[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

说明书

本发明提供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，属于燃料电池测试系统技术领域，系统包括温度压力测量传感器、冷却液、管路、燃料电池电堆、水泵、水箱、控制器、换热器和由n个功率相同的电加热器组成的电加热模块；换热器的最大散热功率大于电堆最大输出热功率；当系统处于快速升温模式、正常散热模式或热补偿模式时，控制器根据入堆温度、当前电堆的输出热功率、系统最小散热功率和电堆最佳工作温度，控制换热器和电加热模块的工作状态，实现对系统不同补偿需求的热补偿；并对不同电加热器个数的情况采用不同的控制方法，以更加贴合实际补偿需求。

技术领域

本发明属于燃料电池测试系统技术领域，具体涉及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。

背景技术

在全球日益增长的能源需求和愈演愈烈的环境危机等背景下，新型的清洁能源利用方式越来越受到人们的重视。其中，质子交换膜燃料电池因高效率、零污染、低噪音、启动快等优势走入大众的视线。不同于常规意义上的化学储能电池，燃料电池直接将燃料和氧化剂的化学能通过电极反应转化为电能，由于工作时需连续地向其供给燃料和氧化剂，因此得名燃料电池。

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种功率密度高、工作温度低、响应快、无污染的清洁电化学能源，被广泛认为是下一代清洁能源汽车最具潜力的动力源候选。温度作为影响PEMFC性能的关键因素之一，直接影响燃料电池内部水成分的运输，同时也会影响质子交换膜气体的渗透性，除此之外，温度也对催化剂的活性、燃料气体的扩散以及“水淹”现象产生显著影响。为此，在进行燃料电池性能或寿命测试时，需要将燃料电池保持在最优工作温度。

现有的技术常见于一种传统燃料电池热管理系统，主要包括燃料电池电堆、冷却水箱、循环水泵、散热风扇、温度传感器、压力传感器及系统控制器。该系统通过测定燃料电池堆的进堆/出堆温度值，将其与控制器设定温度值比较，如果冷却水温度低于设定的循环水温度，通过电堆自身的产热进行升温；当冷却水温度达到设定温度后，通过控制器控制风扇对系统进行散热，将温度稳定在设定温度附近。现有技术中，对于一个特定功率等级的测试系统，其测量的功率不是固定的，热管理系统的散热能力代表了测试系统测量功率的上限，而整个系统的自然散热能力以及管路的流阻大小则决定了测试系统测量功率的下限。实际过程中，存在以下问题：

一、小功率点测试时电堆产热小于循环水回路自然流失的热量，使得电堆无法工作在适宜的温度区间，如图1所示。

二、较小功率点测试时电堆产热略高于回路自然散热，使得电堆在启动过程中升温速率较慢，在到达设定温度后，由于换热器启动后存在最小散热能力，使得热管理回路无法达到热平衡状态，导致温度在设定温度上下来回波动，如图2所示。

以上两种情况均会影响电堆的寿命，不利于电堆长期使用。

因此寻求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，在保证燃料电池温度控制稳定的前提下，满足低功率点的测试需求。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提出了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，将电加热器与换热器结合，实现可切换不同工作模式的温度控制，解决燃料电池电堆小功率测试时由于电堆产热量低导致热管理系统无法达到热平衡状态的问题。

本发明具体技术方案如下：

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，水箱的出口通过管路经换热器、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；