驱动水泵模型通过Modelica语言编写的压力、流量平衡方程和能量守恒方程控制。其中，压力、流量平衡方程如下：

（1）

其中，q ₁为水泵流量，

为水泵转速，dp ₁为水泵的输出、输入压差（简称水泵压 差）；Qdp ₁为水泵特性表，描述水泵流量与水泵转速和水泵压差的关系；f ₁ ()表示插值函 数，通过对水泵特性表的插值得到特定水泵转速和压差下的流量。

能量守恒方程为：

（2）

其中，

为水泵效率，

为驱动扭矩。

所述PTC加热器模型通过Modelica语言编写的压力、流量平衡方程和热平衡方程控制。PTC加热器通过预设功率给液体进行加热，实现对电堆低温工况的暖机作用，其压力、流量平衡方程如下：

（3）

其中，m_flow₁为PTC流量，

为冷却液密度，Cq₁为流量系数，dh为水力直径，dp₂为 PCT加热器的输出、输入压差。

所述散热器模型通过Modelica语言编写的压力、流量平衡方程和热平衡方程。散热器用于当温度高于一定阈值时，通过风扇给冷却液降温，进而起到给电堆散热的作用，其压力、流量平衡方程如下：

（4）

其中，q₃为散热器流量，dp₃为散热器的输出、输入压差（简称散热器压差）；Qdp₃为流阻表，描述散热器流量和散热器压差的关系；f₃ ()表示插值函数，通过对流阻表的插值得到特定压差下的流量。

热平衡方程如下：

（5）

其中，Q为总换热量，Q_exp为试验换热量，T_exp表示试验温差，T_c为冷却液温度，T_a为环境温度，S_eff为表面换热系数。其中，

（6）

其中，AVS为散热器的通风面面积，NAVS为散热器的非通风面面积，L为散热器长度；H为散热器高度，v ₁为通过风扇的风速，v ₂为绝对风速；table为风扇换热特性曲线表，用于描述风速和换热量的关系；f₄₁()和f₄₂()表示插值函数，通过对风扇换热特性曲线表的插值得到特定风速下的换热量。

进一步的，风扇的功率是由电堆模型提供的，现有技术中认为，风扇消耗的功率相对于电堆模型的其他负载比较小，因此对散热器进行粗略建模，将通过风扇的风速v ₁设置为恒定值。但在实际应用中发现，虽然风扇消耗的功率较小，但仍不可忽略；特别是该功率随时间变化，始终选取恒定风速，不仅难以保证选定的风速接近风扇的真实运行情况，且仅能模拟某一风速下的工况，难以实现全工况覆盖，从影响换热器模型及整个系统的仿真精度。为了解决这一问题，本实施例从风扇风速变化的原因出发，建立了如下功率解析方程：

（7）

其中，P为电堆模型分配给散热器模型的功率，

表示风扇的总效率，k表示修正 系数，v ₁为通过风扇的风速，p₀为大气压力，

为空气密度，A为风扇的风道面积。其中，功 率P根据驱动水泵模型、散热器模型，以及电堆其它负载的等效阻抗求解。风扇的风速影响 冷却液的流速和温度，从而影响电堆的温度，电堆的温度影响电堆输出的功率，电堆的输出 功率又反过来通过风扇的风速。通过控制方程（7）的加入，更为精确的模拟了散热器模型和 电堆模型的上述耦合关系。

图2是本发明实施例提供的另一种燃料电池水热管理系统的结构图。结合图1和图2，所述系统还包括电磁切换阀模型。电磁切换阀用于根据电堆模型的温度或其他外部控制策略，对冷却液和加热液进行切换，在电堆温度过低时对电堆进行预热，在电堆温度过高时对其降温。具体的，如图2所示，所述电磁切换阀模型包括切换控制模块和两条切换支路，分别为加热支路和冷却支路。所述切换控制模块用于根据电堆模型的温度或外部控制策略向每条切换支路发送控制信号S(u)，每条切换支路通过如下压力、流量方程进行控制：

（8）

其中，m_flow₂为任一支路的流量，Cq₂为流量系数，S(u)为根据电磁切换阀的控制形成的通流面积；dp₈为所述支路的输出、输入压力差。

以上各模型采用Modelica语言编写了流量、压强平衡方程和能量守恒方程，构建了水热管理系统各组件的单机模型，保持系统的模型构架与真实拓扑结构一致，并实现了各模型的非因果关系建模。特别的，各压力、流量平衡方程可以通过查表、插值的方式构建，无需追究变量之间的因果关系，避免了使用基于因果关系的框图模型（如求和框图、PID控制框图等），建模难度低，可扩展性强。此外，各模型均采用一维方式建立，提升了系统的仿真效率，使得系统在增加了第一耦合模块和风速解析方程的情况下，仍能保持很高的计算效率，实现了仿真精度和效率的平衡。

图3是本发明实施例提供的另一种燃料电池水热管理系统的结构图，如图3所示，所述电堆模型、第一耦合模块、驱动水泵模型和散热器模型均包括至少一个第一连接器，所述第一耦合模块的三个第一连接器分别与所述散热器模型、所述驱动水泵模型和所述电堆模型的第一连接器相连，各第一连接器中定义有功率变量和连接器方向。第一连接器的方向包括输入方向和输出方向，简单起见，图2中采用C1表示第一连接器，通过C1之间的虚线箭头表示虚线两端的C1的方向，其中，箭头起始端的C1为输出方向，箭头末端的C1为输入方向。P1-P6分别表示六个C1中的功率变量。第一耦合模块通过各C1构建控制方程，模拟散热器模型和电堆模型之间的功率耦合关系。

可选的，所述系统还包括第二耦合模块。所述驱动水泵模型、PTC加热器模型和散热器模型均包括至少一个第二连接器，各模型之间通过各自的第二连接器相连，各第二连接器中定义有势变量、流变量、Stream变量和连接器方向。图2中采用C2表示第二连接器，通过C2之间的实线箭头表示实线两端的C2的方向，其中，箭头起始段的C2为输出方向，箭头末端的C2为输入方向。特别的，在电磁阀模型中，每条切换支路包括一个输入方向的第二连接器，且共用同一个输出方向的第二连接器。

各组件的模型之间通过第二连接器传递各自的状态，第二连接器内变量设计如下表所示。第二耦合模块通过各C2构建控制方程，模拟各组件模型之间的流体耦合关系。

变量属性	变量名	变量描述
			势变量	pp	压力
流变量	mm_flow	流量
			Stream变量	h_outflow	比焓流动

本实施例中，各组件模型之间通过连接器内状态变量进行系统耦合，区别于脚本式的代码模型或基于信号的方块图模型，提升了系统耦合程度。且在仿真运算过程中，用户可以观察连接器中任一变量的值，从而分析出系统整体的流阻匹配情况以及冷却液的流动情况，Stream变量比焓标识比焓的流动方向依存于各节点的流量，从而在和流量耦合的前提下动态表达整个系统的热力学状态。

基于图1-3所示的系统，图4是本实施例提供一种燃料电池水热管理系统仿真方法的流程图，该方法适用于利用Modelica软件实现燃料电池水热管理系统仿真模拟的情况。如图4所示，该方法具体包括如下步骤：

S110、所述第一耦合模块根据所述驱动水泵模型和散热器模型的等效阻抗，将来自所述电堆模型的功率分配给所述散热器模型。

由上述实施例可知，上述各模型在真实的水热管理系统中都有对应的组件，其内部的控制方程由用户采用Modelica语言编写，用于实现各组件内部的仿真。而第一耦合模块是一个虚拟模块，在真实的系统中并无对应的组件，用于模拟各组件之间的功率分配关系。

为了进一步减轻用户负担，在图3所示的系统中开发了与第一耦合模块的功能相匹配的第一连接器，用户只需将第一耦合模块拖动至整体模型中，并通过第一连接器建立与其它已有模型的连接关系，第一耦合模块即可读取各第一连接器中的功率变量，自动生成第一耦合模块所需的控制方程，无需用户单独编写。具体的，所述第一耦合模块根据第一连接器，自动构建以下三个控制方程：

1）根据第一耦合模块所包括的各第一连接器的方向，自动建立功率平衡方程，即所有输入方向的第一连接器的功率等于所有输出方向的第一连接器的功率，实现功率守恒。结合图3，功率平衡方程为P1=P2+P3。具体的，所述第一耦合模块从各第一连接器的Modelica文本模型中，读取各第一连接器的方向；并将输入方向的各第一连接器的功率变量名称（P1）注入到功率平衡方程的一侧，将输出方向的各第一连接器的功率变量名称（P2和P3）注入到功率平衡方程的另一侧，构成完整的功率平衡方程。

2）根据各第一连接器之间的相连关系，自动建立第一连接器之间的功率耦合方程，即每条连线两端的第一连接器中的功率相等。结合图3，P1=P4，P2=P5，P3=P6。

3）根据驱动水泵模型和散热器模型的等效阻抗，自动建立功率分配方程。该方程是针对散热器模型的功率建立的，即P2/P3=R2/R3，其中，R2和R3分别表示散热器模型和驱动水泵模型的等效阻抗，可以从驱动水泵模型和散热其模型的文本模型中自动读取。

以上方程构建完毕后，所述第一耦合模块根据构建好的功率平衡方程、所述功率耦合方程，以及所述功率分配方程，将来自电堆模型的功率分配给所述散热器模型。需要说明的是，方程的构建过程仅执行一次，构建完毕后，在每一步长的仿真计算中重复利用。

S120、所述散热器模型根据分配到的功率解析通过散热器风扇的风速，并根据所述风速执行热平衡仿真。

散热器模型基于控制方程（7），根据分配到的功率P解析通过散热器风扇的风速v ₁，并根据所述风速和控制方程（5）（6）执行散热器模型的热平衡仿真。

S130、所述电堆模型根据所述散热器模型和驱动水泵模型的仿真计算，执行电堆的功率仿真，反馈调节分配给所述散热器模型的功率。

驱动水泵模型根据控制方程（1）和（2）执行仿真运算，电堆模型根据驱动水泵模型和散热器模型的仿真运算，执行电堆的功率仿真，仿真结果将对分配给散热器模型的功率产生反馈调节。可以看出，步骤S110-S130描述了电堆功率对风扇风速的影响、风扇风速对液体流量的影响，以及液体流量对电堆功率的影响的全过程，形成了从散热器到电堆的闭合环路，准确地模拟了散热器模型和电堆模型之间的功率耦合关系。

除上述功率耦合关系之外，各组件模型之间还存在流体耦合关系，该耦合关系则是通过另一耦合模块建立的。为了便于区分和描述，将这种耦合模块称为第二耦合模块。同样的，第二耦合模块是一种虚拟模块，无对应的实体组件。本实施例针对第二耦合模块构建了适配的连接器，称为第二连接器；第二耦合模块通过第二连接器自动建立组件之间流体耦合方程，无需用户手动编写。

值得注意的是，第二连接器中的变量与第一连接器不同，因此耦合方程的构建方式也有区别。具体来说，所述第二耦合模块识别相连的第二连接器，并从所述第二连接器的文本模型中读取连接器方向和变量类型；并将任一类型的输入方向的变量名称注入到耦合方程的一侧，将同一类型的输出方向的变量名称注入到所述耦合方程的另一侧，构成所述类型变量的耦合方程。结合图3，以散热器模型和电堆模型之间的C2为例，假设散热器模型的C2中三种类型的变量分别为pp1、mm_flow1和h_outflow1，电堆模型的C2中三种类型的变量分别为pp2、mm_flow2和h_outflow2，则pp1=pp2、mm_flow1=mm_flow2，h_outflow1=h_outflow2。

可选的，所述方法还包括：所述切换控制模块响应于电堆模型的温度，向每条切换支路发送控制信号；每条切换支路响应于所述控制信号，根据压力、流量方程执行仿真运算。所述切换控制模块是特别针对电磁切换阀模型设置的虚拟模块，采用控制信号实现了对于阀门调节的模拟，通过约束两条支路的控制信号之和为1，能够准确模拟两条支路的运行关系。进一步的，如图3所示，在电磁阀模型中，每条切换支路包括一个输入方向的第二连接器，且共用同一个输出方向的第二连接器，因此，每条切换支路读取对应的输入方向的第二连接器中的势变量名称，以及所述输出方向的第二连接器中的势变量名称；并根据所述势变量名称构建压降方程，再结合公式（8）执行仿真运算。

可选的，在仿真运算过程中，响应于用户对各连接器中的各变量的查看操作，还可以实时显示各变量的变化状态。

本实施例的系统针对组件间不同的耦合关系，构建了不同的耦合模块和连接器，其中，第一耦合模块和第一连接器用于描述组件间的功率关系，第二耦合模块用于描述组件间的流体关系。这些耦合模块和连接器开发完成后封装为固定模块，用户直接拖动该固定模块并连线就可以实现建模，无需再单独构建组件之间的耦合方程。仿真运算中，各耦合模块根据连接器的方向和连接关系，自动读取其文本模型中的关键属性和变量，注入到预设格式的控制方程中，生成与系统模型匹配的控制方程，无需用户干预，实现了真正的面向对象式建模。且上述耦合模块和连接器均可以重复利用，只需要修改其中的变量名称，就可以适配不同的组件模型，通用性强；同时，针对所描述的不同关系（功率关系或流体关系），两组耦合模块和连接器自动构建控制方程的方式各不相同，在通用的基础上保持了必要的个性化设置，避免在连接器中存储冗余变量或生成不必要的控制方程，减少了仿真计算中的变量数量和方程变量，实现了对于大型方程矩阵的初步优化。

综上所述，本实施例提供的水热管理系统及其仿真方法，采用面向对象的方式进行模型构建，将系统按照其物理拓扑进行拆分并形成各子系统与元件的单机模型，模型间通过与耦合关系适配连接器进行连接，传递系统的状态变量与能量流动，其优势在于用户可以直接按照系统的物理拓扑组成进行系统的集成与重构，在保证仿真精度的前提下使系统集成验证更加高效，提升研发效率。同时，模型中考虑了散热器的风扇风速与电堆模型功率之间的耦合关系，通过耦合模块和适配的连接器增强了系统级仿真过程中模型的相互耦合性，使水热管理系统的特性更加贴近实际工况，其计算结果更为准确。这一精确建模方式与系统级的一维建模方式相结合，在提高精度的基础上，降低系统仿真算力要求，实现仿真精度和仿真效率的平衡。此外，在Matlab和simulink等面向流程的、从上到下的建模方式中，等上一节点运行完以后下一节点才开始运行；而本实施例基于Modelica实现，采用面向对象、面向节点的建模方式，所有节点都是同时计算的，进一步提高了仿真效率。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案。

Claims (10)

1.一种燃料电池水热管理系统仿真方法，其特征在于，应用于基于Modelica的燃料电池水热管理系统，所述系统包括：电堆模型、驱动水泵模型、PTC加热器模型、散热器模型和第一耦合模块；

所述方法包括：

所述第一耦合模块根据所述驱动水泵模型和散热器模型的等效阻抗，将来自所述电堆模型的功率分配给所述散热器模型；

所述散热器模型根据分配到的功率解析通过散热器风扇的风速，并根据所述风速执行热平衡仿真；

所述电堆模型根据所述散热器模型和驱动水泵模型的仿真计算，执行电堆的功率仿真，反馈调节分配给所述散热器模型的功率。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述驱动水泵模型通过Modelica语言编写的压力、流量平衡方程和能量守恒方程控制；

所述PTC加热器模型通过Modelica语言编写的压力、流量平衡方程和热平衡方程控制；

所述散热器模型通过Modelica语言编写的压力、流量平衡方程、热平衡方程和风速解析方程控制。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，各压力、流量平衡方程通过查表、差值的方式构建。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电堆模型、第一耦合模块、驱动水泵模型和散热器模型均包括至少一个第一连接器，所述第一耦合模块的三个第一连接器分别与所述散热器模型、所述驱动水泵模型和所述电堆模型的第一连接器相连，各第一连接器中定义有功率变量和连接器方向；

所述第一耦合模块根据驱动水泵模型和散热器模型的等效阻抗，将来自电堆模型的功率分配给所述散热器模型，包括：

所述第一耦合模块根据所包括的各第一连接器的方向，自动建立功率平衡方程；根据各第一连接器之间的相连关系，自动建立第一连接器之间的功率耦合方程；根据驱动水泵模型和散热器模型的等效阻抗，自动建立功率分配方程；

所述第一耦合模块根据所述功率平衡方程、所述功率耦合方程，以及所述功率分配方程，将来自电堆模型的功率分配给所述散热器模型。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一连接器的方向通过Modelica语言编写，包括输入方向和输出方向；

所述第一耦合模块根据所包括的各第一连接器的方向，自动建立功率平衡方程，包括：

所述第一耦合模块从各第一连接器的Modelica文本模型中，读取各第一连接器的方向；并将输入方向的各第一连接器的功率变量名称注入到功率平衡方程的一侧，将输出方向的各第一连接器的功率变量名称注入到功率平衡方程的另一侧，构成完整的功率平衡方程。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述系统还包括第二耦合模块；所述驱动水泵模型、PTC加热器模型和散热器模型均包括至少一个第二连接器，各模型之间通过各自的第二连接器相连，各第二连接器中定义有势变量、流变量、Stream变量和连接器方向；

所述仿真方法还包括：

所述第二耦合模块识别相连的第二连接器，并从所述第二连接器的文本模型中读取连接器方向和变量类型；并将任一类型的输入方向的变量名称注入到耦合方程的一侧，将同一类型的输出方向的变量名称注入到所述耦合方程的另一侧，构成所述类型变量的耦合方程；

所述第二耦合模块根据所述耦合方程，执行仿真计算。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述系统还包括电磁切换阀模型，所述电磁切换阀模型包括切换控制模块和两条切换支路；

所述方法还包括：

所述切换控制模块响应于电堆模型的温度，向每条切换支路发送控制信号；

每条切换支路响应于所述控制信号，根据压力、流量方程执行仿真运算。

8.根据权利要求7所述方法，其特征在于，每条切换支路包括一个输入方向的第二连接器，共用同一个输出方向的第二连接器，各第二连接器中定义有势变量、流变量和Stream变量；

所述每条切换支路响应于所述控制信号，根据压力、流量方程执行仿真运算，包括：

每条切换支路读取对应的输入方向的第二连接器中的势变量名称，以及所述输出方向的第二连接器中的势变量名称；并根据所述势变量名称，构建压降方程。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，各模型之间通过连接器相连，所述方法还包括：

响应于用户对各连接器中的各变量的查看操作，实时显示各变量的变化状态。

10.一种燃料电池水热管理系统，其特征在于，所述系统基于Modelica构建，包括：电堆模型、驱动水泵模型、PTC加热器模型、散热器模型和第一耦合模块；其中，

所述第一耦合模块用于根据所述驱动水泵模型和散热器模型的等效阻抗，将来自所述电堆模型的功率分配给所述散热器模型；

所述散热器模型用于根据分配到的功率解析通过散热器风扇的风速，并根据所述风速执行热平衡仿真；

所述电堆模型用于根据所述散热器模型和驱动水泵模型的仿真计算，执行电堆的功率仿真，反馈调节分配给所述散热器模型的功率。

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