CN116247255B - 大功率燃料电池温度控制方法、装置和车辆 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种大功率燃料电池温度控制方法、装置和车辆，属于燃料电池热控制技术领域。该方法包括：获取燃料电池所处的内部参数信息和外部参数信息；根据内部参数信息和外部参数信息确定燃料电池的需求散热量Q₁和中冷器需求散热量Q₂；根据内部参数信息、外部参数信息、燃料电池的需求散热量Q₁和中冷器需求散热量Q₂计算出燃料电池散热需求流量L₁和中冷器散热需求流量L₂；根据L₁、L₂、Q₁和Q₂确定水泵的期望转速v₁、风扇的期望转速v₂和开关阀的期望开度k₁；将水泵的转速调整至期望转速v₁，将风扇的转速调整至期望转速v₂，将开关阀的开度调整至期望开度k₁。本申请可以快速直接地使燃料电池系统维持在目标工作状态。

Description

大功率燃料电池温度控制方法、装置和车辆

技术领域

本申请涉及燃料电池热控制技术领域，尤其涉及一种大功率燃料电池温度控制方法、装置和车辆。

背景技术

随着大功率燃料电池系统在交通、能源等领域的广泛应用，系统的热管理成为一个重要的技术挑战。由于大功率燃料电池系统具有高热容和散热功率大的特点，系统在运行过程中容易出现温度波动大、系统迟滞等问题。传统的温控策略往往采用PI（比例积分）控制加预控的方法，但在系统变载过程中，仍然存在温度波动较大的问题，从而影响系统的性能和稳定性。

发明内容

本申请的目的在于提供一种大功率燃料电池温度控制方法、装置和车辆，以解决上述至少一种问题。

本申请第一方面，提供了一种大功率燃料电池温度控制方法，所述方法包括：获取燃料电池所处的内部参数信息和外部参数信息；根据所述内部参数信息和所述外部参数信息确定所述燃料电池的需求散热量Q₁和中冷器需求散热量Q₂；根据所述内部参数信息、所述外部参数信息、所述燃料电池的需求散热量Q₁和所述中冷器需求散热量Q₂计算出燃料电池散热需求流量L₁和所述中冷器散热需求流量L₂；根据所述燃料电池散热需求流量L₁、所述中冷器散热需求流量L₂、所述燃料电池的需求散热量Q₁和所述中冷器需求散热量Q₂确定水泵的期望转速v₁、风扇的期望转速v₂和开关阀的期望开度k₁；将所述水泵的转速调整至所述期望转速v₁，将所述风扇的转速调整至所述期望转速v₂，将所述开关阀的开度调整至所述期望开度k₁。

本申请第二方面，提供了一种大功率燃料电池温度控制装置，所述装置包括：参数信息获取模块，用于获取燃料电池所处的内部参数信息和外部参数信息；需求确定模块，用于根据所述内部参数信息和所述外部参数信息确定所述燃料电池的需求散热量Q₁和中冷器需求散热量Q₂；根据所述内部参数信息、所述外部参数信息、所述燃料电池的需求散热量Q₁和所述中冷器需求散热量Q₂计算出燃料电池散热需求流量L₁和所述中冷器散热需求流量L₂；根据所述燃料电池散热需求流量L₁、所述中冷器散热需求流量L₂、所述燃料电池的需求散热量Q₁和所述中冷器需求散热量Q₂确定水泵的期望转速v₁、风扇的期望转速v₂和开关阀的期望开度k₁；调整模块，用于将所述水泵的转速调整至所述期望转速v₁，将所述风扇的转速调整至所述期望转速v₂，将所述开关阀的开度调整至所述期望开度k₁。

本申请第三方面，提供了一种车辆，所述车辆包括燃料电池、散热器、中冷器和风扇，以及上述的大功率燃料电池温度控制装置。

上述的大功率燃料电池温度控制方法、装置和车辆，通过根据燃料电池所处的内部参数信息和外部参数信息，利用相应的物理计算模型，首先求解出所需的燃料电池所需的散热量，再基于散热量得出所需供应的流量，最后基于该流量得出风扇、水泵所需的转速和开关阀所需的开度，并直接调节风扇、水泵的转速至所期望的转速，调节开关阀的开度至其所期望的开度，从而快速直接地使燃料电池系统维持在目标工作状态。并且还可以有效减缓高温引起的燃料电池系统中的相关材料的损伤，在实现大功率散热应用的前提下，有效保障了燃料电池系统的使用寿命需求。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对本申请范围的限定。

图1为一个实施例中燃料电池温度控制方法的流程示意图；

图2为一个实施例中根据内部参数信息和外部参数信息确定燃料电池的需求散热量Q₁和中冷器需求散热量Q₂的流程示意图；

图3为一个实施例中根据燃料电池散热需求流量L₁和中冷器散热需求流量L₂确定水泵的期望转速v₁、风扇的期望转速v₂和开关阀的期望开度k₁的流程示意图；

图4为一个实施例中燃料电池系统的部分结构示意图；

图5为一个实施例中燃料电池系统中冷却液在流经燃料电池和中冷器处时的流量与流阻特性曲线的示意图；

图6为一个实施例中燃料电池系统中空气在流经风扇和散热器时的流量与流阻特性曲线的示意图；

图7为一个实施例中散热器在不同的风侧流量和水侧流量下的散热能力的关系地图示意图；

图8为一个实施例中开关阀在不同开度下的流量与流阻特性曲线的示意图；

图9为一个实施例中水泵在不同转速下的流量与流阻特性曲线的示意图；

图10为一个实施例中大功率燃料电池温度控制方法的流程示意图；

图11为一个实施例中燃料电池温度控制装置的结构示意图。

其中，10、燃料电池；20、水泵；31、第一散热器；32、第二散热器；41、第一风扇；42、第二风扇；51、第一开关阀、52、第二开关阀；60、中冷器；70、空气压缩机；80、增湿机。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请所使用的所有术语（包括技术和科学术语）具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

比如本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。

再比如本申请所使用的术语“包括”、“包含”等表明了特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种燃料电池温度控制方法，具体的，为一种大功率燃料电池温度控制方法。该方法包括：

步骤102，获取燃料电池所处的内部参数信息和外部参数信息。

本实施例中，燃料电池可为氢燃料电池。内部参数信息包括燃料电池自身的固有参数、工作时所处的燃料电池的工作状态参数以及装载有该燃料电池的设备的相关内部参数信息。电池的固有参数包括电池的重量、电池的电堆数量、燃料电池的合适工作温度等信息，电池的工作状态参数可包括电池的电压、电流等信息。其中，该设备可为车辆，比如一些重型卡车或私家车或自动驾驶车辆等任意合适的车辆。设备的相关内部参数信息同样的可以包括车辆固有参数以及车辆工作状态参数等。车辆固有参数包括车辆重量等信息，车辆工作状态参数包括车辆当前车速等信息。外部参数信息即为电池所处的外部环境的信息，比如包括当前环境温度、湿度、压强等环境参数，以及燃料电池系统的运行模式、负载要求等外部条件。

可选地，内部参数信息和外部参数信息中，有些是预先设置的固定的信息，有些是根据相关传感器按照一定的频率定期地或实时地直接或间接测量或计算而得到的信息。比如燃料电池的固有参数和车辆的固有参数均可为预先设置的信息，而燃料电池的工作状态参数、车辆的工作状态参数和外部参数信息等可为根据相关传感器直接或间接测量或计算得到的信息。

在一个实施例中，该燃料电池可为大功率燃料电池。相比较于常规功率的燃料电池，大功率燃料电池需要更复杂的散热系统、温度传感器和控制策略来保持燃料电池在合适的温度范围内运行，其散热需求更大。

在一个实施例中，可根据一定的周期来更新相应的内部参数信息和外部参数信息。比如该周期可为1秒、5秒、1分钟、10分钟、半个小时或一个小时等任意合适的周期。所获取的内部参数信息和外部参数信息为当前周期下最新的信息。

步骤104，根据内部参数信息和外部参数信息确定燃料电池的需求散热量Q₁和中冷器需求散热量Q₂。

本实施例中，燃料电池的需求散热量Q₁和中冷器的需求散热量Q₂即为了保持燃料电池乃至车辆在当前所处状态下，保持良好的工作状态所需要提供的散热量。通常而言，燃料电池的需要工作在合适的温度才能保持良好的工作状态，燃料电池所处温度过高或过低都会对燃料电池造成损坏或者工作效率低下。燃料电池的需求散热量Q₁和中冷器需求散热量Q₂可以理解为保持燃料电池乃至车辆在其当前的工作状态下，为保持其处于合适的温度范围所需要的热量。燃料电池当前所处状态或当前的工作状态比如可为在当前环境（比如当前路况、当前环境温度、海拔高度、气压、天气、风速等）下使车辆处于某个行驶速度或加速、减速等状态。

可预先设置了相应的需求散热量物理计算模型，该物理计算模型的输入包括上述的内部参数和外部参数，基于该计算模型，可以计算出对应的需求散热量，需求散热量包括上述的燃料电池的需求散热量Q₁和中冷器需求散热量Q₂。

步骤106，根据内部参数信息、外部参数信息、燃料电池的需求散热量Q₁和中冷器需求散热量Q₂计算出燃料电池散热需求流量L₁和中冷器散热需求流量L₂。

其中，流量表示冷却液管路中的冷却液流量，冷却液可为水或其它冷媒。燃料电池散热需求流量L₁表示对燃料电池进行散热，使其保持在目标工作状态所需要提供的流量；类似地，中冷器散热需求流量L₂表示对中冷器进行散热，使其保持在目标工作状态所需要提供的流量。该目标工作状态可为上述合适的温度范围。可以理解地，提供的流量越大，对相应目标可以提供的散热能力也越大。燃料电池散热需求流量L₁和燃料电池的需求散热量Q₁正相关，中冷器散热需求流量L₂和中冷器需求散热量Q₂正相关。

在一个实施例中，上述方法还包括：根据燃料电池的需求散热量Q₁和中冷器需求散热量Q₂计算出散热器的需求散热量Q₃。

具体地，通过预设的基于相应的需求散热量Q₃的物理计算模型，可以将所得的需求散热量Q₁、Q₂和/或相关内部参数和外部参数作为模型的输入，可以得到散热器的需求散热量Q₃。需求散热量Q₃与燃料电池的需求散热量Q₁和中冷器需求散热量Q₂正相关。

步骤108，根据燃料电池散热需求流量L₁、中冷器散热需求流量L₂、燃料电池的需求散热量Q₁和中冷器需求散热量Q₂确定水泵的期望转速v₁、风扇的期望转速v₂和开关阀的期望开度k₁。

可选地，散热器可以达到的散热量和燃料电池系统中的水泵的转速、风扇的转速和相关开关阀的开度大小相关，同样地，燃料电池散热需求流量L₁和中冷器散热需求流量L₂也与水泵的转速、风扇的转速和相关开关阀的开度大小相关。具体而言，均呈正相关。其中，开关阀的阀门的开度越大，冷却液通过管路的面积越大，从而在单位时间产生的流量越大；反之，阀门的开度越小，冷却液通过管路的面积越小，在单位时间产生的流量越小。水泵的转速越高，相应管路中在单位时间产生的流量也越大。风扇通常属于散热器的一部分，可处于散热器的热交换器附近，为散热器的热交换器提供风量使其散热。风扇的转速越高，产生的风量越大，在单位时间内提供的通过散热器的冷却空气更多，则散热器的散热能力越大。

系统可以预先根据燃料电池系统的具体结构进行模拟和测试，获取到水泵的不同转速、风扇的不同转速和开关阀的不同开度等与流经燃料电池的流量和中冷器的流量之间的关系，并结合燃料电池系统内部的流量传感器数据、流阻特性参数等内部参数和相关外部参数，建立相应的转速和开度计算模型，基于该模型可以计算出水泵的期望转速v₁、风扇的期望转速v₂和开关阀的期望开度k₁。其中，期望转速和期望开度分别表示为使得燃料电池和/或车辆保持在其目标工作状态时所期望的转速和开度。处于该对应的期望转速和期望开度时，可以使得燃料电池系统中供应至燃料电池的流量和供应至中冷器的流量处于或接近对应的L₁和L₂，进而使得为散热器提供的散热量处于或接近对应的Q₃，从而满足燃料电池系统中燃料电池的需求散热量Q₁和中冷器的需求散热量Q₂，使燃料电池系统处于所期望的目标工作状态。

可以理解地，散热器可达到的散热量是由上述的水泵转速、风扇转速和开关阀开度三者共同决定的，散热器流经的冷却液流量是由水泵转速、开关阀开度来共同决定的。系统可以在确定了所需求的散热量和流量后，首先确定水泵转速、风扇转速和开关阀开度等输出参数中一个或两个的具体数值，进而再确定余下的输出参数的数值，也可以同时确定该多个参数的具体数值。比如可以首先确定开关阀开度，进而在开关阀开度确定了之后再分别确定水泵转速和风扇转速，同样地，也可以首先确定水泵转速，在水泵转速确定了之后再确定开关阀开度和风扇转速。

举例来说，如图4所示，其示出了一种燃料电池系统的（部分）结构示意图。其中，开关阀（包括第一开关阀51、第二开关阀52）位于燃料电池散热系统中的回路或管路（参考图4中的实线箭头回路）中，用于控制冷却液在不同部分之间的流速，从而实现散热系统的控温和流量调节。开关阀（包括第一开关阀51、第二开关阀52）可安装在冷却液流向燃料电池10和散热器（包括第一散热器31、第二散热器32）之间的管路上，开关阀（包括第一开关阀51、第二开关阀52）和水泵20可控制冷却液的流量，结合风扇提供的风量以调整燃料电池10和中冷器60的工作温度，以满足燃料电池系统的工作温度要求。风扇（包括第一风扇41、第二风扇42）处于散热器（包括第一散热器31、第二散热器32）附近，用于向散热器提供风量，水泵20处于回路中，用于将冷却液泵送至燃料电池10以及中冷器60等相关部件。

步骤110，将水泵的转速调整至期望转速v₁，将风扇的转速调整至期望转速v₂，将开关阀的开度调整至期望开度k₁。

在确定出了相应的v₁、v₂和k₁之后，可通过相应的控制器控制水泵的转速处于该期望转速v₁，控制风扇的转速处于期望转速v₂，控制开关阀的开度处于期望开度k₁，使燃料电池基本处于所期望的目标工作状态。

具体的，系统中设有相应的传感器，基于相应的传感器可以检测到水泵的转速、风扇的转速以及开关阀的开度，基于传感器检测到的这些信息与对应的期望转速和期望开度进行比较，并根据比较结果来调整对应的转速和开度，从而使得将水泵的转速调整至期望转速v₁，将风扇的转速调整至期望转速v₂，将开关阀的开度调整至期望开度k₁。

本申请中的燃料电池温度控制方法，通过根据燃料电池所处的内部参数信息和外部参数信息，利用相应的物理计算模型，首先求解出所需的燃料电池所需的散热量，再基于散热量得出所需供应的流量，最后基于该流量得出风扇、水泵所需的转速和开关阀所需的开度，并直接调节风扇、水泵的转速至所期望的转速，调节开关阀的开度至其所期望的开度，从而快速直接地使燃料电池系统维持在目标工作状态。并且还可以有效减缓高温引起的燃料电池系统中的相关材料的损伤，在实现大功率散热应用的前提下，有效保障了燃料电池系统的使用寿命需求。

在一个实施例中，内部参数信息包括电池基本参数信息、电池工作参数信息、空气压缩机参数信息和增湿器参数信息，外部参数信息包括环境温度信息。如图2所示，步骤104包括：

步骤202，根据电池基本参数信息和电池工作参数信息计算出燃料电池的产热量和燃料电池的温升吸热量。

在内部参数和外部参数已经确定的情况下，燃料电池的产热量是确定的。基于相应的产热量物理计算模型，可以计算出对应的产热量和温升吸热量。在产热量计算出来之后，为使燃料电池或车辆维持在合适的工作温度，可以确定出相应的需求散热量。

在一个实施例中，电池基本参数信息可包括电堆片数N、液态水比例Pct、冷却液热容Cp₁和燃料电池热容Cp₂、燃料电池期望工作温度T₀，电堆质量M₀等，电池工作参数信息包括电池的当前电流I、单片电堆的电压U、燃料电池当前工作温度T₁等。

燃料电池的产热量H₁可为根据电池的当前电流I、电堆片数N、单片电堆的电压U、液态水比例Pct等来计算；燃料电池的温升吸热量H₂可根据上述的燃料电池热容Cp₂、燃料电池期望工作温度T₀，电堆质量M₀、燃料电池当前工作温度T₁等来计算。

其中，可预先设置了相关燃料电池的产热量H₁计算函数H₁=F(I,U,N,Pct)和燃料电池的温升吸热量H₂计算函数H₂=F(M₀,Cp₂,T₀,T₁)。在获取到了相关的参数后，将其导入到该函数H₁和H₂中进行计算，可以得到燃料电池的产热量H₁和温升吸热量H₂。

具体地，H₁=F(I,U,N,Pct)=I×N×(a×Pct+b×(1−Pct)−U)。其中，a和b为系统预设的相关参数，比如a可为1.48，b可为1.25，液态水比例Pct的范围处于0~1之间，其根据燃料电池系统的实际情况而定。基于此可以直接计算出来燃料电池当前时刻下的产热量H₁。其中，液态水比例Pct是指燃料电池系统中液态水的占比，通常也称为液态水质量分数或液态水含量。H₂=F(M₀,Cp₂,T₀,T₁)=M₀×Cp₂×(T₁-T₀)。T₁-T₀表示燃料电池当前工作温度T₁和燃料电池期望工作温度T₀之间的差值dT₂。其中，燃料电池期望工作温度T₀可为预先设置的用于使得燃料电池工作在良好的状态下的温度，其数值范围通常处于60℃至80℃，具体数值可基于燃料电池类型、应用场景和运行条件等因素来确定和设置。

步骤204，根据产热量和温升吸热量计算出燃料电池的需求散热量Q₁。

本实施例中，其中，需求散热量和产热量之间呈正相关的关系，和温升吸热量之间呈负相关的关系。产热量越高，其需求散热量越大，温升吸热量越高，则其需求散热量越小。具体的燃料电池的需求散热量Q₁可为其产热量H₁与吸热量H₂之间的差值。即Q₁=H₁-H₂。

步骤206，根据空气压缩机参数信息、增湿器参数信息和环境温度信息进行查表，确定出中冷器需求散热量Q₂。

结合图4所示，燃料电池系统中，外部空气（参考图4中的虚线箭头回路）经过空气压缩机70后，从其中流出的高温空气会流经中冷器60，中冷器对空气降温后作为干入空气进入增湿器80，并最终提供至燃料电池10。其中，空气压缩机参数信息包括空气压缩机流量/压比，增湿器参数信息包括增湿器干入空气的温度限制。当空气压缩机流量/压比较高，即压缩机工作在较高的负荷时，其产热量Q_a较大，中冷器需要散热的热量Q₂也会相应增加。同时，如果增湿器干入空气的温度限制较高，即增湿器要求较低的进气温度，为了满足增湿器的要求，需要对空气进行更多的制冷，从而导致中冷器的散热需求Q₂进一步增加。

基于以上关系，系统预先测试出了不同的环境温度下，空气压缩机流量/压比、增湿器干入温度限制与Q₂之间的关系地图map。因此，在获取到了空气压缩机流量/压比、增湿器干入温度限制参数之后，根据环境温度在该关系地图中进行查表，可以确定出中冷器需求散热量Q₂。

在一个实施例中，可以理解的，步骤206与步骤202、步骤204之间的执行顺序可以不做限定，比如可以同时执行步骤202与步骤206。

本实施例中，基于获取到的相关参数，通过利用相关的物理模型或者测试出来的相关对应关系地图，可以直接计算出来所需的燃料电池的需求散热量Q₁和中冷器需求散热量Q₂，提高了Q₁、Q₂的确认效率。

在一个实施例中，上述的散热器的需求散热量Q₃=Q₁+Q₂。燃料电池散热需求流量L₁表示为冷却液流经至燃料电池给燃料电池进行散热所需的流量，中冷器散热需求流量L₂表示为冷却液流经至中冷器给中冷器进行散热所需的流量。燃料电池系统中水泵的需求流量L₃与L₁和L₂正相关，具体的，L₃=L₁+L₂+L₄。其中，L₄为系统中的附加水流量，其包括电解质循环水、燃料供应系统中的水等额外的水流量。L₄可以是预先设定的一个固定流量，或者是根据实际情况自动确定的一个流量数值。

其中，燃料电池的散热需求流量L₁与其需求散热量Q₁以及相关的内部参数和外部参数相关；中冷器的散热需求流量L₂也与其需求散热量Q₂以及相关的内部参数和外部参数相关。该内部参数可为燃料电池温差需求dT₁、中冷器温差需求dT₃以及燃料电池和中冷器所采用冷却液的热容Cp₁。燃料电池温差需求dT₁通常而言是冷却液在燃料电池的入口处的温度和出口处的温度之间的差值需求，即流经燃料电池的冷却液入口和出口温度差需求。中冷器温差需求dT₃通常而言是冷却液在中冷器的入口处的温度和出口处的温度之间的差值需求，即流经中冷器的冷却液入口和出口温度差需求。

具体地，可根据预先设置的流量需求计算函数L₁=F(Q₁,Cp₁,dT₁)，L₂=F(Q₂,Cp₁,dT₃)。其中，L₁=Q₁/(Cp₁×dT₁)，L₂=Q₂/(Cp₁×dT₃)。基于此，可以计算出对应的L₁和L₂。

在一个实施例中，在计算出了L₁之后，可根据冷却液流经燃料电池的流量与在燃料电池处的流阻的关系，确定出该L₁对应的流阻Dp₁，再根据冷却液在中冷器处的流阻与流经中冷器的流量之间的关系，查找出该流阻Dp₁对应的中冷器流量，将查找出来的中冷器流量作为中冷器的散热需求流量L₂。

具体地，可预先建立冷却液在燃料电池处的流阻与流量的第一对应关系表，并建立冷却液在中冷器处的流阻与流量的第二对应关系表。举例来说，图5中示出了在某个外部环境（比如当前环境温度）下中冷器处的冷却液的流阻与流量的特性（图中的实线520，即第二对应关系）和燃料电池处的冷却液的流阻与流量的特性（图中的虚线510，即第一对应关系），根据该流阻特性曲线，可以确定在不同的流量下，冷却液在对应部件处的流阻Dp。比如在燃料电池处的流量为L₁时，可以确定其对应的流阻为Dp₁，在中冷器处的流量为L₂时，其对应的流阻为Dp₂，中冷器处的流阻为Dp₁时，其对应的流量为L₂’。

在一个实施例中，通过并联中冷器和燃料电池，使得燃料电池冷却液回路和中冷器冷却液回路中，冷却液在燃料电池处的流阻和在中冷器处的流阻相同。系统优先满足燃料电池的散热需求，在第一对应关系表中查找出L₁对应的Dp₁之后，可在第二对应关系表中查找该Dp₁所对应的中冷器的流量L₂’，进而将其作为L₂。

在一个实施例中，如图3所示，步骤108包括：

步骤302，确定在燃料电池处于L₁流量和中冷器处于L₂流量的情况下，散热器的散热能力Q₀。

本实施例中，散热器的散热能力与散热器流经流量以及相关的内部参数和/或外部参数相关。散热能力Q₀通常而言是一个散热能力范围，其包括最大散热量（或最大散热能力）Q_{0_max}和最小散热量（或最小散热能力）Q_{0_min}，即Q₀为一个处于Q_{0_min}、Q_{0_max}的散热能力范围。散热能力与散热器一侧流经的冷却液流量和风扇提供的散热风量相关，而风扇提供的风量能力与其风扇转速相关，其存在对应的最大风量和最小风量。在确定了L₁和L₂之后，可以确定散热器流经冷却液一侧的需求流量，即水泵的需求流量L₃，进而可以结合风扇的风量能力确定散热器的散热能力。

在一个实施例中，根据环境温度信息确定散热器的风侧流阻与风量的第三对应关系，获取风扇在不同转速下的风量与风侧流阻的第四对应关系，根据该第三对应关系和第四对应关系确定风扇在环境温度信息下的风量能力；根据L₁流量、L₂流量和风量能力确定散热器的散热能力Q₀。

具体的，可根据L₁和L₂确定L₃，根据L₃和风量能力确定出散热器的散热能力Q₀。

其中，与散热能力类似，风量能力L_fan同样也是一个风量范围，其包括最大风量L_{fan_max}和最小风量L_{fan_min}，该风量为散热器的进风量。系统预先根据所采用的风扇、散热器等部件的结构材料等信息，构建相关的仿真模型，或者进行测试，得到风扇的风量能力地图，即风扇在不同的转速下，风量与散热器的风侧流阻之间的关系。

散热器的风侧流阻是一个关于环境温度的函数，系统可预先构建不同环境下，散热器中流通的风量和风侧流阻之间的第三对应关系，形成相应的散热器风侧流阻与风量的曲线Dp(Tamb)和/或散热器风侧流阻与风量的对应关系表。通过所确定的环境信息可以查询得到当前环境温度下的散热器曲线Dp(Tamb)和/或对应关系表。

而风扇的性能则是通过一个流量（即风量）-流阻（即风侧流阻）特性曲线（通常称为地图map）来描述的，风扇在不同的转速下对应的特性曲线不同，基于该特性可形成第四对应关系。通过上述的第三对应关系和第四对应关系可以得到当前风扇的最大进风量L_{fan_max}和最小进风量L_{fan_min}。根据该风扇的风量能力可以确定散热器在对应的需求流量L₃所对应的散热能力Q₀。即可以根据最大进风量L_{fan_max}确定出对应的Q_{0_max}，根据最小进风量L_{fan_min}确定出对应的Q_{0_min}。

举例来说，如图6所示，其中的横坐标表示风侧流量，纵坐标表示风侧流阻。虚线610（即第三对应关系）为散热器在当前环境下的风侧流阻与风量的曲线Dp(Tamb)，实线（620、630等，即第四对应关系）为风扇在不同的转速下的风侧流阻与风量的曲线。同一条实线曲线为相同的转速。其中，实线620表示为风扇的最小转速对应的流阻与流量特性曲线，实线630表示风扇的最大转速对应的流阻与流量特性曲线。基于该地图，可以得到虚线和实线交叉点，其中交叉点中对应的横坐标即为风扇的风量（即“流量”）能力。其中曲线610和曲线620的交叉点的横坐标对应的数值最小，即为最小进风量L_{fan_min}，曲线610和曲线630的交叉点的横坐标对应的数值最大，即为最大进风量L_{fan_max}。而散热器的需求进风量（或期望进风量）L_fan_req通常处于该散热能力区间内。

如图7所示，以水作为冷却液为例进行说明，图中的横坐标为散热器风侧的风量，纵坐标为水侧流量，坐标中的矩形框700可为散热器散热能力与风量（风侧流量）和流量（即水侧流量）的关系地图。矩形框700中的同一条虚线表示相同的散热能力。可以理解的，通过该地图可以得知，散热器处于风量L_{fan_a}和水侧流量L_a的情况下，与散热器处于风量L_{fan_max}和水侧流量L_b的情况下，均对应于其中一条虚线710中，表示两种情况下散热器可以产生的散热量是相同的。

当确定出了水泵（或散热器）的需求流量为L₃、风量能力处于L_{fan_min}和L_{fan_max}时，可以确定散热器的散热能力处于对应的Q_{0_min}和Q_{0_max}之间。可以从该地图中通过对应的水泵的需求流量L₃、需求散热量Q₃查找到其对应的期望风量L_{fan_req}。

步骤304，根据燃料电池散热需求流量L₁、中冷器散热需求流量L₂、散热器的散热能力Q₀和需求散热量Q₃确定开关阀的期望开度k₁和风扇的期望转速v₂。

在一个实施例中，根据散热器的散热能力Q₀和需求散热量Q₃确定风扇的期望风量，根据该期望风量和对应的需求流量确定对应的期望转速v₂。

其中，可比较Q₃与Q₀的大小关系，基于该大小关系可以判定风扇在散热器处于L₃流量时，是否可以提供合适的风量来让散热器的散热量处于或接近Q₃。如果Q₃处于Q_{0_min}和Q_{0_max}之间，则判定为是，此时可直接根据相关对应关系确定出与Q₃、L₃相匹配的转速，将所匹配到的转速确定为期望转速v₂。比如图7所示，可以确定出Q₃处于Q_{0_min}和Q_{0_max}之间，则可以确定存在相匹配的合适的风量（即期望风量L_{fan_req}）。此时可继续根据该第三对应关系和第四对应关系确定出相匹配的期望转速v₂。比如图6中的曲线610和曲线640交叉点所对应的风扇的转速即为期望转速v₂。进而再根据L₁和L₂来确定开关阀的期望开度。其中，所确定的开关阀的期望开度可以使得通过调节水泵的转速时，流经燃料电池的流量达到L₁、流经中冷器的流量达到L₂。例如可直接将开关阀的最大开度作为期望开度k₁。

在另一个实施例中，根据散热器的散热能力Q₀和需求散热量Q₃确定开关阀的期望开度k₁，在k₁确定的前提下，根据燃料电池散热需求流量L₁、中冷器散热需求流量L₂和需求散热量Q₃确定风扇的期望风量，根据该期望风量和散热器风侧流量-流阻确定对应的期望转速v₂。其中，当Q₃处于Q_{0_min}和Q_{0_max}之间时，确定开关阀的期望开度为全开，此时可根据相关对应关系确定出与Q₃、L₃相匹配的转速，将所匹配到的转速确定为期望转速v₂。

当Q₃不处于Q_{0_min}和Q_{0_max}之间，比如Q₃<Q_{0_min}，则说明处于L₃流量下，当阀门开度为全开时，风扇即使提供最小的风量也仍然会导致燃料电池系统过度散热。此时可将风扇的期望转速确定为风扇的最小转速v_{2_min}，在确定了风扇的期望转速为最小转速之后，同样地，可以确定开关阀的期望开度k₁处于开至全闭内的范围，但不包括全闭，根据不同的需求散热量Q₃来调节开关阀的期望开度k₁。

反之，若Q₃>Q_{0_max}，则说明处于L₃流量下，当阀门开度为全开时，风扇即使提供最大的风量也仍然无法满足燃料电池系统的散热需求，此时可将风扇的期望转速确定为风扇的最大转速，以尽量提供最大的散热。同样地，可以将开关阀的开度也确定为最大开度。

通过进一步考虑散热器的散热能力和需求散热量的关系来确定风扇的转速和开关阀的开度，可以根据不同的情况提供合适风扇转速和开关阀的开度，以使得系统尽量处于最优工作状态。

步骤306，根据燃料电池散热需求流量L₁、中冷器散热需求流量L₂和开关阀的期望开度k₁确定水泵的期望转速v₁。

水泵的转速大小和开关阀的开度大小可以共同决定L₁、L₂和L₃，在首先确定了开关阀的开度之后，即可根据相关需求流量来确定对应的水泵的期望转速v₁，使得在水泵处于v₁、开关阀处于k₁的情况下，所产生的流量能够满足该L₁和L₂。

本实施例中，通过首先确定开关阀的开度，再结合开关阀的开度来确定水泵的转速，提高了系统中水泵转速、开关阀开度以及风扇转速的确定的效率和便利性。

在一个实施例中，步骤108包括：根据燃料电池散热需求流量L₁和中冷器散热需求流量L₂确定开关阀的期望开度k₁；根据开关阀的期望开度k₁确定相匹配的水泵的期望转速v₁。

具体的，根据L₁和L₂确定L₃。再根据L₃确定与开关阀相匹配的开度范围，从该开度范围中选取一个开度作为期望开度k₁，再根据该期望开度和L₃确定水泵的期望转速v₁。

不同的水泵转速和不同的开关阀开度可以形成相同的流量。因此，在确定了需求流量L₃之后，系统可从能够满足该流量L₃的开度范围内选取一个合适的开关阀的开度作为期望开度k₁，进而在该开度和对应的需求流量L₃的情况下，确定相匹配的水泵的转速作为期望转速v₁。

步骤108还包括：根据燃料电池散热需求流量L₁和中冷器散热需求流量L₂确定水泵的期望转速v₁；根据水泵的期望转速v₁确定相匹配的开关阀的期望开度k₁。

同样地，也可以先根据L₁和L₂确定L₃。再根据L₃确定与水泵转速相匹配的转速范围，从该转速范围中选取一个转速作为期望转速v₁，再根据该期望转速v₁和L₃确定开关阀的期望开度k₁。类似地，系统也可以首先从能够满足该流量L₃的水泵转速范围内选取一个合适的转速作为期望转速v₁，进而在该转速和对应的需求流量L₃的情况下，确定相匹配的开关阀的开度作为期望开度k₁。

具体的，系统可根据散热器流阻和开关阀流阻等建立燃料电池系统中开关阀处于不同开度的情况下，水泵的需求流量和流阻之间的第五对应关系。其中，散热器流阻表示冷却液在散热器处的流阻，开关阀流阻表示冷却液在开关阀处的流阻。根据水泵处于不同转速下，水泵的需求流量和流阻之间的第六对应关系。可首先根据L₃和第六对应关系确定与水泵转速相匹配的转速范围，从该转速范围中选取一个转速作为期望转速v₁，该期望转速对应一个相匹配的流阻，再根据该期望转速v₁和对应的流阻以及L₃确定开关阀的期望开度k₁。也可以首先根据L₃和第五对应关系确定与开关阀相匹配的开度范围，从该开度范围中选取一个开度作为期望开度k₁，该期望开度也对应一个相匹配的流阻，再根据该期望开度和L₃确定水泵的期望转速v₁。

举例来说，结合8和图9所示，图8和图9中的横坐标表示水泵的需求流量，纵坐标表示冷却液在水泵处的流阻。其中冷却液在水泵处的流阻为燃料电池系统中冷却液流经开关阀、散热器、燃料电池、中冷器等处的流阻之和。图8中的曲线（即第五对应关系）表示开关阀处于不同开度下，水泵的需求流量和冷却液流阻的对应关系，同一条曲线对应的开关阀的开度相同。在确定了相应的需求流量L₃后，可以从图8中查找出开关阀可以处于的开度范围。类似地，图9中的曲线（即第六对应关系）表示水泵处于不同转速下，水泵的需求流量和水泵处的冷却液流阻的对应关系，同一条曲线对应的水泵的转速相同。在确定了相应的需求流量L₃后，可以从图9中查找出水泵可以处于的转速范围。

比如可以最终确定水泵的期望转速v₁为水泵处于L₃流量时，对应的冷却液流阻为Dp₄下曲线910所表示的转速，由此确定开关阀的开度为水泵处于L₃流量时，对应的水泵处流阻为Dp₄下曲线810所表示的开度k₁。

上述的燃料电池温度控制方法，通过预先建立相应的流量计算模型、水泵的转速、风扇转速和开关阀开度的物理计算模型，并根据燃料电池系统中各相关部件的实际仿真测试，建立相应的流阻特性，这样，可以在根据内部参数和外部参数确定了燃料电池和中冷器的需求散热量之后，根据相关模型直接计算出水泵的期望转速v₁、风扇的期望转速v₂和开关阀的期望开度k₁，并按照这些期望的数值进行直接控制，从而使得整个燃料电池系统在运行时，可以快速地提供给到所需要的散热量或接近该需要的散热量，大大提高了系统的响应速度。

散热器可包括一个或多个。当包括多个散热器时，上述散热器的需求散热量Q₃可由多个散热器共同分担，即为多个散热器的需求散热量之和。

在一个实施例中，散热器包括第一散热器和第二散热器，第一散热器与第二散热器并联连接。散热能力Q₀包括最大散热量Q_{0_max}和最小散热量Q_{0_min}，散热能力Q₀是指单个散热器的散热能力。开关阀包括第一开关阀和第二开关阀，第一开关阀连接第一散热器，第二开关阀连接第二散热器。风扇包括为第一散热器提供散热的第一风扇和为第二散热器提供散热的第二风扇。

如图4中的第一散热器31和第二散热器32。第一散热器31和第二散热器32呈并联连接于冷却液循环回路中，共同对冷却液循环回路散热。第一风扇41为第一散热器31进行散热，第二风扇42为第二散热器32进行散热。第一开关阀51可为四通开关阀（简称“四通阀”），第二开关阀52可为三通开关阀（简称“三通阀”）。三通阀和四通阀形成的出口端与第一散热器31、第二散热器32和旁通路一一相连。三通阀包括一个入口端和两个出口端，四通阀包括两个入口端和两个出口端。三通阀的入口端f和四通阀的其中一个入口端g分别连接燃料电池系统中的冷却液循环回路（参考图4中的实线箭头回路）出燃料电池10后的出口，四通阀的另一个入口端c连接中冷器60的出口，三通阀的其中一个出口端b与第二散热器32相连，四通阀的一个出口端d与第一散热器31相连，另一个出口端e与旁通路相连。如此使得散热器、中冷器通过三通阀和/或四通阀连接于冷却液循环回路中，并形成相对独立的散热支路和中冷器支路。通过对三通阀和四通阀各个口的开闭及开度控制，可以实现不同的支路与冷却液循环回路的接入与否，以适应不同的工况。旁通路主要用于在需要时形成回路。

当仅有一个散热器时，燃料电池系统中可以仅包括如图4中的第一散热器31，不包括第二散热器32，同时也不包括协同第二散热器32进行散热和冷却液流动的三通阀和第二风扇42等相关部件。当有多个散热器时，各个散热器的散热能力相同，控制相应散热器的开关阀也是具有相同能力的开关阀。

在一个实施例中，步骤304包括：根据散热器的散热能力Q₀和需求散热量Q₃确定第一散热器承担的第一需求散热量Q_{3_1}和第二散热器承担的第二需求散热量Q_{3_2}；根据燃料电池散热需求流量L₁和中冷器散热需求流量L₂确定第一散热器承担的第一需求流量L_{3_1}和第一散热器承担的第二需求流量L_{3_2}；根据第一需求散热量Q_{3_1}和第一需求流量L_{3_1}确定第一风扇的第一期望转速v_{2_1}和第一开关阀的第一期望开度k_{1_1}；根据第二需求散热量Q_{3_2}和第二需求流量L_{3_2}确定第二风扇的第二期望转速v_{2_2}和第二开关阀的第二期望开度k_{1_2}。

步骤306包括：根据第一需求流量L_{3_1}、第二需求散热量L_{3_2}、第一期望开度k_{1_1}、第二期望开度k_{1_2}确定水泵的期望转速v₁。

当有多个散热器时，上述的散热器的散热能力可为各个散热器的散热能力。各个散热器分担的散热量可以相同，也可以不同。当由两个散热器均分散热需求时，单个散热器的需求散热量可为Q₃的一半。优选地，第二散热器32可用于在高散热需求时与第一散热器31共同进行时散热，在第一散热器31能够独立满足所有的散热需求时，可仅启动第一散热器。

在确定了采用哪些散热器分担多少散热量后，可进一步确定各个散热器所分担的冷却液流量，基于该散热器分担的散热量和冷却液流量，计算出对应的风扇的期望转速、开关阀的期望开度和水泵的期望转速。具体的，当有多个散热器时，Q₀为单个散热器的散热能力。

在一个实施例中，在包括第一散热器和第二散热器的情况下，步骤304包括：当Q_{0_min}<Q₃<Q_{0_max}时，或Q₃<Q_{0_min}时；确定第一需求散热量Q_{3_1}等于需求散热量Q₃，第二需求散热量Q_{3_2}等于0；第一需求流量L_{3_1}等于水泵需求流量L₃，第二需求流量L_{3_2}等于0；第一开关阀连通第一散热器，第二开关阀不连通第二散热器，第一开关阀的期望开度k₁处于全开至全闭内的范围，不包括全闭。此时仅采用第一散热器进行散热，第二散热器不承担散热。

进一步的，Q_{0_min}<Q₃<Q_{0_max}的情况下，上述的第一开关阀的期望开度k_{1_1}为全开，第一风扇的期望转速v_{2_1}为第一散热器流经的冷却液流量为水泵的需求流量L₃，且第一散热器的散热量满足需求散热量Q₃时所匹配的转速，第二风扇的期望转速v_{2_1}为0。

本实施例中，在Q_{0_min}<Q₃<Q_{0_max}的情况下，可以仅采用第一散热器进行散热，无需其他散热器及其对应的风扇和开关阀工作，可以简化系统的工作复杂度。且将开关阀的开度设置为全开时，使得风扇转速、水泵转速的计算更加简单，从而使系统调节更为简单容易。

在另一个实施例中，在包括第一散热器和第二散热器的情况下，步骤304包括：当Q₃>Q_{0_min}时，第一开关阀连通第一散热器，且第二开关阀连通第二散热器，第一开关阀的期望开度k_{1_1}、第二开关阀的期望开度k_{1_2}均处于全开至全闭内的范围，不包括全闭。

本实施例中，在需求散热量Q₃大于最小散热能力Q_{0_min}时，也可以开启两个散热器共同分担散热。两个散热器可以承担相同的散热量，也可以承担不同的散热量。可以按照预设的分配比例将需求散热量Q₃拆分成第一需求散热量Q_{3_1}和第二需求散热量Q_{3_2}。

当承担相同的散热量时，步骤304包括：当Q₃>Q_{0_min}时，第一散热器的需求散热量为Q_{3_1}等于第二散热器的需求散热量为Q_{3_2}，同时等于1/2需求散热量Q₃。

更优选的，第一需求流量L_{3_1}等于第二需求流量L_{3_2}，同时等于1/2水泵需求流量L₃；第一开关阀的期望开度k_{1_1}与第二开关阀的期望开度k_{1_2}相同，且均为全开。第一风扇的期望转速v_{2_1}和第二风扇的期望转速v_{2_2}相同，且第一风扇的期望转速v_{2_1}为第一散热器流经的冷却液流量为1/2水泵需求流量L₃，第一散热器的需求散热量为1/2需求散热量Q₃时所匹配的转速。

在一个实施例中，在包括第一散热器和第二散热器的情况下，当Q₃>Q_{0_max}时，此时采用单个散热器难以满足整体的散热需求。可优先采用第一散热器承担最大的散热量，而第二散热器承担剩余需要分担的散热量，基于此来确定各个开关阀、风扇、水泵的相关数值。

在本实施例中，步骤304包括：当Q₃>Q_{0_max}时，确定第一需求散热量Q_{3_1}等于单个散热器最大散热能力Q_{0_max}，第二需求散热量Q_{3_2}=Q₃-Q_{0_max}；根据第二需求散热量Q_{3_2}确定第二需求流量L_{3_2}，第一需求流量L_{3_1}=L₃-L_{3_2}；第一开关阀的期望开度k_{1_1}与第二开关阀的期望开度k_{1_2}相同，且均为全开；第一风扇的期望转速v_{2_1}为风扇最大转速，第二风扇的期望转速v_{2_2}为第二散热器流经的冷却液流量为上述L_{3_2}，第二散热器的需求散热量为上述Q_{3_2}时所匹配的转速。

本实施例中，在Q₃>Q_{0_max}时，通过设置优先采用第一散热器进行散热，并在Q₃>Q_{0_max}时，使第一散热器处于最大散热能力，这样，后续在出现了散热需求变化时，仅需要调整第二散热器承担的散热量即可，提高了两个散热器的散热量分担调节的便利性。

在一个实施例中，电池工作参数信息包括燃料电池的工作温度和工作温度变化速率。在步骤110之后，还包括：当工作温度超出第一温度范围时，返回重新执行根据内部参数信息和外部参数信息确定燃料电池的需求散热量Q₁和中冷器需求散热量Q₂；当工作温度处于第一温度范围时，对预设的散热需求模型中的输出参数进行调整，根据调整后的输出参数调整水泵的转速、风扇的转速和开关阀的开度。

本实施例中，根据上述步骤直接计算出来的k₁、v₁和v₂可能并不一定能够十分精确地使得燃料电池控制系统维持在一个理想的工作状态，其可能处于接近理想工作状态，导致其工作温度虽然处于合适的工作温度范围，但可能仍然存在一些波动，或者甚至导致其工作温度直接超出了合适的工作温度范围。

因此，在步骤110之后，系统还进一步实时检测其工作温度和工作温度变化速率是否处于合适的波动范围，并根据检测结果对水泵、风扇和开关阀进行调整。

具体地，可在步骤110之后，经过了预设时长后，开始检测工作温度是否超过第一温度范围，检测工作温度变化速率是否超过第一速率。其中，第一温度范围可为预设的合适的范围，比如直接为燃料电池合适的工作温度范围，或者该第一温度范围为处于燃料电池合适的工作温度范围之内任意合适的范围，和/或还可以为根据燃料电池期望工作温度T₀所确定的合适的温度范围。其中，预设时长可为10秒、20秒、1分钟等任意合适的时长，通过预留预设时长来使得调整后的水泵转速、开关阀的开度和风扇转速对燃料电池系统的温度调整起到良好的作用。第一速率表示预设的一个具体的温度变化速率数值，温度变化速率表示燃料电池的工作温度在单位时间内的差值，其单位可为摄氏度/秒(℃/s)，第一速率比如可设置为3℃/s、5℃/s、10℃/s等任意合适的数值。

举例来说，燃料电池合适的工作温度范围可为T_{_min}~T_{_max}，燃料电池期望工作温度T₀则处于T_{_min}和T_{_max}之间。第一温度范围可为a₁×T_{_min}~a₂×T_{_max}，还可以为b₁×T₀~b₂×T₀。其中，a₁为大于1的任意合适的系数，比如为1.1、1.2、1.5、2.0等，a₂为小于1的任意合适的系数，比如为0.5、0.7、0.9等，b₁为小于1的任意合适的系数，b₂为大于1的任意合适的系数。进一步地，该b₁×T₀>T_{_min}，b₂×T₀<T_{_max}。当该工作温度处于对应的第一温度范围时，说明控制水泵、风扇和开关阀等处于对应的期望状态下，对燃料电池的工作温度起到了有用的调整。此时，可采用另外预设的散热需求模型进行输出参数调整，通过调整输出参数，从而实现对水泵的转速、风扇的转速和开关阀的开度的调节。其中，该调节可为微调，使得燃料电池工作状态在该第一温度范围内处于更接近理想的工作状态，比如更加地接近该期望工作温度T₀。其中，输出参数包括一个或多个。输出参数可为直接或间接影响水泵的转速、风扇的转速和阀门的开度的参数，比如输出参数可直接为水泵的转速、风扇的转速和阀门的开度。

反之，当工作温度超出第一温度范围，则说明前述步骤中所确定的v₁、v₂和k₁已经不适合燃料电池的理想工作状态，或者偏离了期望工作温度过多，此时可以重新开始执行上述的步骤102，重新确定相应的v₁、v₂和k₁，从而实现快速地使燃料电池处于合适的工作状态。

在一个实施例中，除了考虑工作温度自身所处的温度范围之外，也还可以考虑工作温度的变化速率的大小。具体地，上述方法在步骤110之后，还包括：当工作温度超出第一温度范围，和/或工作温度变化速率超过第一速率时，返回重新执行根据内部参数信息和外部参数信息确定燃料电池的需求散热量Q₁和中冷器需求散热量Q₂；当工作温度处于第一温度范围，且工作温度变化速率小于第一速率时，对预设的散热需求模型中的输出参数进行调整，根据调整后的输出参数调整水泵的转速、风扇的转速和开关阀的开度。

其中，温度变化速率可为当前时刻的工作温度与上一时刻的工作温度的差值的绝对值。上一时刻可为单位更新周期下的时刻，比如可按照每秒更新一次的频率进行更新，则上一时刻即为上一秒的时刻。系统可基于此计算出温度变化速率。第一速率可为系统预设的任意合适的数值。

类似地，当温度变化速率超过第一速率时，则说明工作温度的波动范围过大，此时同样返回继续执行步骤102，重新确定k₁、v₁和v₂。如果温度变化速率小于第一速率，则说明工作温度的波动范围不大，则继续根据散热需求模型对水泵的转速、风扇的转速和开关阀的开度等进行微调。

本实施例中，通过进一步考虑温度变化速率，使得可以控制燃料电池的工作温度更加平稳地处于合适的工作温度。

在一个实施例中，散热需求模型可为模糊控制模型或者PI（比例积分）或PID（比例积分微分）控制模型等任意合适的模型。

举例来说，以散热需求模型为PI控制模型为例，该输出参数可为比例控制参数、积分控制参数、输出信号等其中的一种或多种。当确定采用PI控制模型进行控制时，可计算工作温度与T₀之间的具体差值，结合该差值和/或工作温度变化速率，基于此确定对其中的积分项参数、比例项参数以及最终的控制输出信号的调整数值，基于此实现对v₁、v₂和k₁的调节。

再举例来说，以散热需求模型为模糊控制模型为例，该输出参数即为调整系数。系统预先设置了调整系数，调整系数与温度变化速率和工作温度相关，不同的温度变化速率和工作温度对应不同的调整系数。通过根据该温度变化速率和工作温度得出调整系数之后，基于该调整系数来调整对应的水泵的转速、风扇的转速和开关阀的开度。

比如该调整系数可为对应的百分比，该百分比可为处于-100%~100%的范围内，表示所控制对应的部件的增量百分比。调整系数可以具有多个，比如其中一个调整系数a对应水泵的转速，调整系数b对应风扇的转速，调整系数c对应开关阀的开度。当确定的调整系数a为10%时，即表示将水泵的转速增大10%。基于该模糊控制，可以更加精细化地将燃料电池系统控制在合适的工作温度环境下。

在一个实施例中，对预设的散热需求模型中的输出参数进行调整，根据调整后的输出参数调整水泵的转速、风扇的转速和开关阀的开度，包括：当确定需要增加散热器的散热量或需求流量时，优先选取开关阀的开度进行调整，当开关阀的开度达到了最大值时，选取水泵的转速进行调整；当确定需要减小散热器的散热量时，优先选取水泵的转速进行调整，当水泵的转速达到了最小值时，选取开关阀的开度进行调整。

其中，当检测到工作温度虽然处于第一温度范围，但其正处于上升趋势时，或处于上升且超过了期望工作温度时，判定需要增加散热器的散热量或需求流量。当检测到工作温度虽然处于第一温度范围，但其正处于下降趋势时，或处于下降且低于期望工作温度时，判定需要减小散热器的散热量或需求流量。

在需要增加散热量或需求流量的情况下，上述的调整参数的调整优先级别从高到低分别为：开关阀的开度和水泵的转速。在需要降低散热量或需求流量的情况下，上述的调整参数的优先级别从高到低分别为水泵的转速和开关阀的开度。可以理解的，调整的优先级还可以根据其他情况进行适应性调整。

在一个实施例中，当识别出需要增加散热量或需求流量时，可检测开关阀的开度是否达到了最大值，若未达到最大值，则根据该输出参数仅调节阀门的开度，水泵的转速保持不变；若达到了最大值，则保持开关阀的开度为最大值，并调整水泵的转速。当识别出需要降低散热量或需求流量时，可检测水泵的转速是否达到了最小值，若未达到最小值，则根据该输出参数仅调节水泵的转速，保持开关阀的开度不变；若达到了最小值，则保持水泵的转速不变，并根据该输出参数调整开关阀的开度。

优选地，在需要增加散热量或需求流量时，开关阀中可优先调整第一开关阀的开度；在需要降低散热量或需求流量时，开关阀中可优先调整第二开关阀的开度。

通过合理设置不同调整参数的优先级别，可以在不同的散热需求或流量需求下，灵活地调整燃料电池系统的散热能力，从而达到优化控制的效果。例如，在高负荷工况下需要增加散热能力或流量以保持燃料电池系统的稳定性时，通过优先调整开关阀的开度来增强散热效果；而在低负荷工况下需要降低散热能力以提高系统效率时，通过优先调整水泵的转速来减少散热效果。这样的优化控制可以在不同工况下提高燃料电池系统的性能和可靠性。

在一个实施例中，如图10所示，提供了大功率燃料电池温度控制方法，该方法包括：

步骤1002，获取燃料电池所处的内部参数信息和外部参数信息。

步骤1004，根据内部参数信息和外部参数信息确定燃料电池的需求散热量Q₁和中冷器需求散热量Q₂。

具体的，可根据获取的当前电流I、电堆片数N、单片电堆的电压U、液态水比例Pct、燃料电池热容Cp₂、燃料电池期望工作温度T₀，电堆质量M₀、燃料电池当前工作温度T₁等参数信息，利用预先设置的上述的燃料电池的产热量H₁计算函数和燃料电池的温升吸热量H₂计算函数计算出相应的需求散热量Q₁。其中，Q₁=H₁-H₂。

根据空气压缩机参数信息、增湿器参数信息和环境温度信息进行查表，确定出中冷器需求散热量Q₂。

步骤1006，根据燃料电池的需求散热量Q₁和中冷器需求散热量Q₂计算出散热器的需求散热量Q₃。

具体的，散热器的需求散热量Q₃与Q₁和Q₂均正相关，其中Q₃=Q₁+Q₂。

步骤1008，根据内部参数信息、外部参数信息和燃料电池的需求散热量Q₁确定出燃料电池的散热需求流量L₁。

具体的，可根据所获取的相关参数Q₁、Cp₁、dT₁，根据公式L₁=Q₁/(Cp₁×dT₁)计算出燃料电池的散热需求流量L₁。

步骤1010，确定与燃料电池的散热需求流量L₁对应的燃料电池流阻，根据燃料电池流阻确定对应的中冷器散热需求流量L₂。

燃料电池流阻表示冷却液流经燃料电池时的流阻。可选地，参考图5所示，在计算出了L₁之后，可根据第一对应关系查询处于L₁下相应的燃料电池流阻值Dp₁，进而在上述的第二对应关系中查询燃料电池流阻值Dp₁对应的中冷器流量，将所查询到的流量作为中冷器散热需求流量L₂。其中，通过并联中冷器和燃料电池，使得燃料电池冷却液回路和中冷器冷却液回路中，冷却液在燃料电池处的流阻和在中冷器处的流阻相同。

步骤1012，根据燃料电池的散热需求流量L₁和中冷器散热需求流量L₂确定水泵的需求流量L₃。其中，L₃=L₁+L₂+L₄。

步骤1014，确定散热器在需求流量L₃的情况下的散热能力Q₀。

其中，结合图6和图7所示，第三对应关系散热器中流通的风量和风侧流阻与散热量之间对应关系，第四对应关系为风扇的转速与风量和风侧流阻的对应关系。基于以上信息可以确定出风扇的期望转速，并且可以获知在处于L₃流量时，风扇处于不同风量下，散热器的散热能力Q₀。

步骤1016，根据燃料电池散热需求流量L₁、中冷器散热需求流量L₂、散热器的散热能力Q₀和需求散热量Q₃确定开关阀的期望开度k₁和风扇的期望转速v₂。

具体的，当Q₃<Q_{0_min}时，确定风扇的期望转速v₂为风扇的最小转速v_{2_min}，确定开关阀的期望开度k₁处于全开至全闭内的范围，不包括全闭。

当Q₃>Q_{0_min}，确定开关阀的期望开度k₁处于全开的开度。期望转速v₂可为散热器散热量处于Q₃、流经冷却液的流量为L₃时所对应的转速。

在一个实施例中，当存在多个散热器和/或多个风扇时，可根据L₃、Q₃、Q₀分别确定每个散热器所承担的散热量和流经的流量以及各个开关阀的开度，进而再根据对应每个风扇和散热器的第三对应关系、第四对应关系确定出每个风扇的期望转速。

步骤1018，根据燃料电池散热需求流量L₁、中冷器散热需求流量L₂和开关阀的期望开度k₁确定水泵的期望转速v₁。

在确定了开关阀的期望开度后，根据该相关开度和需求流量Q₃，结合图8和图9中的第五对应关系和第六对应关系，确定出相匹配的水泵的期望转速。

步骤1020，将水泵的转速调整至期望转速v₁，将风扇的转速调整至期望转速v₂，将开关阀的开度调整至期望开度k₁。

上述的部分步骤之间的执行顺序可以不做限定，比如上述步骤1006和步骤1008可以并行执行，也可以先执行步骤1006，再执行步骤1008。

本申请中的大功率燃料电池温度控制方法，可以根据相关的物理计算模型，根据外部参数和内部参数直接确定了燃料电池系统所需的散热量和流量，进而结合该散热量、流量和相关物理计算模型直接控制水泵的转速、开关阀的开度和风扇的转速，使得其能够满足燃料电池系统工作所需的散热量和流量，可以快速直接地使燃料电池系统维持在目标工作状态。

在一个实施例中，如图11所示，提供了一种燃料电池温度控制装置，具体可为一种大功率燃料电池温度控制装置。该装置包括：

参数信息获取模块1102，用于获取燃料电池所处的内部参数信息和外部参数信息。

需求确定模块1104，用于根据内部参数信息和外部参数信息确定燃料电池的需求散热量Q₁和中冷器需求散热量Q₂；根据内部参数信息、外部参数信息、燃料电池的需求散热量Q₁和中冷器需求散热量Q₂计算出燃料电池散热需求流量L₁和中冷器散热需求流量L₂；根据燃料电池散热需求流量L₁、中冷器散热需求流量L₂、燃料电池的需求散热量Q₁和中冷器需求散热量Q₂确定水泵的期望转速v₁、风扇的期望转速v₂和开关阀的期望开度k₁。

调整模块1106，用于将水泵的转速调整至期望转速v₁，将风扇的转速调整至期望转速v₂，将开关阀的开度调整至期望开度k₁。

在一个实施例中，需求确定模块1104还用于根据燃料电池的需求散热量Q₁和中冷器需求散热量Q₂计算出散热器的需求散热量Q₃；确定在燃料电池处于L₁流量和中冷器处于L₂流量的情况下，散热器的散热能力Q₀；散热器的散热能力Q₀为一个处于最小散热能力为Q_{0_min}、最大散热能力为Q_{0_max}的散热能力范围；根据燃料电池散热需求流量L₁、中冷器散热需求流量L₂、散热器的散热能力Q₀和需求散热量Q₃确定开关阀的期望开度k₁和风扇的期望转速v₂；根据燃料电池散热需求流量L₁、中冷器散热需求流量L₂和开关阀的期望开度k₁确定水泵的期望转速v₁。

在一个实施例中，外部参数信息包括环境温度信息。需求确定模块1104还用于根据环境温度信息与风扇的风量能力地图查询出风扇在环境温度信息下的风量能力；根据L₁流量、L₂流量和风量能力确定散热器的散热能力Q₀。

在一个实施例中，需求确定模块1104还用于当Q₃<Q_{0_min}时，确定风扇的期望转速v₂为风扇的最小转速v_{2_min}，确定开关阀的期望开度k₁处于全开至全闭内的范围，不包括全闭。

在一个实施例中，散热器包括第一散热器和第二散热器，风扇包括为第一散热器提供散热的第一风扇和为第二散热器提供散热的第二风扇，开关阀包括第一开关阀和第二开关阀，第一开关阀连接第一散热器，第二开关阀连接第二散热器，第一散热器与第二散热器并联连接，散热器的散热能力Q₀指单个散热器的散热能力。

在一个实施例中，需求确定模块1104还用于当Q_{0_min}<Q₃<Q_{0_max}时，第一开关阀连通第一散热器，第二开关阀不连通第二散热器，第一开关阀的期望开度k₁处于全开至全闭内的范围，不包括全闭。

在一个实施例中，第一开关阀的期望开度k₁为全开，第一风扇的期望转速v_{2_1}为第一散热器流经的冷却液流量同时满足燃料电池散热需求流量L₁和中冷器散热需求流量L₂，且第一散热器的散热量满足需求散热量Q₃时所匹配的转速，第二风扇的期望转速v_{2_1}为0。

在一个实施例中，需求确定模块1104还用于当Q₃>Q_{0_min}时，第一开关阀连通第一散热器，且第二开关阀连通第二散热器，第一开关阀的期望开度k_{1_1}、第二开关阀的期望开度k_{1_2}均处于全开至全闭内的范围，不包括全闭。

在一个实施例中，第一散热器的期望开度k_{1_1}与第二散热器的期望开度k_{1_1}相同，第一风扇的期望转速v_{2_1}和第二风扇的期望转速v_{2_2}相同。

在一个实施例中，当Q₃>Q_{0_max}时，第一开关阀的期望开度k_{1_1}为全开的开度，第二开关阀的期望开度k_{1_2}处于全开至全闭内的范围，不包括全闭；第一风扇的期望转速v_{2_1}为第一散热器在第一开关阀处于期望开度k_{1_1}时所承担的散热量和流经的冷却液流量下相匹配的转速；第二风扇的期望转速v_{2_2}为第二散热器在第二开关阀处于期望开度k_{1_2}时所承担的散热量和流经的冷却液流量下相匹配的转速。

在一个实施例中，内部参数信息包括电池基本参数信息、电池工作参数信息、空气压缩机参数信息和增湿器参数信息，外部参数信息包括环境温度信息。需求确定模块1104还用于根据电池基本参数信息和电池工作参数信息计算出燃料电池的产热量和燃料电池的温升吸热量；根据产热量和温升吸热量计算出燃料电池的需求散热量Q₁；根据空气压缩机参数信息、增湿器参数信息和环境温度信息进行查表，确定出中冷器需求散热量Q₂。

在一个实施例中，需求散热量Q₃与燃料电池的需求散热量Q₁和中冷器需求散热量Q₂正相关，燃料电池散热需求流量L₁和燃料电池的需求散热量Q₁正相关，中冷器散热需求流量L₂和中冷器需求散热量Q₂正相关。

在一个实施例中，电池工作参数信息包括燃料电池的工作温度和工作温度变化速率。

参数信息获取模块1102还用于检测工作温度是否超出第一温度范围，和/或检测工作温度变化速率超过第一速率；当工作温度超出第一温度范围，和/或工作温度变化速率超过第一速率时，根据内部参数信息和外部参数信息确定燃料电池的需求散热量Q₁和中冷器需求散热量Q₂。

调整模块1106还用于当工作温度处于第一温度范围，且工作温度变化速率小于第一速率时，对预设的散热需求模型中的输出参数进行调整，根据调整后的输出参数调整水泵的转速、风扇的转速和开关阀的开度。

在一个实施例中，还提供了一种车辆，该车辆包括上述的燃料电池、散热器、中冷器和风扇，以及上述的燃料电池温度控制装置。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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：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申请各实施例技术方案的范围。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本申请的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在上面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本申请的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

Claims (12)

1.一种大功率燃料电池温度控制方法，其特征在于，所述方法包括：

获取燃料电池所处的内部参数信息和外部参数信息，所述内部参数信息包括电池基本参数信息、电池工作参数信息、空气压缩机参数信息和增湿器参数信息，所述外部参数信息包括环境温度信息；

根据所述内部参数信息和所述外部参数信息确定所述燃料电池的需求散热量Q₁和中冷器需求散热量Q₂，包括：根据所述电池基本参数信息和所述电池工作参数信息计算出所述燃料电池的产热量和所述燃料电池的温升吸热量，根据所述产热量和所述温升吸热量计算出所述燃料电池的需求散热量Q₁，根据所述空气压缩机参数信息、增湿器参数信息和所述环境温度信息进行查表，确定出所述中冷器需求散热量Q₂；

根据所述内部参数信息、所述外部参数信息、所述燃料电池的需求散热量Q₁和所述中冷器需求散热量Q₂计算出燃料电池散热需求流量L₁和所述中冷器散热需求流量L₂；

根据所述燃料电池散热需求流量L₁、所述中冷器散热需求流量L₂、所述燃料电池的需求散热量Q₁和所述中冷器需求散热量Q₂确定水泵的期望转速v₁、风扇的期望转速v₂和开关阀的期望开度k₁；

将所述水泵的转速调整至所述期望转速v₁，将所述风扇的转速调整至所述期望转速v₂，将所述开关阀的开度调整至所述期望开度k₁。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述根据所述燃料电池散热需求流量L₁、所述中冷器散热需求流量L₂、所述燃料电池的需求散热量Q₁和所述中冷器需求散热量Q₂确定水泵的期望转速v₁、风扇的期望转速v₂和开关阀的期望开度k₁之前，所述方法还包括：根据所述燃料电池的需求散热量Q₁和所述中冷器需求散热量Q₂计算出散热器的需求散热量Q₃；

所述根据所述燃料电池散热需求流量L₁、所述中冷器散热需求流量L₂、所述燃料电池的需求散热量Q₁和所述中冷器需求散热量Q₂确定水泵的期望转速v₁、风扇的期望转速v₂和开关阀的期望开度k₁，包括：

确定在所述燃料电池处于L₁流量和所述中冷器处于L₂流量的情况下，所述散热器的散热能力Q₀；所述散热器的散热能力Q₀为一个处于最小散热能力为Q_{0_min}、最大散热能力为Q_{0_max}的散热能力范围；

根据所述燃料电池散热需求流量L₁、所述中冷器散热需求流量L₂、所述散热器的散热能力Q₀和所述需求散热量Q₃确定所述开关阀的期望开度k₁和所述风扇的期望转速v₂；

根据所述燃料电池散热需求流量L₁、所述中冷器散热需求流量L₂和所述开关阀的期望开度k₁确定所述水泵的期望转速v₁。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述确定在所述燃料电池处于L₁流量和所述中冷器处于L₂流量的情况下，所述散热器的散热能力Q₀，包括：

根据环境温度信息与所述风扇的风量能力地图查询出所述风扇在所述环境温度信息下的风量能力；

根据所述L₁流量、所述L₂流量和所述风量能力确定所述散热器的散热能力Q₀。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述燃料电池散热需求流量L₁、所述中冷器散热需求流量L₂、所述散热器的散热能力Q₀和所述需求散热量Q₃确定所述开关阀的期望开度k₁和所述风扇的期望转速v₂，包括：当Q₃<Q_{0_min}时，确定所述风扇的期望转速v₂为所述风扇的最小转速v_{2_min}，确定所述开关阀的期望开度k₁处于全开至全闭内的范围，不包括全闭。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述散热器包括第一散热器和第二散热器，所述风扇包括为所述第一散热器提供散热的第一风扇和为所述第二散热器提供散热的第二风扇，所述开关阀包括第一开关阀和第二开关阀，所述第一开关阀连接所述第一散热器，所述第二开关阀连接所述第二散热器，所述第一散热器与所述第二散热器并联连接，所述散热器的散热能力Q₀指单个散热器的散热能力；

所述根据所述燃料电池散热需求流量L₁、所述中冷器散热需求流量L₂、所述散热器的散热能力Q₀和所述需求散热量Q₃确定所述开关阀的期望开度k₁和所述风扇的期望转速v₂，包括：

当Q_{0_min}<Q₃<Q_{0_max}时，所述第一开关阀连通所述第一散热器，所述第二开关阀不连通所述第二散热器，所述第一开关阀的期望开度k₁处于全开至全闭内的范围，不包括全闭。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一开关阀的期望开度k₁为全开，所述第一风扇的期望转速v_{2_1}为所述第一散热器流经的冷却液流量同时满足所述燃料电池散热需求流量L₁和所述中冷器散热需求流量L₂，且所述第一散热器的散热量满足所述需求散热量Q₃时所匹配的转速，所述第二风扇的期望转速v_{2_1}为0。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述散热器包括第一散热器和第二散热器，所述风扇包括为所述第一散热器提供散热的第一风扇和为所述第二散热器提供散热的第二风扇，所述开关阀包括第一开关阀和第二开关阀，所述第一开关阀连接所述第一散热器，所述第二开关阀连接所述第二散热器，所述第一散热器与所述第二散热器并联连接，所述散热器的散热能力Q₀指单个散热器的散热能力；

所述根据所述燃料电池散热需求流量L₁、所述中冷器散热需求流量L₂、所述散热器的散热能力Q₀和所述需求散热量Q₃确定所述开关阀的期望开度k₁和所述风扇的期望转速v₂，包括：

当Q₃ >Q_{0_min}时，所述第一开关阀连通所述第一散热器，且所述第二开关阀连通所述第二散热器，第一开关阀的期望开度k_{1_1}、第二开关阀的期望开度k_{1_2}均处于全开至全闭内的范围，不包括全闭。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一散热器的期望开度k_{1_1}与所述第二散热器的期望开度k_{1_1}相同，所述第一风扇的期望转速v_{2_1}和所述第二风扇的期望转速v_{2_2}相同。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，当Q₃ >Q_{0_max}时，所述第一开关阀的期望开度k_{1_1}为全开的开度，所述第二开关阀的期望开度k_{1_2}处于全开至全闭内的范围，不包括全闭；

所述第一风扇的期望转速v_{2_1}为所述第一散热器在所述第一开关阀处于所述期望开度k_{1_1}时所承担的散热量和流经的冷却液流量下相匹配的转速；

所述第二风扇的期望转速v_{2_2}为所述第二散热器在所述第二开关阀处于所述期望开度k_{1_2}时所承担的散热量和流经的冷却液流量下相匹配的转速。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，所述电池工作参数信息包括所述燃料电池的工作温度和工作温度变化速率；

在所述将所述开关阀的开度调整至所述期望开度k₁之后，还包括：

当所述工作温度超出第一温度范围，和/或所述工作温度变化速率超过第一速率时，返回重新执行所述根据所述内部参数信息和所述外部参数信息确定所述燃料电池的需求散热量Q₁和中冷器需求散热量Q₂；

当所述工作温度处于第一温度范围，且所述工作温度变化速率小于第一速率时，对预设的散热需求模型中的输出参数进行调整，根据调整后的输出参数调整所述水泵的转速、风扇的转速和开关阀的开度。

11.一种大功率燃料电池温度控制装置，其特征在于，所述装置包括：

参数信息获取模块，用于获取燃料电池所处的内部参数信息和外部参数信息，所述内部参数信息包括电池基本参数信息、电池工作参数信息、空气压缩机参数信息和增湿器参数信息，所述外部参数信息包括环境温度信息；

需求确定模块，用于根据所述内部参数信息和所述外部参数信息确定所述燃料电池的需求散热量Q₁和中冷器需求散热量Q₂；根据所述内部参数信息、所述外部参数信息、所述燃料电池的需求散热量Q₁和所述中冷器需求散热量Q₂计算出燃料电池散热需求流量L₁和所述中冷器散热需求流量L₂；根据所述燃料电池散热需求流量L₁、所述中冷器散热需求流量L₂、所述燃料电池的需求散热量Q₁和所述中冷器需求散热量Q₂确定水泵的期望转速v₁、风扇的期望转速v₂和开关阀的期望开度k₁；

调整模块，用于将所述水泵的转速调整至所述期望转速v₁，将所述风扇的转速调整至所述期望转速v₂，将所述开关阀的开度调整至所述期望开度k₁；

所述需求确定模块还用于根据所述电池基本参数信息和所述电池工作参数信息计算出所述燃料电池的产热量和所述燃料电池的温升吸热量，根据所述产热量和所述温升吸热量计算出所述燃料电池的需求散热量Q₁，根据所述空气压缩机参数信息、增湿器参数信息和所述环境温度信息进行查表，确定出所述中冷器需求散热量Q₂。

12.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括燃料电池、散热器、中冷器和风扇，以及权利要求11所述的大功率燃料电池温度控制装置。

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