一种氢能汽车燃料电池系统水泵转速控制方法和系统与流程

[0001]
本发明涉及水泵控制技术领域，尤其涉及一种氢能汽车燃料电池系统水泵转速控制方法和系统。


背景技术：

[0002]
燃料电池在工作温度较低时，活化电压较高，导致输出电压较低，相同电流下，功率降低。同时在温度较低时，排气带出的水变少，会造成水淹现象。因此在燃料电池温度较低时，需要限制燃料电池的输出功率，以降低生成水，避免产生水淹。
[0003]
在低温时，不能直接加大负载，是因为燃料电池反应速率慢，能够发出的电少，突然强制增加负载，燃料电池在无法满足负载的情况下会依次发生水电解、碳腐蚀等副反应。
[0004]
在燃料电池工作时需要电堆内部温度均匀，以保证电池堆内部反应均匀的进行，这样对降低燃料电池内部腐蚀提高燃料电池寿命有较大的好处。一般要求燃料电池系统进出口冷却液温差小于等于10℃，某些电池堆系统甚至要求≤5℃。
[0005]
为了提高燃料电池系统低温时升温速率，一般采用辅助ptc加热方法。在高温时为了降低系统温差，一般采用以进出口温度差值来控制水泵转速的方法。比如当进出口温差较大时，水泵转速较高。


技术实现要素：

[0006]
本发明提供了一种氢能汽车燃料电池系统水泵转速控制方法和系统，解决了现有技术中无法很好的保持电堆内部温度均匀的技术问题。
[0007]
本发明为解决其技术问题，提供了一种氢能汽车燃料电池系统水泵转速控制方法和系统，包括以下步骤：
[0008]
s1、燃料电池系统开始工作，所述燃料电池系统中的水泵以最低的工作转速运作；
[0009]
s2、实时监测所述燃料电池系统中电堆的出水温度，若所述出水温度不超过t1则所述水泵在第一温度区间模式下运作，否则所述水泵在第二温度区间模式下运作；若接收到关机命令则结束流程，否则重复步骤s2。
[0010]
进一步的，本发明的一种氢能汽车燃料电池系统水泵转速控制方法，步骤s2中所述水泵的转速不低于所述最低的工作转速。
[0011]
进一步的，本发明的一种氢能汽车燃料电池系统水泵转速控制方法，步骤s2中所述燃料电池系统的最高允许温度为tmax，若所述出水温度超过所述tmax则采取以下应对步骤：
[0012]
s21、若所述出水温度超过所述tmax在预警温度t2以内则进入步骤s22，否则进入步骤s23；
[0013]
s22、将所述燃料电池系统的输出功率降低至一半，若降低所述输出功率一段时间后所述出水温度仍然未下降，则关停所述燃料电池系统；若所述出水温度下降到所述tmax以下，则放开对所述输出功率的限制；
[0014]
s23、关停所述燃料电池系统。
[0015]
进一步的，本发明的一种氢能汽车燃料电池系统水泵转速控制方法，步骤s2中所述第一温度区间模式具体为：
[0016]
所述水泵的转速与所述出水温度为线性正相关的关系，当所述出水温度为t1时所述水泵的转速为所述水泵全速运转时的n％，所述n为非零预设值。
[0017]
进一步的，本发明的一种氢能汽车燃料电池系统水泵转速控制方法，步骤s2中所述第一温度区间模式具体为：
[0018]
所述水泵的转速与所述出水温度为阶梯上升的关系，当所述出水温度为t1时所述水泵的转速为所述水泵全速运转时的n％，所述n为非零预设值。
[0019]
进一步的，本发明的一种氢能汽车燃料电池系统水泵转速控制方法，步骤s2中所述第二温度区间模式具体为：
[0020]
所述水泵的转速同时受到所述出水温度和燃料电池系统的输出功率的影响，具体的关系公式如下：
[0021]
所述输出功率为最大值的0％-20％时，所述水泵的转速＝n％+(t-t1)*a
[0022]
所述输出功率为最大值的20％-40％时，所述水泵的转速＝n1％+2*(t-t1)*a
[0023]
所述输出功率为最大值的40％-60％时，所述水泵的转速＝n2％+3*(t-t1)*a
[0024]
所述输出功率为最大值的60％-80％时，所述水泵的转速＝n3％+(t-t1)*a
[0025]
所述输出功率大于最大值的80％时，所述水泵全速运转；
[0026]
其中，n取值为非零预设值，n<n1<n2<n3<100，a取值为10/3，出水温度t大于温度t1。
[0027]
进一步的，本发明的一种氢能汽车燃料电池系统水泵转速控制系统，包括以下模块：
[0028]
启动模块，用于指示燃料电池系统开始工作，所述燃料电池系统中的水泵以最低的工作转速运作；
[0029]
水泵作模块，用于实时监测所述燃料电池系统中电堆的出水温度，若所述出水温度不超过t1则所述水泵在第一温度区间模式下运作，否则所述水泵在第二温度区间模式下运作；若接收到关机命令则结束流程，否则停留在水泵作模块。
[0030]
进一步的，本发明的一种氢能汽车燃料电池系统水泵转速控制系统，水泵作模块中所述水泵的工作转速不低于所述最低的工作转速。
[0031]
进一步的，本发明的一种氢能汽车燃料电池系统水泵转速控制系统，水泵运作模块中所述燃料电池系统的最高允许温度为tmax，若所述出水温度超过所述tmax则进入以下应对模块：
[0032]
超出温度判断模块，若所述出水温度超过所述tmax在预警温度t2以内则进入应对模块，否则进入停机模块；
[0033]
应对模块，用于将所述燃料电池系统的输出功率降低至一半，若降低所述输出功率一段时间后所述出水温度仍然未下降，则关停所述燃料电池系统；若所述出水温度下降到所述tmax以下，则放开对所述输出功率的限制；
[0034]
停机模块，用于关停所述燃料电池系统。
[0035]
进一步的，本发明的一种氢能汽车燃料电池系统水泵转速控制系统，水泵作模块
中所述第一温度区间模式具体为：
[0036]
所述水泵的转速与所述出水温度为线性正相关的关系，当所述出水温度为t1时所述水泵的转速为所述水泵全速运转时的n％，所述n为非零预设值。
[0037]
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本专利采用温度分区的水泵控制策略，在低温区间内≤t1，水泵转速与电堆出水温度成正比。在高温区间内，水泵转速与系统输出功率成正比(同时采用温度控制进行修正)。当在高温区功率大于某一数值时，水泵全速运转。这样一方面提高冷却系统响应速度，另一方面在低温时节约水泵功耗。
附图说明
[0038]
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
[0039]
图1为本发明的方法流程图；
[0040]
图2为本发明的水泵工作区间图。
具体实施方式
[0041]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0042]
请参考图1和图2，一种氢能汽车燃料电池系统水泵转速控制方法，所述水泵用于维持燃料电池系统里的水循环，包括以下步骤：
[0043]
s1、燃料电池系统开始工作，所述燃料电池系统中的水泵以预设的最低的工作转速运作；
[0044]
s2、实时监测所述燃料电池系统中电堆的出水温度，若所述出水温度不超过t1(t≤t1)则所述水泵在第一温度区间模式下运作，否则(t＞t1)所述水泵在第二温度区间模式下运作；若接收到关机命令则结束流程，否则重复步骤s2；所述t为出水温度，所述t1为预设值，其值可根据实际需要进行调整。
[0045]
进一步的，步骤s2中所述水泵的工作转速不低于所述最低的工作转速。
[0046]
进一步的，步骤s2中所述燃料电池系统的最高允许温度为tmax，tmax为预设值，其值可根据实际需要进行调整，若所述出水温度超过所述tmax则采取以下应对步骤：
[0047]
s21、若所述出水温度超过所述tmax在预警温度t2以内则进入步骤s22，否则进入步骤s23，所述t2为5
°
；
[0048]
s22、将所述燃料电池系统的输出功率降低至一半，若降低所述输出功率一段时间后所述出水温度仍然未下降，则关停所述燃料电池系统；若所述出水温度下降到所述tmax以下，则放开对所述输出功率的限制；
[0049]
s23、关停所述燃料电池系统。
[0050]
进一步的，步骤s2中所述第一温度区间模式具体为：
[0051]
所述水泵的转速与所述出水温度为线性正相关的关系，当所述出水温度为t1时所述水泵的转速为所述水泵全速运转时的n％，所述n为60。
[0052]
进一步的，步骤s2中所述第一温度区间模式还可以为：
[0053]
所述水泵的转速与所述出水温度为阶梯上升的关系，当所述出水温度为t1时所述
水泵的转速为所述水泵全速运转时的n％，所述n为60。
[0054]
进一步的，步骤s2中所述第二温度区间模式具体为：
[0055]
所述水泵的转速同时受到所述出水温度和燃料电池系统的输出功率的影响，具体的关系公式如下：
[0056]
所述输出功率为最大值的0％-20％时，所述水泵的转速＝n％+(t-t1)*a
[0057]
所述输出功率为最大值的20％-40％时，所述水泵的转速＝n1％+2*(t-t1)*a
[0058]
所述输出功率为最大值的40％-60％时，所述水泵的转速＝n2％+3*(t-t1)*a
[0059]
所述输出功率为最大值的60％-80％时，所述水泵的转速＝n3％+(t-t1)*a
[0060]
所述输出功率大于最大值的80％时，所述水泵全速运转；
[0061]
其中，n取值为60，n1取值为70，n2取值为80，n3取值为90，a取值为10/3，所述出水温度t大于所述温度t1。
[0062]
进一步的，一种氢能汽车燃料电池系统水泵转速控制系统，包括以下模块：
[0063]
启动模块，用于指示燃料电池系统开始工作，所述燃料电池系统中的水泵以最低的工作转速运作；
[0064]
水泵作模块，用于实时监测所述燃料电池系统中电堆的出水温度，若所述出水温度不超过t1则所述水泵在第一温度区间模式下运作，否则所述水泵在第二温度区间模式下运作；若接收到关机命令则结束流程，否则停留在水泵作模块。
[0065]
进一步的，水泵作模块中所述水泵的工作转速不低于所述最低的工作转速。
[0066]
进一步的，水泵运作模块中所述燃料电池系统的最高允许温度为tmax，若所述出水温度超过所述tmax则进入以下应对模块：
[0067]
超出温度判断模块，若所述出水温度超过所述tmax在预警温度t2以内则进入应对模块，否则进入停机模块，所述t2为5
°
；
[0068]
应对模块，用于将所述燃料电池系统的输出功率降低至一半，若降低所述输出功率一段时间后所述出水温度仍然未下降，则关停所述燃料电池系统；若所述出水温度下降到所述tmax以下，则放开对所述输出功率的限制；
[0069]
停机模块，用于关停所述燃料电池系统。
[0070]
进一步的，水泵作模块中所述第一温度区间模式具体为：
[0071]
所述水泵的转速与所述出水温度为线性正相关的关系，当所述出水温度为t1时所述水泵的转速为所述水泵全速运转时的n％，所述n为60。
[0072]
在第二温度区间，采用燃料电池的系统输出功率和出口温差共同控制的水泵转速方法比单纯采用进出口温差控制水泵转速的方法在响应上要迅速。因为从系统接收到功率请求时，水泵就可以按照请求功率进行提速，提早应对功率提升后散热量增加的情况。
[0073]
在低温时，即第一温度区间，采用温度控制水泵转速，与系统低温限制输出功率的节奏同步，可满足系统散热需求，同时降低水泵功耗。
[0074]
通过上述控制策略一方面整体满足了电堆对冷却流量的需求，同时能实现降低能耗，并提高冷却系统的响应能力。
[0075]
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多
形式，这些均属于本发明的保护之内。