CN117712405A - 一种基于相变板的燃料电池控温方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于相变板的燃料电池控温方法，通过协调燃料电池与相变板之间的温度关系，使得燃料电池在充放电过程中均保持最佳工作温度，并在燃料电池处于最佳工作温度后调节相变板的散热性能，使得相变板与燃料电池的温度始终保持恒定，能够提供更加稳定的放电和充电过程，控制放电和充电过程中的温度使得电池能够避免异常温度下工作，同时提高了电池的工作能力和使用寿命，解决了现有技术中无法有效协调充放电过程中电池温度与工作的最佳效率之间的关系的缺陷；先对燃料电池的最佳温度进行调温，后对相变板的温度进行恒定控制，使得在满足燃料电池恒定温度的同时也能够稳定相变板的温度，增强了调温过程的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃料电池技术领域，尤其涉及一种基于相变板的燃料电池控温方法。
背景技术
燃料电池是一种通过化学反应产生电能的装置。它利用氢气和氧气作为燃料，通过反应产生电能和水。燃料电池具有高效、清洁和环保的特点，被广泛应用于汽车、船舶、无人机和其他电力设备中。随着氢能技术的发展，燃料电池也成为了可再生能源的重要组成部分。它可以减少对化石燃料的依赖，降低温室气体排放，对环境保护具有重要意义。
相变板是一种利用物质的相变过程来储存和释放热量的装置。相变板通常由具有相变特性的材料制成，例如相变蓄热材料。这种材料在温度变化时会从一个物态转变为另一个物态，释放或吸收大量的热量。相变板可以用于调节室内温度，节能和环保。在太阳能集热系统、建筑空调系统和热能储存系统中得到广泛应用。通过利用相变板的热量储存和释放特性，可以有效地提高能源利用效率，减少能源消耗。
燃料电池在运行过程中会产生热量，如果不能有效地散热，燃料电池的温度会升高，可能导致燃料电池系统过热，影响其性能甚至损坏燃料电池。因此，设置散热装置是非常必要的。另外，燃料电池系统通常包含各种材料和部件，这些材料和部件对温度敏感，如果温度过高可能会引起腐蚀、老化等问题。因此，通过设置散热装置，可以有效地保护燃料电池系统的各个部件，延长其使用寿命，降低维护成本。因此，燃料电池设置散热装置是非常必要的。
现有技术CN 116364969 A公开了一种大功率燃料电池相变散热系统，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，能够利用燃料电池生产的水给燃料电池提供相变散热，但由于在对燃料电池进行相变散热时只能针对电池放电过程，且无法有效辨别燃料电池放电过程时电池的温度，可能会因为燃料电池散热性能太佳导致电池放电性能下降。
因此，有必要对现有技术中的燃料电池进行改进，以解决上述问题。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供一种基于相变板的燃料电池控温方法，旨在解决现有技术中无法有效协调充放电过程中电池温度与工作的最佳效率之间的关系的缺陷。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种基于相变板的燃料电池控温方法，包括以下步骤：
S1：对燃料电池进行充电或放电，分别对燃料电池上的充电效率和温度进行检测，当计算得所述燃料电池的充电效率最高时，记录此温度；
S2：当所述S1中的温度记录后，调控燃料电池和相变板之间的热量传递效率，使得所述S1中的燃料电池的温度保持在最佳工作温度；
S3：当所述S2中的燃料电池保持在最佳工作温度后，对相变板的温度进行检测，并查看所述相变板上的温度波动，并调节相变板上的散热效率，使得相变板的散热效率满足相变板的温度恒定要求；
S4：当所述S1中的燃料电池工作结束后，调节所述S3中燃料电池和相变板之间的热量传递效率，使得燃料电池的温度符合另一工作状态的温度范围。
本发明一个较佳实施例中，所述S1中的检测方式为氢含量变化速率或电功率中的一种或多种；所述氢含量变化速率为单位时间内氢气增多或减少的速率，所述氢含量变化速率与充放电效率成正比，所述电功率直接与充放电效率线性相关。
本发明一个较佳实施例中，所述S1中的燃料电池充电时的最佳温度小于燃料电池放电时的最佳温度，相变板的相变温度调整范围至少包含燃料电池充电时的最佳温度。
本发明一个较佳实施例中，所述S2中的调控方式为改变接触面积或者改变热传导性中的一种或多种。
本发明一个较佳实施例中，所述S2中的热量传递效率调控方法应使得单位时间内所述燃料电池散发的热量在经过所述热量调控单元后与单位时间内所述相变板能够吸收的热量相等。
本发明一个较佳实施例中，所述S3中调节相变板上的散热效率，使得相变板的散热效率满足相变板的温度恒定要求的过程中，燃料电池的温度始终保持在所述S2的最佳工作温度，且相变板的温度恒定。
本发明一个较佳实施例中，所述S4中，燃料电池由充电状态改为放电状态时，热量传递效率降低；燃料电池由放电状态改为充电状态时，热量传递效率提高。
为达到上述目的，本发明采用的第二种技术方案为：一种基于相变板的燃料电池控温方法的结构系统，基于一种基于相变板的燃料电池控温方法，包括：燃料电池，相变板单元，热量传递单元、若干测温单元和处理器：
所述燃料电池上设置有效率检测单元，所述效率检测单元分别检测所述燃料电池上的充电效率和放电效率；
所述相变板单元包括若干相变板，若干所述相变板用于调控所述燃料电池的温度，每个所述相变板上均设置有放热单元；
所述热量传递单元用于调控所述燃料电池和若干所述相变板之间的热量传递效率；
若干所述测温单元分别测量所述燃料电池和若干所述相变板上的温度，并将测量结果输送给所述处理器。
本发明一个较佳实施例中，所述处理器在对所述效率检测单元上检测到的数值确定最佳效率时选取移动平均建模，能够分别应对所述燃料电池的充电和放电过程中的前期和后期的效率波动。
本发明一个较佳实施例中，所述处理器提前设置所述燃料电池的充电效率和放电效率阈值，当所述燃料电池的充电效率和放电效率超过阈值时，通过调节所述热量传递单元使得充电效率和放电效率降低，保持在正常值中。
本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果：
(1)本发明提供了一种基于相变板的燃料电池控温方法，通过协调燃料电池与相变板之间的温度关系，使得燃料电池在充放电过程中均保持最佳工作温度，并在燃料电池处于最佳工作温度后调节相变板的散热性能，使得相变板与燃料电池的温度始终保持恒定，相比于现有技术中的燃料电池，能够提供更加稳定的放电和充电过程，控制放电和充电过程中的温度使得电池能够避免异常温度下工作，同时提高了电池的工作能力和使用寿命，解决了现有技术中无法有效协调充放电过程中电池温度与工作的最佳效率之间的关系的缺陷。
(2)本发明中，先对燃料电池的最佳温度进行调温，后对相变板的温度进行恒定控制，使得燃料电池和相变板的温度先后进行恒定控制，使得在满足燃料电池恒定温度的同时也能够稳定相变板的温度，相比于现有技术，能够使得整个调温过程趋于稳定，避免了相变板在持续性吸热过程中温度升高从而对燃料电池产生反影响，增强了调温过程的稳定性。
(3)本发明中，分别提前设置电池在充电和放电过程中的温度阈值，使得能够保持燃料电池的安全温度，相比于现有技术，能够在燃料电池的充电和放电过程中对燃料电池产生有效性保护，避免了燃料电池温度过高而导致燃料电池寿命受损。
(4)本发明中，通过对燃料电池的工作效率进行移动平均建模，能够对电池前期和末期的波动情况进行有效分析并选取最佳工作温度，相比于现有技术，能够在电池的前期和末期工作效率波动情况下判断燃料电池的最佳温度，并能够时电池的温度趋于稳定，能够在寻找最佳工作状态的同时进行燃料电池温度稳定的协助。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，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是本发明的优选实施例的流程步骤图；
图2时本发明的优选实施例的系统结构图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅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。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
如图1所示，一种基于相变板的燃料电池控温方法，包括以下步骤：
S1：对燃料电池进行充电或放电，分别对燃料电池上的充电效率和温度进行检测，当计算得燃料电池的充电效率最高时，记录此温度；此温度为此工作状态下的最佳工作效率。
S2：当S1中的温度记录后，调控燃料电池和相变板之间的热量传递效率，使得S1中的燃料电池的温度保持在最佳工作温度；燃料电池产生的热量能够进行空气散热和相变板散热，调节燃料电池和相变板之间的热量传递效率能够使得空气散热和相变板散热的比例改变，而空气散热和相变板散热性能不一致，使得燃料电池的工作温度得到控制以及恒定。
S3：当S2中的燃料电池保持在最佳工作温度后，对相变板的温度进行检测，并查看相变板上的温度波动，并调节相变板上的散热效率，使得相变板的散热效率满足相变板的温度恒定要求；相变板上的散热效率调节能够为外接散热和空气散热，能够调节相变板的温度，使得相变板的温度变化停止或减缓，避免相变板吸热过度导致相变板的温度升高打破与燃料电池之间的温度平衡。
先对燃料电池的最佳温度进行调温，后对相变板的温度进行恒定控制，使得燃料电池和相变板的温度先后进行恒定控制，使得在满足燃料电池恒定温度的同时也能够稳定相变板的温度，能够使得整个调温过程趋于稳定，避免了相变板在持续性吸热过程中温度升高从而对燃料电池产生反影响，增强了调温过程的稳定性。
S4：当S1中的燃料电池工作结束后，调节S3中燃料电池和相变板之间的热量传递效率，使得燃料电池的温度符合另一工作状态的温度范围。转换工作状态时的温度调节能够使得燃料电池在工作温度调节过程中能够处于接近最佳状态的温度，能够提高燃料电池的使用效率。
通过协调燃料电池与相变板之间的温度关系，使得燃料电池在充放电过程中均保持最佳工作温度，并在燃料电池处于最佳工作温度后调节相变板的散热性能，使得相变板与燃料电池的温度始终保持恒定，能够提供更加稳定的放电和充电过程，控制放电和充电过程中的温度使得电池能够避免异常温度下工作，同时提高了电池的工作能力和使用寿命，解决了现有技术中无法有效协调充放电过程中电池温度与工作的最佳效率之间的关系的缺陷。
S1中的检测方式为氢含量变化速率或电功率中的一种或多种；氢含量变化速率为单位时间内氢气增多或减少的速率，氢含量变化速率与充放电效率成正比，电功率直接与充放电效率线性相关。
S1中的燃料电池充电时的最佳温度小于燃料电池放电时的最佳温度，相变板的相变温度调整范围至少包含燃料电池充电时的最佳温度。燃料电池充电时的最佳充电温度较低，能够使得内部的电能转化为化学能的过程加快，提高充电速率；燃料电池的最佳放电温度较高，在燃料电池放电时的温度能够提高电池的工作活性，提高放电速率。
S2中的调控方式为改变接触面积或者改变热传导性中的一种或多种。当调控方式为改变接触面积时，能够在燃料电池的散热端和相变板的吸热端之间设置有若干导热条，燃料电池的散热端和相变板的吸热端垂直于导热条的运动方向平面，使得能够通过调节导热条的数量从而调节接触面积而进行散热。
S2中的热量传递效率调控方法应使得单位时间内燃料电池散发的热量在经过热量调控单元后与单位时间内相变板能够吸收的热量相等。燃料电池与相变板的整体结构中，燃料电池的放热量和相变板的吸热量达到平衡，使得整体之间的温度恒定。
S3中调节相变板上的散热效率，使得相变板的散热效率满足相变板的温度恒定要求的过程中，燃料电池的温度始终保持在S2的最佳工作温度，且相变板的温度恒定。
S4中，燃料电池由充电状态改为放电状态时，热量传递效率降低；燃料电池由放电状态改为充电状态时，热量传递效率提高。在进行相变板的设置时，相变板的温度范围与燃料电池充电状态下的温度接近且存在小于此温度的调整范围，当热量传递效率高时，燃料电池的温度会趋于相变板的温度；当热量传递效率低时，燃料电池的温度会逐渐升高，并通过调节相变板的散热功率使得燃料电池和相变板温度相比于充电时更高。
如图2所示，为达到上述目的，本发明采用的第二种技术方案为：一种基于相变板的燃料电池控温方法的结构系统，基于一种基于相变板的燃料电池控温方法，包括：燃料电池，相变板单元，热量传递单元、若干测温单元和处理器：
燃料电池上设置有效率检测单元，效率检测单元分别检测燃料电池上的充电效率和放电效率；
相变板单元包括若干相变板，若干相变板用于调控燃料电池的温度，每个相变板上均设置有放热单元；
热量传递单元用于调控燃料电池和若干相变板之间的热量传递效率；
若干测温单元分别测量燃料电池和若干相变板上的温度，并将测量结果输送给处理器。
处理器在对效率检测单元上检测到的数值确定最佳效率时选取移动平均建模，能够分别应对燃料电池的充电和放电过程中的前期和后期的效率波动。通过对燃料电池的工作效率进行移动平均建模，能够对电池前期和末期的波动情况进行有效分析并选取最佳工作温度，能够在电池的前期和末期工作效率波动情况下判断燃料电池的最佳温度，并能够时电池的温度趋于稳定，能够在寻找最佳工作状态的同时进行燃料电池温度稳定的协助。
处理器提前设置燃料电池的充电效率和放电效率阈值，当燃料电池的充电效率和放电效率超过阈值时，通过调节热量传递单元使得充电效率和放电效率降低，保持在正常值中。分别提前设置电池在充电和放电过程中的温度阈值，使得能够保持燃料电池的安全温度，能够在燃料电池的充电和放电过程中对燃料电池产生有效性保护，避免了燃料电池温度过高而导致燃料电池寿命受损。
以上依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。
Claims (10)
1.一种基于相变板的燃料电池控温方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：对燃料电池进行充电或放电，分别对燃料电池上的工作效率和温度进行检测，当计算得所述燃料电池的工作效率最高时，记录此温度；
S2：当所述S1中的温度记录后，调控燃料电池和相变板之间的热量传递效率，使得所述S1中的燃料电池的温度保持在最佳工作温度；
S3：当所述S2中的燃料电池保持在最佳工作温度后，对相变板的温度进行检测，并查看所述相变板上的温度波动，并调节相变板上的散热效率，使得相变板的散热效率满足相变板的温度恒定要求；
S4：当所述S1中的燃料电池工作结束后，调节所述S3中燃料电池和相变板之间的热量传递效率，使得燃料电池的温度符合另一工作状态的温度范围。
2.根据权利要求1所述的一种基于相变板的燃料电池控温方法，其特征在于：所述S1中的检测方式为氢含量变化速率或电功率中的一种或多种；所述氢含量变化速率为单位时间内氢气增多或减少的速率，所述氢含量变化速率与充放电效率成正比，所述电功率直接与充放电效率线性相关。
3.根据权利要求1所述的一种基于相变板的燃料电池控温方法，其特征在于：所述S1中的燃料电池充电时的最佳温度小于燃料电池放电时的最佳温度，相变板的相变温度调整范围至少包含燃料电池充电时的最佳温度。
4.根据权利要求1所述的一种基于相变板的燃料电池控温方法，其特征在于：所述S2中的调控方式为改变接触面积或者改变热传导性中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的一种基于相变板的燃料电池控温方法，其特征在于：所述S2中的热量传递效率调控方法应使得单位时间内所述燃料电池散发的热量在经过所述热量调控单元后与单位时间内所述相变板能够吸收的热量相等。
6.根据权利要求1所述的一种基于相变板的燃料电池控温方法，其特征在于：所述S3中调节相变板上的散热效率，使得相变板的散热效率满足相变板的温度恒定要求的过程中，燃料电池的温度始终保持在所述S2的最佳工作温度，且相变板的温度恒定。
7.根据权利要求1所述的一种基于相变板的燃料电池控温方法，其特征在于：所述S4中，燃料电池由充电状态改为放电状态时，热量传递效率降低；燃料电池由放电状态改为充电状态时，热量传递效率提高。
8.一种基于相变板的燃料电池控温方法的结构系统，基于权利要求1-7中任一项所述的一种基于相变板的燃料电池控温方法，包括：燃料电池，相变板单元，热量传递单元、若干测温单元和处理器，其特征在于：
所述燃料电池上设置有效率检测单元，所述效率检测单元分别检测所述燃料电池上的充电效率和放电效率；
所述相变板单元包括若干相变板，若干所述相变板用于调控所述燃料电池的温度，每个所述相变板上均设置有放热单元；
所述热量传递单元用于调控所述燃料电池和若干所述相变板之间的热量传递效率；
若干所述测温单元分别测量所述燃料电池和若干所述相变板上的温度，并将测量结果输送给所述处理器。
9.根据权利要求8所述的一种基于相变板的燃料电池控温方法的结构系统，其特征在于：所述处理器在对所述效率检测单元上检测到的数值确定最佳效率时选取移动平均建模，能够分别应对所述燃料电池的充电和放电过程中的前期和后期的效率波动。
10.根据权利要求8所述的一种基于相变板的燃料电池控温方法的结构系统，其特征在于：所述处理器提前设置所述燃料电池的充电效率和放电效率阈值，当所述燃料电池的充电效率和放电效率超过阈值时，通过调节所述热量传递单元使得充电效率和放电效率降低，保持在正常值中。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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