CN116364969B - 大功率燃料电池相变散热系统、方法、车辆和存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种大功率燃料电池相变散热系统、方法、车辆和存储介质，属于电池控制技术领域。该方法包括：确定车辆的当前散热需求量；确定车辆的散热器当前散热量和最大散热量；在当前散热量达到最大散热量的第一比例且小于当前散热需求量时，获取散热器的高温部温度；当高温部温度超过第二温度阈值时，根据当前散热需求量和当前散热量计算出所需的相变散热量；基于相变散热量控制相变散热系统中的喷洒部的喷雾量，使得从喷洒部中喷出的水雾流经散热器后经过相变所吸收的热量达到相变散热量。本申请通过利用燃料电池所产生的水来提供相变散热，可以减轻散热器自身的散热压力，并降低了散热成本。
Description
技术领域
本申请涉及电池控制技术领域，尤其涉及一种大功率燃料电池相变散热系统、方法、车辆和存储介质。
背景技术
燃料电池动力汽车在工作时会产生大量的热量，需要通过散热器将其排出。如果热量不能及时散发，会导致燃料电池温度升高，可能会损坏燃料电池堆，并且会对整个车辆的性能和寿命产生负面影响。
燃料电池需要散出的热量取决于车辆的使用条件、燃料电池系统的设计以及散热器的散热能力等多种因素。在环境温度过高、燃料电池负载过大等特殊场景时，会导致车辆的散热能力跟不上使车辆以及燃料电池保持在良好性能的环境下所需要的散热需求。而大功率燃料电池系统中对于散热需求更大。
对于这种情况，传统技术要么是加大车辆中冷却回路的供应流量，要么是增加新的相变材料，利用该相变材料通过散热器的产生相变来对车辆进行散热。然而流量供应通常是有上限的，超过这一上限要么需要答复提高散热成本，要么难以达到良好的散热效果；采用相变材料散热的话，相变材料相变后需要使其散热回到相变前同样又需要对相变材料进行散热，也会提高车辆散热的复杂度或散热成本。
发明内容
本申请的目的在于提供一种大功率燃料电池相变散热系统、方法、车辆和存储介质，以解决上述至少一种问题。
本申请第一方面，提供了一种燃料电池相变散热系统，所述系统包括：
控制器、风扇、输水管路、位于所述输水管路供水端的燃料电池电堆组、依次处于所述供水端下游的储水部、水泵和喷洒部；
所述燃料电池电堆组工作产生的水通过所述储水部的进水端流入所述储水部；
所述储水部的出水端连接所述水泵；
所述水泵处于所述储水部的出水端，用于将所述储水部中的水通过所述输水管路泵送至所述喷洒部；
所述喷洒部处于散热器和所述风扇的中间，用于将流经的水以水雾的形态喷洒至散热器，并对所述散热器进行相变散热，使所述流经的水汽化排出；
所述风扇用于将所述喷洒部喷出的水雾吹送至所述散热器；
所述控制器用于当所述散热器的高温部温度超过第一温度阈值时，控制所述水泵、所述喷洒部和所述风扇的工作状态，从而控制从所述输水管路供应的水对所述散热器进行相变散热所吸收的热量。
在其中一个实施例中，所述系统还包括：
第一开关阀，位于所述燃料电池电堆组和所述储水部之间，用于控制所述燃料电池电堆组产生的水流入所述储水部内；
第二开关阀，位于所述储水部底部，用于控制所述储水部内的水排出；
液位传感器，处于所述储水部内部，用于检测所述储水部内的水位高度；
所述控制器还用于根据所述液位传感器检测到的所述水位高度来控制所述第二开关阀的工作状态。
在其中一个实施例中，所述系统还包括：当所述水位高度达到第一高度阈值时，所述控制器控制所述第二开关阀的开启，将所述储水部内的水导入至所述燃料电池电堆组的加湿系统中。
在其中一个实施例中，所述系统还包括：
中冷器，处于所述第一开关阀与所述燃料电池电堆组之间，用于对从所述燃料电池电堆组中产生出来的水进行冷却；
止回阀，处于所述水泵与所述喷洒部之间，用于防止所述流经的水反向流入所述储水部；
开度调节阀，处于所述止回阀与所述喷洒部之间，用于调节所述流经的水的流量；
温压传感器，处于所述开度调节阀与所述喷洒部之间，用于测量所述流经的水的温度和压力。
本申请第二方面，提供了一种燃料电池相变散热方法，所述方法包括：
确定车辆的当前散热需求量；
确定所述车辆的散热器当前散热量和最大散热量；
在所述当前散热量达到所述最大散热量的第一比例且小于所述当前散热需求量时，获取所述散热器的高温部温度；
当所述高温部温度超过第二温度阈值时，根据所述当前散热需求量和所述当前散热量计算出所需的相变散热量；
基于所述相变散热量控制相变散热系统中的喷洒部的喷雾量，使得从所述喷洒部中喷出的水雾流经所述散热器后经过相变所吸收的热量达到所述相变散热量；
所述相变散热系统为本申请任一项实施例中所述的燃料电池相变散热系统。
在其中一个实施例中，所述基于所述相变散热量控制相变散热系统中的喷洒部的喷雾量，包括：
基于所述相变散热量和所述相变散热系统中的输水管路的流经的水的流出温度，计算出所述流经的水的需求流量、所述喷洒部的需求开度和所述风扇的需求转速；
控制所述相变散热系统中的开度调节阀达到第一开度，控制所述相变散热系统中的喷洒部达到第二开度，控制所述相变散热系统中的风扇的转速达到第一转速，使所述流经的水到达所述散热器的第一喷雾量达到所述需求流量。
在其中一个实施例中，所述方法还包括：
获取所述相变散热系统中的储水部中的当前水位高度；
当所述当前水位高度低于第二高度阈值时，根据所述当前散热需求量和所述最大散热量提高所述散热器当前散热量，并降低所述喷洒部的喷雾量。
在其中一个实施例中，在所述根据所述当前散热需求量和所述最大散热量提高所述散热器当前散热量之前，所述方法还包括：
根据外部参数预测所述车辆在未来预设时长内的平均散热需求量是否达到所述当前散热需求量，若是，则执行所述根据所述当前散热需求量和所述最大散热量提高所述散热器当前散热量。
本申请第三方面，提供了一种车辆，所述车辆包括本申请中任意一项实施例中所述的燃料电池相变散热系统。
本申请第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行本申请任意一项实施例中所述的燃料电池相变散热方法。
本申请中的燃料电池相变散热系统、方法、车辆和存储介质，通过收集燃料电池所产生的水，当散热器的高温部温度超过第一温度阈值的时候，可以利用所收集的水来为系统提供相变散热进行散热辅助，可以减轻散热器自身的散热压力，并降低了散热成本。同时，利用相变散热可以提高整个系统的散热能力，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相变散热系统的结构示意图；
图2为一个实施例中燃料电池相变散热方法的流程示意图；
图3为另一个实施例中燃料电池相变散热方法的流程示意图。
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相变散热系统，该系统包括：控制器（图中未示出）、风扇10、输水管路20、燃料电池电堆组30、储水部40、水泵50、喷洒部60、散热器70、中冷器80、温压传感器91、开度调节阀92、止回阀93、第一开关阀94、第二开关阀95等。
其中，燃料电池电堆组30与输水管路20的供水端连接，储水部40、水泵50和喷洒部60依次分布在供水端下游，喷洒部60处于输水管路20的出水端。在一个实施例中，该燃料电池可为大功率燃料电池，该燃料电池相变散热系统具体为一种大功率燃料电池相变散热系统。
燃料电池可为氢燃料电池，在工作时，氢与水发生化学反应产生能量，该能量提供给装载该燃料电池的设备作为动力，同时还会产生水。该设备可为车辆，比如可为重型卡车或其它任意合适的车辆。燃料电池电堆组30工作产生的水为液态水，通过输水管路20进入储水部40。储水部40可位于车辆的底部或后部，其设有进水端和出水端，进水端可位于储水部40的上部，出水端位于储水部40的下部或底部。储水部40具体可为储水罐或其他形态的储水部件。
水泵50位于输水管路20上，处于储水部上的出水端和喷洒部60之间，用于将储水部内的液态水从储水部中抽取并送往喷洒部60，水泵50可为电动水泵或机械水泵等任意合适的水泵。
喷洒部60处于输水管路20远离供水端的另一端，并处于散热器70和风扇10的中间。泵送至喷洒部60的水经过喷洒部60会以水雾的形态喷洒至散热器70上，吸收散热器70高温部的热量并被汽化，从液态变成气态，使流经的水汽化排出。散热器70安装在车辆发动机盖的顶部或侧面，或者安装在车辆底部等任意合适的部位。风扇10处于散热器70附近，与喷洒部60相配合，将喷洒部60喷出的水雾吹送至散热器70。
控制器可实时提取传感器所检测到的散热器70高温部的温度，并在检测到该温度超过第一温度阈值的时候，控制水泵50、喷洒部60和风扇10的工作状态，使水泵50、喷洒部60和风扇10处于工作状态，从而控制从输水管路20供应的水对散热器70进行相变散热所吸收的热量。其中，第一温度阈值可为系统预设的需要启动相变散热辅助散热器70进行散热的临界温度，该临界温度可为根据设备自身的工作状态来设定，比如可为超过100°C的任意合适温度，或者可为超过储水部40中的水的温度的任意合适的温度。
具体地，控制器可根据相关的相变散热量计算模型计算出当前设备所需要提供的相变散热量。并控制水泵50工作的转速、喷洒部60的开度以及风扇10的转速等，使得最终喷洒到散热器70上的水雾量其汽化所吸收的热量达到该相变散热量。
在一个实施例中，喷洒部60可包括一个或多个喷头环，比如可以具有两个喷头环，每个喷头环分别连接输水管路20远离供水端的一端。喷头环分布有多个细小的子喷头，每个子喷头可以独立喷水。子喷头可均匀分布在喷头环上，控制器可独立控制每个或多个子喷头的启闭，从而实现控制从喷洒部60喷洒出来的水的面积和水雾量。
本申请中的燃料电池相变散热系统，通过设置储水部来存储燃料电池电堆组产生的水、并利用水泵、喷洒部和风扇来将水喷洒至散热器上，对散热器进行相变散热，检测散热器高温部温度是否超过第一温度阈值，在超过第一温度阈值时，说明需要对散热器进行辅助散热，此时可利用控制器对喷洒出来的水雾量进行控制，使得喷出来的水雾量满足所需要的相变散热量的需求，从而实现了对散热器的散热辅助。
在一个实施例中，如图1所示，燃料电池相变散热系统还进一步包括第一开关阀94、第二开关阀95、液位传感器（图中未示出）。
其中，第一开关阀94位于燃料电池电堆组30和储水部40之间，用于控制燃料电池电堆组30产生的水流入储水部40内；第二开关阀95位于储水部40底部，用于控制储水部40内的水排出；液位传感器处于储水部40内部，用于检测储水部40内的水位高度。控制器还用于根据液位传感器检测到的水位高度来控制第二开关阀95的工作状态。
可选地，在燃料电池处于非工作状态的时候，第一开关阀94和第二开关阀95被控制处于关闭状态，以防止储水部40内的水回流至燃料电池内。同时在检测到储水部40内的水位过高时，会打开第二开关阀95，从而将储水部40内多余的水从储水部40中排出，否则，保持第二开关阀95关闭。其中，通过第二开关阀95将储水部40中的水可以直接排出到设备外面，也可以排除到其他需要用水的地方，以提高对水的利用效率。通过设置第一开关阀94、第二开关阀95、液位传感器，可以控制储水部40中的水位保持一个合适的高度。
具体地，当水位高度达到第一高度阈值时，控制器控制第二开关阀95的开启，将储水部40内的水导入至燃料电池电堆组30的加湿系统中。
系统可预先设置储水部40内的水位的第一高度阈值，第一高度阈值为用于衡量储水部40存储的水量是否过高的临界数值，该数值可根据储水部40的尺寸信息来确定。比如可设置为储水部40最高水位的90%等任意合适的高度。第二开关阀95与控制器电连接，当液位传感器检测到水位达到了第一高度阈值的时候，可以控制第二开关阀95开启，从而将储水部40的水排出。
进一步地，第二开关阀95还与燃料电池电堆组30的加湿系统的管路联通，这样，可以将储水部40中的水导流至燃料电池电堆组30的加湿系统中，从而给燃料电池电堆组30进行加湿，充分提高燃料电池电堆组产生的水的利用效率。
在一个实施例中，结合图1所示，该燃料电池相变散热系统还包括中冷器80、止回阀93、开度调节阀92和温压传感器91。其中，中冷器80处于第一开关阀94与燃料电池电堆组30之间，用于对从燃料电池电堆组中产生出来的水进行冷却；止回阀93处于水泵50与喷洒部60之间，用于防止流经的水反向流入储水部；开度调节阀92处于止回阀93与喷洒部60之间，用于调节流经的水的流量；温压传感器91处于开度调节阀92与喷洒部之间，用于测量流经的水的温度和压力。
其中，中冷器80具体可设置在上述第一开关阀与燃料电池电堆组30之间的输水管路20上，用于对燃料电池产生的水进行制冷，使得流经至储水部内的水处于一个合适的温度，进而可以进一步提高相变散热的热量。通常而言，燃料电池工作产生的水的温度处于50°C至80°C的温度范围，故可以采用中冷器对产生的水进行制冷，从而可以更好地利用到后续的相变散热中。
在一个实施例中，控制器可以预测车辆在未来的第一时长内是否需要使用到相变散热，若不需要，则当储水部40中的水位未达到第一高度阈值时，可启动第一开关阀94，但不启动中冷器80，使得产生的水不经过降温直接存储到储水部中，并进行自然降温，不需要启动中冷器80来占用能量。其中，第一时长可为预设的任意合适的时长。比如为1小时、2小时或30分钟等任意合适的时长。
优选地，上述水泵、喷洒部、风扇、第一开关阀、第二开关阀、液位传感器、中冷器、止回阀、开度调节阀、温压传感器等其中的一个或多个乃至所有均与控制器直接或间接电连接。控制器可以直接或间接控制或调节水泵、喷洒部、风扇、第一开关阀、第二开关阀、液位传感器、中冷器、止回阀、开度调节阀、温压传感器等其中的一个或多个乃至所有部件的工作状态，从而最终控制储水罐中的水流至散热器上相变所吸收的热量。温压传感器91可包括温度传感器和压力传感器两种，或者是两种的结合。
在一个实施例中，如图2所示，提供了一种燃料电池相变散热方法，优选地，可为一种大功率燃料电池相变散热方法。该方法包括：
步骤202，确定车辆的当前散热需求量。
本实施例中，车辆的当前散热需求量是指为了使车辆维持在合适的工作状态下所需要提供的散热量。该合适的工作状态包括车辆中所需的散热部件处于合适的工作温度或工作温度范围。可以理解地，当车辆的工作温度过高或过低时，会对车辆或者车辆中的燃料电池造成损害，或者会造成燃料电池的工作效率降低。
车辆的散热需求量跟车辆所处的外部环境信息以及内部工作状态信息相关。其中，外部环境信息包括外部环境温度、压强、风速等信息，内部工作状态信息包括车辆的行驶速度、燃料电池的工作状态等信息。不同的外部环境信息和内部工作状态信息所对应的散热需求量不同。
具体地，可预先设置散热需求量的计算模型，在获取到相关的外部环境信息和内部工作状态信息后，可将相关信息导入到该计算模型中，计算出对应的当前散热需求量。
在一个实施例中，车辆的散热需求量Q1可包括燃料电池系统的电堆散热需求量、中冷器散热需求量以及车辆中的其他的附加散热量。电堆散热需求量Ha和中冷器散热需求量Hb可为燃料电池电堆的产热量H1与燃料电池电堆的温升吸热量H2之差。
具体地，燃料电池的产热量H1可为根据电池的当前电流I、电推片数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可根据上述的电堆热容Cp2、电堆期望工作温度T0，电堆质量Mstk、电堆当前工作温度T1等来计算。
其中，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(Mstk,Cp2,T0,T1)=Mstk*Cp2*(T1-T0)。T1-T0表示电堆当前工作温度T1和电堆期望工作温度T0之间的差值dT2。其中，电堆期望工作温度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°C至80°C，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。
中冷器的散热需求量和其他的附加散热量同样可以根据相应的外部环境信息以及内部工作状态信息计算出来。基于此，可以确定车辆的当前散热需求量Q1。
步骤204，确定车辆的散热器当前散热量和最大散热量。
可选地，散热器的当前散热量表示不考虑相变散热所提供的辅助的情况下，散热器实际的散热量。同样的，最大散热量表示散热器在不考虑相变散热辅助的情况下，在当前的外部环境信息下，散热器自身可以达到的最大的散热量。
在一个实施例中，散热器的当前散热量Q2可基于通过散热器的介质的流量m、介质的比热Cp以及介质的进出口温度之差dT来确定。系统可根据预先设置的相关传感器直接或检测测量得到所需的相关参数，再基于对应的计算模型计算出车辆的散热器当前散热量。
具体地，可基于预设的计算模型Q2=m*Cp*dT计算出散热器的当前散热量Q2。
在一个实施例中，还可以根据预先进行的测试实验，计算出不同参数下对应的散热器当前散热量，从而建立对应的散热量地图。当利用相关传感器测量得到车辆的实时的相关参数后，可从地图中查询出对应的散热量，并将其作为散热器当前散热量。
类似地，最大散热量同样可基于实验测量得出。可根据当前的外部环境信息查询出对应的最大散热量。
在一个实施例中，上述的当前散热需求量和当前散热量均为单位时间内的散热量。该单位时间比如可为以秒为单位或者分钟为单位。
步骤206，在当前散热量达到最大散热量的第一比例且小于当前散热需求量时，获取散热器的高温部温度。
本实施例中，第一比例可为预设的任意合适的数值，比如该数值可为80%、90%、100%甚至120%等任意合适的数值。第一比例用于判定是否需要启动相变散热的条件之一。此外，系统还设有用于测量散热器高温部的温度的传感器，利用该传感器可以直接或间接地得到散热器的高温部温度。
优选地，第一比例可为小于1大于60%的任意合适的比例，比如可为80%。这样，可在散热器的散热量工作在较高的散热量但还未达到最大散热量的时候即提前启动相变散热，降低散热器的散热负荷。
步骤208，当高温部温度超过第二温度阈值时，根据当前散热需求量和当前散热量计算出所需的相变散热量。
可选地，第二温度阈值可以为和第一温度阈值相同的温度数值，也可以是不同的温度数值。比如该第二温度阈值可为100°C，或者为超过100°C的任意合适温度，还可为超过储水部中的水的温度的任意合适的温度。
第二温度阈值为用于判定是否需要启动相变散热的另一个条件。当满足了该两个条件时，则可以启动相变散热来对散热器的散热进行辅助。此时，可根据上述的Q1和Q2计算出需要提供的相变散热量Q3。可选地，Q3与Q1正相关，与Q2负相关，具体的，与Q1-Q2正相关。
在一个实施例中，可以直接将Q1-Q2得到的数值作为Q3，也可以将Q1-Q2得到的差值乘以一个相应的系数c来作为Q3，该系数c可为任意合适的数值，比如为0.8或者1.2。该系数可为预先设置的固定数值，也可以为根据外部环境信息以及内部工作状态信息自动确定的一个数值。比如当所确定的数值大于1时，则可以使得提供的相变散热量和当前散热量超过当前散热需求量，使得散热器可以快速降温。
步骤210，基于相变散热量控制相变散热系统中的喷洒部的喷雾量，使得从喷洒部中喷出的水雾流经散热器后经过相变所吸收的热量达到相变散热量。
本实施例中，在确定了相变散热量之后，根据热量与流量之间的关系，可以计算出需要从喷洒部喷洒出来的喷雾量。可以理解的，相同条件下，喷雾量越多，则产生的相变散热量越高。
在一个实施例中，系统预设了相变散热量的计算模型，基于该计算模型，可以确定需要从喷洒部产生的喷雾量，进而控制燃料电池系统中的电子开关阀的开度、水泵的转速、喷洒部的喷洒面积以及风扇的转速，使得产生的喷雾量达到计算出来的喷雾量。
具体的，该计算模型可为：Q3=h_ph*S2*(T_ph-T1)=m*Cp*(T_am-T1)。其中，m为单位时间参数相变散热液体的单位时间质量流量，h_ph表示介质的等效相变换热系数，可以根据介质的相变温度和相变状态来确定，Cp表示介质的等效比热，T1表示介质的初始温度，T_am代表介质所处的换热后温度，T_ph表示介质的相变时等效表面温度，S2是喷水水雾在换热器上的整体面积。
其中，m可为从喷洒部单位时间喷洒至散热器上的水的质量，它由上式计算可得，并通过水泵转速、开度阀的开度进行调节。上述的h_ph可基于经验公式h_ph=f1(S2,T1,V2,T_eff)计算得出。其中S1面积越大、V2是风扇转速，转速越高散热效果越好。
由喷水流量m和喷水管路温度压力T1-P1，以及喷嘴直径D，可以确认散热器上的喷水水雾面积S2。单位时间水雾截面积可按照公式S2=k* n*(1/4*π*d^2)计算得出。其中，k为经验系数。
其中d=f0(P1,T1,V2,D)，该公式由相应的喷嘴厂家提供。其中增加喷雾压力P可以使得雾化直径减小，雾化液滴数目增加，雾化面积增加。
水流量m下的每秒液滴数目的计算公式可为n=m/(4/3*π*(d/2)^3)。
基于以上的相关计算公式，可以调节系统中的开度阀、水泵转速以及风扇的转速，使得从喷洒部喷出的水的喷雾量达到计算出来的容量，进而使得提供的相变散热满足所需的散热量。
本实施例中，通过检测车辆的当前散热需求量以及散热器的当前散热量，在当前散热需求量过大且散热器高温部温度过高时，可以启动利用燃料电池工作所产生的水来对散热器进行相变散热进行散热辅助，使得散热器的高温部温度下降，维持在良好的工作状态。且具体地，在计算出所需的相变散热量后，通过利用相变散热量与流量之间的计算关系，可以计算出需要从喷洒部喷出的喷雾量，进而可以控制喷洒部提供相应的喷雾量，从而提供合适的相变散热量。
在一个实施例中，在步骤210之后，按照预设的更新频率来实时更新相变散热量，计算更新前的相变散热量和更新后的相变散热量之间的差值。具体地，可按照预设的更新频率来实时更新当前散热需求量和散热器当前散热量，基于更新后的散热器当前散热量和当前散热需求量来更新相变散热量。在计算出差值后，可比较差值与预设差值阈值之间的大小，当该差值超过预设差值阈值时，将更新后的相变散热量作为最新的相变散热量，并重新执行步骤210，从而调整为燃料电池系统所提供的相变散热量。而当该差值小于预设差值阈值时，则通过调整散热器的散热量，从而使得调整后的散热器的散热量与之前提供的相变散热量可以满足车辆最新的散热需求量。
本实施例中，该差值阈值可为预先设置的任意合适的数值，这样在差值相对较小时，可以优先调整散热器自身的散热量，使其满足散热需求，而当差值较大时，则加大相变散热的辅助散热力度，从而减轻散热器的散热量。
在一个实施例中，该差值阈值可为根据散热器的当前散热量自动计算设置的数值，其可以随着散热器的当前散热量的变化而变化，从而进行实时更新。具体的，当散热器的当前散热量相对较高时，差值阈值相对较小，而当散热器的当前散热量相对较低时，差值阈值相对较大。当散热器的当前散热量达到了最大散热量时，差值阈值可为0。此时说明散热器已经达到了最大的负荷，故而为保持散热平衡还需的额外的散热量均由相变散热提供。
在一个实施例中，基于相变散热量控制相变散热系统中的喷洒部的喷雾量，包括：基于相变散热量和相变散热系统中的输水管路的流经的水的流出温度，计算出流经的水的需求流量、喷洒部的需求开度和风扇的需求转速；控制相变散热系统中的开度调节阀达到第一开度，控制相变散热系统中的喷洒部达到第二开度，控制相变散热系统中的风扇的转速达到第一转速，使流经的水到达散热器的第一喷雾量达到需求流量。
本实施例中，出水温度可以计算出所需的喷雾量，系统可以根据水的流出温度确定所需的喷雾量，将其称为喷雾需求量。而喷雾量的大小可以通过调节开度调节阀的开度、风扇的转速和喷洒部的开度来调节。
具体地，根据该喷雾需求量可以计算出流经的水的需求流量、喷洒部的需求开度和风扇的需求转速。系统可以预先建立开度调节阀的开度、风扇的转速和喷洒部的开度与喷雾量的计算模型，在确定了喷雾量之后，可以基于该模型确定出所需的调节阀的开度（记为第一开度）、风扇的转速（记为第一转速）和喷洒部的开度（记为第二开度），进而控制相变散热系统中的风扇的转速达到第一转速，使流经的水到达散热器的第一喷雾量达到需求流量。
其中，喷洒部的开度对应喷洒部喷出的水的截面积，开度越大，则喷出的水的截面积越大，提供的喷雾量也越大。
进一步地，调节阀的开度与输水管路中流至喷洒部的水流速度相关，系统在确定了所需的喷雾量后，可以确定至喷洒部的水流速度，进而根据该相关关系确定出第一开度。
在一个实施例中，还可以预先设置一个或多个喷雾量范围，建立风扇的转速、开度调节阀的开度和喷洒部的开度中的其中一种或两种与喷雾量范围的对应关系。
在计算出喷雾需求量之后，可检测该喷雾需求量所处的喷雾量范围，根据该喷雾量范围从所建立的对应关系表中查找出风扇的转速、开度调节阀的开度和喷洒部的开度中的其中一种或两种，在所确定的一种或两种参数的基础上，再根据喷雾量计算公式计算出余下的参数。这样，可以最终确定出第一开度、第二开度和第一转速。
举例来说，可以预先建立如下表1所示的对应关系表。其中，可预先设置不同的喷雾需求量w所处区间所对应的风扇转速v2和喷洒部开度s1。通过查表喷雾需求量所处的区间，查找出对应的风扇转速和喷洒部开度，将查找出来的风扇转速作为第一转速，查找出来的喷洒部开度作为第二开度。进而根据该第一转速、第二开度以及喷雾需求量和其他相关参数，计算出开度调节阀所需要达到的开度s2，将所计算出来的开度作为第二开度。通过建立对应关系表，可以快速地确定出其中的多个参数，进而根据所确定的参数计算出余下的参数，提高了计算效率。
表1
其中，w1<w2<w3<w4<w5。v2-1~v2~5的大小以及s1-1~s1-5的大小可以根据实际情况来定。
在一个实施例中，在步骤210之后，还包括：获取相变散热系统中的储水部中的当前水位高度；当当前水位高度低于第二高度阈值时，根据当前散热需求量和最大散热量提高散热器当前散热量，并降低喷洒部的喷雾量。
本实施例中，还可以实时获取储水部中的水位高度，从而来检测燃料电池所生成的水的剩余量。第二高度阈值为小于第一高度阈值的任意合适的数值。第二高度阈值为用于衡量储水部中的水的剩余量是否过少的临界数值。当水位高度低于第二高度阈值时，则说明可以利用的相变散热的水的含量较少。此时，可以降低喷洒部的喷雾量，提高散热器的当前散热量，以避免存储的水用完之后，无法再提供相变散热，导致无法提供所需要的满足的散热需求量。
进一步地，当步骤204中计算出来的当前散热量低于最大散热量的第二比例时，可以提高散热器当前散热量。其中，第二比例可为大于第一比例，但小于1的任意合适的数值。若当前散热量已经超过第三比例，则即使水位高度第一第二高度阈值，则仍然不主动提高当前散热量。其中，第三比例可为大于第二比例的任意合适的数值。由于已经超过了第三比例，提高散热器的散热量可能会对散热器或者其他部件造成损坏，此时可继续保持该散热量。
在一个实施例中，上述方法还包括：根据外部参数预测车辆在未来预设时长内的平均散热需求量是否达到当前散热需求量，若是，则执行根据当前散热需求量和最大散热量提高散热器当前散热量。
具体地，外部参数信息包括车辆驾驶员的驾驶习惯信息、目的地信息、当前位置信息、车速等。系统可根据外部参数信息预测在未来一段时间的平均散热需求量是否达到当前散热需求量。预设时长可为半小时、一小时或其它任意合适的固定时长，也可以是按照当前的喷洒量和储水部中的水的剩余量所计算出来的可以消耗的时长。比如当前单位时间的喷洒量为w，而储水部中剩余的水的容量为L1，燃料电池工作产生时单位时间所产生的水的容量为L0，则按照目前的喷洒量，可以计算出相变散热可以持续的时长。系统可以根据该持续的时长来确定预设时长。比如该预设时长即为该持续的时长，或者该持续的时长乘以一个系数，该系数可为固定的系数，比如为0.8或0.9等。
当计算出在该预设时长内产生的平均散热需求量仍然能够达到当前散热需求量时，执行根据当前散热需求量和最大散热量提高散热器当前散热量。
举例来说，计算出来的预设时长为1小时。基于外部参数信息，预测车辆在未来1小时内所产生的平均散热量超过该当前散热需求量，则根据当前散热需求量和最大散热量提高散热器当前散热量。而如果仅在未来半小时内产生的平均散热量超过该当前散热需求量，但在半小时之后需求散热量会下降，最终使得在未来1小时内所产生的平均散热量不超过当前散热需求量，则仍然保持前面步骤中所计算出来的喷雾量进行相变散热。
本实施例中，通过预测未来的预设时长的散热需求量，根据未来一段时间内的散热需求量来控制相变散热，进一步提高了车辆整车散热安排的合理性。
在一个实施例中，如图3所示，提供了另一种燃料电池相变散热方法，该方法包括：
步骤302，确定车辆的当前散热需求量。
步骤304，确定车辆的散热器当前散热量和最大散热量。
步骤306，在当前散热量达到最大散热量的第一比例且小于当前散热需求量时，获取散热器的高温部温度。
步骤308，当高温部温度超过第二温度阈值时，根据当前散热需求量和当前散热量计算出所需的相变散热量。
步骤310，基于相变散热量控制相变散热系统中的喷洒部的喷雾量，使得从喷洒部中喷出的水雾流经散热器后经过相变所吸收的热量达到相变散热量。
可选地，可基于相变散热量和相变散热系统中的输水管路的流经的水的流出温度，计算出流经的水的需求流量、喷洒部的需求开度和风扇的需求转速。
具体的，可从上述的表1中查询所需的喷雾量所处的喷雾量区间，根据所处的区间，查表确定出对应的风扇的需求转速和喷洒部的开度。再根据所确定的信息计算出开度调节阀的开度，使得基于该开度所流经的水达到该需求流量。
控制相变散热系统中的开度调节阀达到第一开度，控制相变散热系统中的喷洒部达到第二开度，控制相变散热系统中的风扇的转速达到第一转速，使流经的水到达散热器的第一喷雾量达到需求流量。
步骤312，获取相变散热系统中的储水部中的当前水位高度。
步骤314，检测当前水位高度是否低于第二高度阈值，若是，则执行步骤316。
步骤316，根据外部参数预测车辆在未来预设时长内的平均散热需求量是否达到当前散热需求量，若是，则执行步骤318。
可选地，在步骤310之后，可按照一定的频率来实时检测储水部中的水位高度，并实时更新更新当前散热需求量、散热器当前散热量、相变散热量。当水位高度高于第二高度阈值时，比较更新前的相变散热量和更新后的相变散热量之间的差值，当该差值超过预设差值阈值时，将更新后的相变散热量作为最新的相变散热量，并重新执行步骤310，从而调整相变散热量。当不超过差值阈值时，则不对开度调节阀、喷洒部和风扇进行调节，保持之前计算出来的相变散热量不变，转而调节散热器的散热量，以维持车辆所需的最新的散热需求量。
步骤318，根据当前散热需求量和最大散热量提高散热器当前散热量，并降低喷洒部的喷雾量。
本实施例中，该平均散热需求量所对应的喷雾量超过燃料电池散热系统中生成水的流量。此时，如果长时间维持该相变散热量，则难以持续，故而可提高散热器的当前散热量，从而提高相变散热的工作时长。
在一个实施例中，在步骤318之前，当最新的当前散热需求量仍然未达到散热器的最大散热量时，或者未达到最大散热量的第二比例时，执行步骤318。
本申请中的燃料电池相变散热方法，通过考虑到散热器的散热能力，以及相变散热的持续性，基于此来合理控制相变散热量和散热器的散热量，从而使得可以长时间的将车辆保持在一个良好的散热状态。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有可执行指令，该指令被处理器执行时使处理器执行上述各方法实施例中的步骤。
在一个实施例中，还提供了另一种燃料电池相变散热系统，包括一个或多个处理器；存储器，存储器中存储有一个或多个程序，其中，当一个或多个程序被一个或多个处理器执行时，使得一个或多个处理器执行上述各方法实施例中的步骤。
在一个实施例中，提供了一种车辆，该车辆包括上述任意一个实施例中的燃料电池相变散热系统。
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 (8)
1.一种大功率燃料电池相变散热方法，其特征在于，所述方法包括：
确定车辆的当前散热需求量；
确定所述车辆的散热器当前散热量和最大散热量；
在所述当前散热量达到所述最大散热量的第一比例且小于所述当前散热需求量时，获取所述散热器的高温部温度；
当所述高温部温度超过第二温度阈值时，根据所述当前散热需求量和所述当前散热量计算出所需的相变散热量；
基于所述相变散热量控制相变散热系统中的喷洒部的喷雾量，使得从所述喷洒部中喷出的水雾流经所述散热器后经过相变所吸收的热量达到所述相变散热量；
所述相变散热系统包括：控制器、风扇、输水管路、开度调节阀、位于所述输水管路的供水端的燃料电池电堆组、依次处于所述供水端的下游的储水部、水泵和喷洒部；
所述燃料电池电堆组工作产生的水通过所述储水部的进水端流入所述储水部；
所述储水部的出水端连接所述水泵；
所述水泵处于所述储水部的出水端，用于将所述储水部中的水通过所述输水管路泵送至所述喷洒部；
所述喷洒部处于散热器和所述风扇的中间，用于将流经的水以水雾的形态喷洒至散热器，并对所述散热器进行相变散热，使所述流经的水汽化排出；
所述风扇用于将所述喷洒部喷出的水雾吹送至所述散热器；
所述控制器用于当所述散热器的高温部温度超过所述第二温度阈值时，控制所述水泵、所述喷洒部和所述风扇的工作状态，从而控制从所述输水管路供应的水对所述散热器进行相变散热所吸收的热量；
所述基于所述相变散热量控制相变散热系统中的喷洒部的喷雾量，包括：基于所述相变散热量和所述相变散热系统中的输水管路的流经的水的流出温度，计算出所述流经的水的需求流量、所述喷洒部的需求开度和所述风扇的需求转速，控制所述相变散热系统中的开度调节阀达到第一开度，控制所述相变散热系统中的喷洒部达到第二开度，控制所述相变散热系统中的风扇的转速达到第一转速，使所述流经的水到达所述散热器的第一喷雾量达到所述需求流量，所述第一比例为大于60%的比例，所述第二温度阈值大于等于100°C。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
获取所述相变散热系统中的储水部中的当前水位高度；
当所述当前水位高度低于第二高度阈值时，根据所述当前散热需求量和所述最大散热量提高所述散热器当前散热量，并降低所述喷洒部的喷雾量。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述根据所述当前散热需求量和所述最大散热量提高所述散热器当前散热量之前，所述方法还包括：
根据外部参数预测所述车辆在未来预设时长内的平均散热需求量是否达到所述当前散热需求量，若是，则执行所述根据所述当前散热需求量和所述最大散热量提高所述散热器当前散热量。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述相变散热系统还包括：
第一开关阀，位于所述燃料电池电堆组和所述储水部之间，用于控制所述燃料电池电堆组产生的水流入所述储水部内；
第二开关阀，位于所述储水部底部，用于控制所述储水部内的水排出；
液位传感器，处于所述储水部内部，用于检测所述储水部内的水位高度；
所述控制器还用于根据所述液位传感器检测到的所述水位高度来控制所述第二开关阀的工作状态。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述相变散热系统还包括：
当所述水位高度达到第一高度阈值时，所述控制器控制所述第二开关阀的开启，将所述储水部内的水导入至所述燃料电池电堆组的加湿系统中。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述相变散热系统还包括：
中冷器，处于所述第一开关阀与所述燃料电池电堆组之间，用于对从所述燃料电池电堆组中产生出来的水进行冷却；
止回阀，处于所述水泵与所述喷洒部之间，用于防止所述流经的水反向流入所述储水部；
所述开度调节阀处于所述止回阀与所述喷洒部之间，用于调节所述流经的水的流量；
温压传感器，处于所述开度调节阀与所述喷洒部之间，用于测量所述流经的水的温度和压力。
7.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括如权利要求1至6中任意一项所述的相变散热系统，所述相变散热系统应用于如权利要求1至6中任意一项所述的大功率燃料电池相变散热方法中。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，
所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如权利要求1至6中任意一项所述的大功率燃料电池相变散热方法。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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