本發(fā)明屬于氫燃料電池散熱控制，具體地說涉及一種氫燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)、控制方法及車輛。

背景技術(shù)：

1、氫燃料電池是一種將氫氣和氧氣的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電裝置，具有無污染、噪聲低、高效率等特點(diǎn)。氫燃料電池常應(yīng)用在儲(chǔ)能領(lǐng)域和車輛領(lǐng)域，作為車輛的驅(qū)動(dòng)能源或者儲(chǔ)能能源。

2、由于氫燃料電池系統(tǒng)在穩(wěn)定的工作溫度中具有更高的發(fā)電效率和更長的壽命，同時(shí)高溫下會(huì)導(dǎo)致電堆發(fā)生不可逆的損壞，因此，維持電堆在允許的工作溫度下工作，是保證電堆正常工作的一項(xiàng)關(guān)鍵措施。

3、然而，當(dāng)前氫燃料電池系統(tǒng)使用的溫控方法往往會(huì)導(dǎo)致散熱系統(tǒng)在散熱過程中電堆溫度波動(dòng)幅度較大，不僅會(huì)增加能耗，還會(huì)使電堆在溫度上升或下降的過程中容易超出允許的電堆工作溫度區(qū)間，造成不可逆的傷害，影響電池的性能和壽命；普通的溫控方法雖然會(huì)控制散熱系統(tǒng)中若干散熱器的轉(zhuǎn)速，但卻未考慮過相鄰的散熱器在同時(shí)開啟的情況下，相互之間會(huì)有所干擾，導(dǎo)致整體散熱效果受到影響；此外，當(dāng)前的溫控方法所涉及的算法復(fù)雜，導(dǎo)致計(jì)算量龐大，從而增加電池在前期調(diào)試過程中的投資支出和時(shí)間成本。因此，當(dāng)前急需提供一種能解決上述問題氫燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的控制方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是針對上述不足之處提供一種氫燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)、控制方法及車輛，擬解決目前氫燃料電池散熱方法能耗大，控溫能力較差，散熱效率較低和調(diào)試成本高、調(diào)試時(shí)間長的問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

2、一種氫燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，包括電池單元、散熱單元和fccu控制器；所述電池單元上設(shè)有實(shí)時(shí)采集環(huán)境溫度和電堆溫度的參數(shù)采集組件；所述散熱單元包括若干個(gè)散熱器；若干個(gè)散熱器構(gòu)成至少兩個(gè)由左向右依次排列的散熱器行，且多個(gè)散熱器行由上至下錯(cuò)位排列；所述fccu控制器分別與發(fā)電單元和散熱單元電連接；所述fccu控制器通過計(jì)算對散熱單元中散熱器的開啟數(shù)量、啟停順序和轉(zhuǎn)速進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制，以使不同工況下的電池單元匹配對應(yīng)的散熱效率。

3、一種氫燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：

4、s1：對散熱單元中的i個(gè)散熱器編號(hào)為1-i；將散熱器停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速值f設(shè)為0，將散熱器全速旋轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)速值f為100，則第i個(gè)散熱器的轉(zhuǎn)速值為fi，且fi∈[0，100]；

5、s2：預(yù)設(shè)電池單元的電堆目標(biāo)工作溫度t目、散熱器啟用溫度t啟和散熱器停用溫度t停，啟動(dòng)電池單元，實(shí)時(shí)采集環(huán)境溫度值t環(huán)和電堆溫度值t堆，當(dāng)電池單元的t堆≥t啟時(shí)，進(jìn)入s3步驟；

6、s3：將n個(gè)散熱器的轉(zhuǎn)速值總和設(shè)為散熱單元的總轉(zhuǎn)速值l，構(gòu)建散熱函數(shù)，表示為：

7、l＝k×[(m+n)×p×q+llast]；

8、上式中，m表示目標(biāo)溫度與當(dāng)前溫度差異的修正值，n表示溫度速率及斜率變化的修正值，p表示環(huán)境溫度修正值，q表示風(fēng)扇速率修正值，llast表示上一計(jì)算周期中散熱單元的總轉(zhuǎn)速值；

9、設(shè)定計(jì)算周期z，并獲取每個(gè)計(jì)算周期對應(yīng)的k、m、n、p、q的數(shù)值；然后根據(jù)散熱函數(shù)計(jì)算得到每個(gè)計(jì)算周期所對應(yīng)的l值；

10、其中，llast的初始值設(shè)為0，且每當(dāng)進(jìn)入下一個(gè)計(jì)算周期時(shí)，令llast的值等于本計(jì)算周期中的l值；

11、s4：構(gòu)建散熱器控制函數(shù)，并表示為：

12、

13、獲取每個(gè)計(jì)算周期z所對應(yīng)的l值并代入散熱器控制函數(shù)，將計(jì)算得到的fan值進(jìn)行向下取整和取余，進(jìn)而得到整數(shù)值a和余數(shù)值b；然后，令fccu控制器按由小到大的編號(hào)順序開啟數(shù)量為a個(gè)的散熱器，并將這些散熱器的轉(zhuǎn)速值f均設(shè)為100；同時(shí)使編號(hào)值為a+1的散熱器開啟，并將該散熱器的轉(zhuǎn)速值f均設(shè)為b，即fa+1＝b。

14、進(jìn)一步地，所述步驟s3具體包括：

15、s31：每當(dāng)進(jìn)入一個(gè)新的計(jì)算周期時(shí)，重新獲取當(dāng)前的電堆溫度值t堆和環(huán)境溫度值t環(huán)；

16、s32：對于參數(shù)k，設(shè)定初始值為1，并判斷當(dāng)前計(jì)算周期中電堆溫度值t堆與預(yù)設(shè)的散熱器啟用溫度t啟和散熱器停用溫度t停之間的大小，當(dāng)t堆≤t停時(shí)，令k＝0，當(dāng)t堆≥t啟時(shí)，令k＝1，當(dāng)t?！躷堆≤t啟時(shí)，保持當(dāng)前值不變。

17、進(jìn)一步地，所述步驟s3具體還包括：

18、s33：設(shè)定m＝(t目-t堆)×ka，其中，ka表示預(yù)設(shè)的溫差系數(shù)值；然后根據(jù)該計(jì)算周期中獲取的電堆溫度值t堆和預(yù)設(shè)電堆目標(biāo)工作溫度t目，計(jì)算得到該計(jì)算周期對應(yīng)的m值；

19、其中，獲取ka值的具體步驟如下：

20、s331：確認(rèn)電池單元處于常溫環(huán)境中，令散熱單元的所有散熱器處于關(guān)閉狀態(tài)；

21、s332：按電池最大功率啟動(dòng)電池單元，且電池啟動(dòng)速率v電為最大啟動(dòng)速率v電max，獲取開啟時(shí)的電堆溫度值t堆啟，使所有散熱器按預(yù)設(shè)啟動(dòng)速率v散同時(shí)啟動(dòng)，并全速旋轉(zhuǎn)，此時(shí)fan＝fanmax；記錄從電堆溫度從t堆啟上升至預(yù)設(shè)電堆目標(biāo)工作溫度t目所需的時(shí)間△ta；

22、s333：設(shè)定溫差系數(shù)基礎(chǔ)值ka0，然后通過算式計(jì)算得到ka0的值；

23、s334：將ka0乘以1，2，4，8倍，分別代入?yún)?shù)m的算式中，獲取6組m值；然后令l＝m，llast＝0，按照步驟s4所述方法啟用并控制散熱單元的散熱器；記錄并繪制各組從電池單元從開啟至達(dá)到t目為止的溫度關(guān)于時(shí)間變化的函數(shù)關(guān)系圖；其中，函數(shù)關(guān)系圖為振蕩衰減的正弦函數(shù)圖；

24、s335：預(yù)設(shè)電堆的允許最高工作溫度t允，判斷并選取在子步驟s334中，振幅最大且電堆溫度未超過t允的一組數(shù)據(jù)所對應(yīng)的ka0值為ka固定值。

25、進(jìn)一步地，所述步驟s3具體還包括：

26、s34：對于參數(shù)n，設(shè)定上式中，kb表示溫度變化系數(shù)值，△t為每個(gè)計(jì)算周期z中電堆溫度變化速率值，△t'為預(yù)設(shè)的時(shí)間值；

27、其中，獲取kb值的具體步驟如下：

28、s341：確認(rèn)電池單元處于常溫環(huán)境中，并按l＝k×[(m+n)+llast]的算式控制散熱單元的散熱器；

29、s342：設(shè)定溫度變化系數(shù)的基礎(chǔ)值kb0，且kb0的數(shù)值為子步驟s335中得到的ka值；

30、s343：按電池的最大功率啟動(dòng)電池單元，記錄每個(gè)計(jì)算周期z中的電堆溫度變化速率值△t，其中，t2為當(dāng)前計(jì)算周期中的電堆溫度值，t1為上一個(gè)計(jì)算周期中的電堆溫度值，△t'＝1s；然后繪制△t與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系圖；

31、s344：將kb0的2，4，8倍值分別作為新的kb0值，重新代入子步驟s343中進(jìn)行計(jì)算，然后繪制各kb0數(shù)值下對應(yīng)的△t與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系圖；

32、s345：對子步驟s343和s344中獲取的每組函數(shù)關(guān)系圖進(jìn)行擬合，得到對應(yīng)的擬合直線圖；然后，選取擬合直線圖與對應(yīng)函數(shù)關(guān)系圖中x軸線的夾角處于5°-10°之間的函數(shù)關(guān)系圖并得到kb的備選值；

33、其中，kb值的選擇方法如下：

34、判斷kb備選值數(shù)量，若kb備選值為一個(gè)，則該值作為該電堆溫度變化值△t所對應(yīng)的變化系數(shù)值kb；若kb備選值為多個(gè)，則選取夾角更靠近7.5°的一個(gè)值作為該電堆溫度變化值△t堆所對應(yīng)的kb值，若多個(gè)備選值對應(yīng)的切線與x軸線夾角與7.5°間隔同樣距離，則隨機(jī)選取一個(gè)作為kb值；若不存在備選值，則選取夾角最靠近7.5°的一條曲線作為kb值；將kb值記錄為kb1；

35、s346：構(gòu)建擬合直線的一次方程，表示為y＝cx+b；然后代入該條擬合直線對應(yīng)的△t與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系圖中的任意2點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，獲取c值并記錄為c1，然后令△t＝c1，則n值實(shí)際為n＝c1×kb；

36、s347：令電池啟動(dòng)速率v電分別為最大啟動(dòng)速率v電max，和重復(fù)s342至s346步驟進(jìn)行試驗(yàn)，得到一一對應(yīng)的c值和kb值，并作為預(yù)設(shè)調(diào)用值；

37、s348:當(dāng)進(jìn)入一個(gè)新的計(jì)算周期z時(shí)，重新獲取電堆溫度變化速率值△t，選取與△t數(shù)值對應(yīng)的c值和kb值，從而得到該計(jì)算周期中對應(yīng)的n值。

38、進(jìn)一步地，所述步驟s3具體還包括：

39、s35：對于參數(shù)p，設(shè)定其中，t環(huán)啟為每次電池單元開啟時(shí)，實(shí)際獲取的環(huán)境溫度值，t環(huán)理為預(yù)設(shè)的理想環(huán)境溫度值。

40、進(jìn)一步地，所述步驟s3具體還包括：

41、s36：每當(dāng)進(jìn)入一個(gè)新的計(jì)算周期時(shí)，判斷上一個(gè)計(jì)算周期得到的l值處于預(yù)設(shè)的散熱器總轉(zhuǎn)速值區(qū)間r中的哪一區(qū)間，然后計(jì)算獲取當(dāng)前計(jì)算周期對應(yīng)的q值；

42、其中，獲取q值的具體步驟如下：

43、s361：構(gòu)建散熱功率測試平臺(tái)，設(shè)定散熱功率的額定值，并按s4中設(shè)定的散熱器啟動(dòng)順序啟動(dòng)散熱單元；每當(dāng)散熱系統(tǒng)的散熱功率達(dá)到額定值10％、20％、30％……100％時(shí)，記錄該功率時(shí)對應(yīng)的散熱器總轉(zhuǎn)速值為s1、s2、s3……s10，并設(shè)定總轉(zhuǎn)速基礎(chǔ)值

44、s362：設(shè)定散熱器總轉(zhuǎn)速值區(qū)間r，并將區(qū)間劃分為[0，s1]、(s1，s2]、(s2，s3]、(s3，s4]、(s4，s5]、(s5，s6]、(s6，s7]、(s7，s8]、(s8，s9]、(s9，s10]；將每個(gè)區(qū)間的兩個(gè)端值求和后除以二，作為處于對應(yīng)區(qū)間內(nèi)的散熱器實(shí)際轉(zhuǎn)速總值的對應(yīng)參考平均值s實(shí)；

45、s363：構(gòu)建算式判斷上一個(gè)計(jì)算周期得到的l值處于預(yù)設(shè)的散熱器總轉(zhuǎn)速值區(qū)間r中的哪一區(qū)間，然后代入對應(yīng)的s實(shí)的數(shù)值，計(jì)算獲取對應(yīng)的q值。

46、進(jìn)一步地，在所述步驟s3中，將計(jì)算周期z的時(shí)間間隔設(shè)為0.1s-1s。

47、進(jìn)一步地，在所述步驟s1中，對散熱器編號(hào)順序?yàn)椋合戎虚g，后兩端；先上方，再下方。

48、一種車輛，采用上述任一種的氫燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的控制方法。

49、本發(fā)明的有益效果是：

50、1.本發(fā)明的控制方法通過設(shè)置計(jì)算周期z和動(dòng)態(tài)變化的參數(shù)，計(jì)算每個(gè)計(jì)算周期對應(yīng)的l值，以得到該計(jì)算周期對應(yīng)的fan值，從而實(shí)現(xiàn)對散熱單元的動(dòng)態(tài)控制，及時(shí)滿足電池單元在復(fù)雜工況下的散熱需求，使電池單元的電堆溫度保持在電堆目標(biāo)工作溫度區(qū)間內(nèi)。本發(fā)明能耗低、控溫能力強(qiáng)，散熱效率高，并能縮短計(jì)算時(shí)間和降低成本。

51、2.本發(fā)明通過調(diào)整計(jì)算周期z的時(shí)間間隔，達(dá)到使用成本和散熱效率之間的平衡，在保障電池單元正常工作的情況下，盡可能地減少投資，提升經(jīng)濟(jì)效益。

52、3.本發(fā)明通過對散熱單元的錯(cuò)位布置、編號(hào)及通過控制方法，對散熱器的開啟順序進(jìn)行控制，能在散熱功率較低的情況下，使相鄰的散熱器盡量不同時(shí)開啟，減小相鄰散熱器之間的相互干擾，進(jìn)而提升散熱效率。