[发明专利]一种燃料电池冷却水回路热补偿温度控制系统及控制方法

权利要求书

1.一种燃料电池冷却水回路热补偿温度控制系统，包括温度测量传感器，压力测量传感器，冷却液，及依次通过管路连接的燃料电池电堆、水泵和水箱，温度测量传感器和压力测量传感器位于燃料电池电堆的入堆口和出堆口处，冷却液在管路中流动；其特征在于，所述温度控制系统还包括换热器、电加热模块和控制器，水箱的出口经换热器、电加热模块连接至燃料电池电堆的入堆口；

所述换热器的最大散热功率大于所述燃料电池电堆的最大输出热功率；

所述电加热模块由n个功率相同的电加热器组成，n为正整数；

所述控制器连接温度测量传感器、燃料电池电堆、水泵、换热器和电加热模块，根据温度测量传感器采集的入堆温度，当前燃料电池电堆的输出热功率，和预存储的换热器的最小散热功率、循环水回路的自然散热功率及燃料电池电堆的最佳工作温度，控制换热器和电加热模块的工作状态，具体控制方法如下：

当燃料电池电堆启动时，温度控制系统处于快速升温模式，控制换热器关闭，电加热模块的所有电加热器开启，直至当前入堆温度达到最佳工作温度；然后判断当前燃料电池电堆的输出热功率是否大于系统最小散热功率，若是，温度控制系统处于正常散热模式，控制电加热模块关闭，换热器开启，并根据燃料电池电堆的入堆温度和最佳工作温度的差值，采用PID控制算法调节换热器的散热功率，以控制入堆温度稳定在最佳工作温度；若不是，温度控制系统处于热补偿模式，根据温度控制系统所需补偿的热功率，确定所需工作的电加热器的个数m，控制m个电加热器和换热器开启，并根据燃料电池电堆的入堆温度和最佳工作温度的差值，采用PID控制算法调节换热器的散热功率，以控制入堆温度稳定在最佳工作温度；其中，所述系统最小散热功率为换热器的最小散热功率与循环水回路的自然散热功率的和；所述所需补偿的热功率为系统最小散热功率与当前燃料电池电堆的输出热功率的差值；个数m应满足：1≤m≤n，且m个电加热器的产热功率之和大于等于所需补偿的热功率，m-1个电加热器的产热功率之和小于所需补偿的热功率；

当n＝1，温度控制系统处于热补偿模式时，控制器以温度控制系统所需补偿的热功率与电加热器的产热功率的比值为控制信号，周期控制电加热器的开启状态；

当n≥2，温度控制系统处于热补偿模式时，控制器确定所需工作的电加热器的个数m，并使m个电加热器处于一直开启状态。

2.根据权利要求1所述燃料电池冷却水回路热补偿温度控制系统，其特征在于，所述电加热模块由n个功率相同的电加热器串联或并联组成。

3.根据权利要求1所述燃料电池冷却水回路热补偿温度控制系统，其特征在于，所述当前燃料电池电堆的输出热功率通过下列公式计算得到：

其中，Q为当前燃料电池电堆的输出热功率；ε₀为电压常数，等于1.47V；ε_cell为单节电池平均电压；I为燃料电池电堆的电流；N为单电池数量。

4.一种基于如权利要求1所述燃料电池冷却水回路热补偿温度控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：温度控制系统的控制开始，启动燃料电池电堆和水泵；

步骤2：温度控制系统处于快速升温模式，控制器控制换热器关闭，电加热模块的所有电加热器开启，直至燃料电池电堆的当前入堆温度达到最佳工作温度；

步骤3：控制器判断当前燃料电池电堆的输出热功率是否大于系统最小散热功率，若是，温度控制系统处于正常散热模式，控制器控制电加热模块关闭，换热器开启，转至步骤5；否则，转至步骤4；

步骤4：温度控制系统处于热补偿模式，控制器根据温度控制系统所需补偿的热功率，确定所需工作的电加热器的个数m，控制m个电加热器和换热器开启，转至步骤5；

步骤5：控制器根据燃料电池电堆的入堆温度和最佳工作温度的差值，采用PID控制算法调节换热器的散热功率，以控制入堆温度稳定在最佳工作温度；之后，转至步骤6；

步骤6：控制器判断是否收到停机指令，若是，将燃料电池电堆的入堆温度设定为室温，并控制换热器工作于最大散热功率以快速降温，温度控制系统的控制结束；否则，转回步骤3。