一種燃料電池系統(tǒng)的冷卻子系統(tǒng)啟動方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于燃料電池領(lǐng)域，具體涉及一種燃料電池系統(tǒng)的冷卻子系統(tǒng)啟動方法。
【背景技術(shù)】
[0002]燃料電池是一種將燃料與氧化劑中的化學(xué)能通過電極上的電催化反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。它不受卡諾循環(huán)的限制，可以高效地將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)具有可快速啟動、無電解液流失、水易排出、壽命長、比功率與比能量高等突出優(yōu)點(diǎn)，特別適合作為移動動力源。
[0003]在以水冷為冷卻方式的燃料電池系統(tǒng)中，冷卻水經(jīng)過水箱、散熱片后進(jìn)入電池，再進(jìn)到水箱，形成循環(huán)。當(dāng)循環(huán)水流經(jīng)散熱片時(shí)，風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)將熱量吹走，循環(huán)水溫度下降，從而實(shí)現(xiàn)冷卻。因此散熱能力主要依靠風(fēng)扇的能力。當(dāng)電池功率增大時(shí)，其需要的散熱增加，因此風(fēng)扇的散熱能力需要提尚。但是散熱能力提尚意味著風(fēng)扇的功率會增加。根據(jù)風(fēng)扇的特性，當(dāng)啟動瞬間，其瞬間電流會達(dá)到正常運(yùn)行電流的10倍左右，因此過大的電流會對電源帶來很大的沖擊，嚴(yán)重時(shí)會損壞電源。
[0004]專利燃料電池的間歇冷卻(公開號CN 1279644C)所設(shè)計(jì)的燃料電池冷卻方法是使用間斷工作的泵根據(jù)工況將冷卻液間斷的循環(huán)，但當(dāng)電池溫度升溫過快時(shí)，可能造成系統(tǒng)冷卻效果下降甚至無法降溫，同時(shí)間斷性啟動和斷開泵，對泵本身的磨損很嚴(yán)重，時(shí)間長了可能造成泵的損壞，使得冷卻系統(tǒng)無法正常工作。
[0005]本發(fā)明涉及一種燃料電池系統(tǒng)及其采用的冷卻子系統(tǒng)啟動方法，用以解決燃料電池冷卻系統(tǒng)因電流過大而導(dǎo)致無法啟動，或干擾整個系統(tǒng)運(yùn)行的問題。當(dāng)溫度傳感器檢測溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，為風(fēng)扇提供電源的繼電器閉合，由于風(fēng)扇啟動電流過大，可能將電源電壓拉低，嚴(yán)重將會損壞電源，影響整個系統(tǒng)運(yùn)行。本發(fā)明意在減小風(fēng)扇對電源的沖擊，通過軟啟動器對風(fēng)扇緩慢增加控制電壓使風(fēng)扇軟啟動，最終達(dá)到最大功率，進(jìn)而達(dá)到最大散熱狀態(tài)。這樣不但不會影響散熱效果，而且對電源沖擊小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種以水冷作為冷卻方式的燃料電池系統(tǒng)的冷卻子系統(tǒng)啟動方法。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0008]1.利用軟啟動器控制風(fēng)扇的啟停；
[0009]2.根據(jù)溫度傳感器的反饋數(shù)據(jù)進(jìn)行軟啟動器工作狀態(tài)的判斷。
[0010]本發(fā)明所述燃料電池系統(tǒng)的冷卻子系統(tǒng)啟動方法，其中，燃料電池系統(tǒng)包括總控制模塊、燃料電池模塊、冷卻模塊、數(shù)據(jù)采集模塊，各模塊通過導(dǎo)線連接，總控制模塊通過232總線和任務(wù)計(jì)算機(jī)連接，燃料電池模塊的燃料電池輸出母線經(jīng)電壓傳感器V和電流傳感器A后與輸出負(fù)載端相連接，其中，總控制模塊包括控制器(ECU)、軟啟動器；燃料電池模塊包括燃料電池、溫度傳感器；冷卻模塊包括風(fēng)扇(3)、散熱片(I)、水泵；
[0011]使用軟啟動器控制風(fēng)扇，當(dāng)風(fēng)扇需要啟動時(shí)，ECU向軟啟動器發(fā)出啟動信號，軟啟動器控制風(fēng)扇緩慢啟動，當(dāng)風(fēng)扇需要停止時(shí)，ECU向軟啟動器發(fā)出停止信號，軟啟動器控制風(fēng)扇停止。
[0012]對ECU設(shè)定燃料電池工作溫度達(dá)到啟動風(fēng)扇的上限值和關(guān)閉風(fēng)扇的下限值。
[0013]燃料電池工作時(shí)產(chǎn)生溫度，溫度傳感器與E⑶通過導(dǎo)線相連來檢測冷卻水的水溫，溫度傳感器將檢測到的溫度值反饋到ECU，ECU與軟啟動器通過導(dǎo)線相連，ECU向軟啟動器發(fā)出控制信號，當(dāng)燃料電池系統(tǒng)的溫度傳感器測得的溫度值超過上限值時(shí)，反饋到ECU，ECU向軟啟動器發(fā)出啟動信號，風(fēng)扇啟動，當(dāng)溫度低于下限值時(shí)，軟啟動器發(fā)出停止信號，風(fēng)扇停止。
[0014]所述的軟啟動器與風(fēng)扇相連，為風(fēng)扇提供電壓，同時(shí)，軟啟動器控制風(fēng)扇的啟動速率和停止速率。
[0015]冷卻模塊以水冷作為冷卻方式，冷卻水經(jīng)過水泵、燃料電池、散熱片、后通過水泵再回到燃料電池，風(fēng)扇與散熱片同軸水平相對放置，風(fēng)扇工作時(shí)直接對散熱片進(jìn)行降溫。
[0016]風(fēng)扇與散熱片的距離為按照滿足風(fēng)扇對散熱片進(jìn)行降溫的要求進(jìn)行設(shè)置，具體根據(jù)風(fēng)扇輸出功率和風(fēng)扇個數(shù)設(shè)定，使燃料電池堆的運(yùn)行滿足設(shè)定溫度。
[0017]風(fēng)扇最佳的條件為:風(fēng)扇的電壓為12V、24V中的一種或兩種，風(fēng)扇個數(shù)為2個，風(fēng)扇與散熱器的距離為5cm，使風(fēng)扇總的輸出功率達(dá)到500W。
[0018]E⑶對軟啟動器的控制方法為:根據(jù)具體的要求，利用Dynamic C軟件進(jìn)行程序編譯，將編譯好的程序?qū)懭隦abbit 2100芯片，該芯片嵌入E⑶中，通過任務(wù)計(jì)算機(jī)界面對啟動過程進(jìn)行監(jiān)控。
[0019]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0020]1.本發(fā)明能夠快速達(dá)到冷卻效果，冷卻過程噪音低，系統(tǒng)穩(wěn)定性高。
[0021]2.本發(fā)明軟啟動過程溫和，對電源沖擊低，能夠保護(hù)電源。
【附圖說明】
[0022]圖1為燃料電池系統(tǒng)概要示意圖。
[0023]其中，I為散熱片，2為風(fēng)扇，A為電流傳感器，V為電壓傳感器。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖給出的實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0025]系統(tǒng)包括總控制模塊、燃料電池模塊、冷卻模塊、數(shù)據(jù)采集模塊。各模塊通過導(dǎo)線連接，總控制模塊通過232總線和任務(wù)計(jì)算機(jī)連接；燃料電池模塊的燃料電池輸出母線經(jīng)電壓和電流傳感器后與輸出負(fù)載端相連接。
[0026]總控制模塊包括E⑶控制器、軟啟動器。E⑶和軟啟動器通過導(dǎo)線連接?？刂颇K控制包括對燃料電池模塊的啟動運(yùn)行關(guān)閉進(jìn)行控制，對系統(tǒng)各電壓電流及其他參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣。
[0027]本發(fā)明實(shí)施例中的燃料電池堆設(shè)定溫度上限值為55°C，下限值為52°C。風(fēng)扇的供電電壓為DC24V，由于本例的功率為10kW，因此考慮到冷卻效果選擇安裝兩個風(fēng)扇。當(dāng)風(fēng)扇全功率工作時(shí)的功率能夠達(dá)到244W，兩個風(fēng)扇的功率就達(dá)到488W。安裝風(fēng)扇時(shí)將風(fēng)扇直接連接到軟啟動器上，軟啟動器的控制信號接到ECU上。當(dāng)溫度傳感器檢測水溫上升到55°C時(shí)，ECU下達(dá)冷卻指令給軟啟動器，此時(shí)軟啟動器開始工作。軟啟動器為風(fēng)扇緩慢提供電壓，逐漸將風(fēng)扇控制電壓增加到24V。加電壓的時(shí)間可以根據(jù)要求調(diào)節(jié)，本例使用的是在20s內(nèi)將風(fēng)扇電壓從OV增加到24V。20s后風(fēng)扇達(dá)到全功率冷卻，并一直工作。當(dāng)溫度傳感器檢測溫度低于52°C時(shí)，E⑶下達(dá)停止冷卻指令，軟啟動器逐漸降低風(fēng)扇供電電壓直至0V。此時(shí)風(fēng)扇停止工作，冷卻過程完成。
[0028]系統(tǒng)經(jīng)過實(shí)際測試應(yīng)用表明，啟動方法快速可行，能夠?yàn)槿剂想姵叵到y(tǒng)進(jìn)行散熱，而且運(yùn)行過程中對電源沒有大沖擊，系統(tǒng)運(yùn)行正常。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種燃料電池系統(tǒng)的冷卻子系統(tǒng)啟動方法，燃料電池系統(tǒng)包括總控制模塊、燃料電池模塊、冷卻模塊、數(shù)據(jù)采集模塊，各模塊通過導(dǎo)線連接，總控制模塊通過232總線和任務(wù)計(jì)算機(jī)連接，燃料電池模塊的燃料電池輸出母線經(jīng)電壓傳感器V和電流傳感器A后與輸出負(fù)載端相連接，其中，總控制模塊包括控制器(ECU)、軟啟動器；燃料電池模塊包括燃料電池、溫度傳感器；冷卻模塊包括風(fēng)扇(3)、散熱片(I)、水泵；其特征在于，使用軟啟動器控制風(fēng)扇，當(dāng)風(fēng)扇需要啟動時(shí)，ECU向軟啟動器發(fā)出啟動信號，軟啟動器控制風(fēng)扇緩慢啟動，當(dāng)風(fēng)扇需要停止時(shí)，ECU向軟啟動器發(fā)出停止信號，軟啟動器控制風(fēng)扇停止。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻子系統(tǒng)啟動方法，其特征在于，對ECU設(shè)定燃料電池工作溫度達(dá)到啟動風(fēng)扇的上限值和關(guān)閉風(fēng)扇的下限值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的冷卻子系統(tǒng)啟動方法，其特征在于，燃料電池工作時(shí)產(chǎn)生溫度，溫度傳感器與E⑶通過導(dǎo)線相連來檢測冷卻水的水溫，溫度傳感器將檢測到的溫度值反饋到ECU，ECU與軟啟動器通過導(dǎo)線相連，ECU向軟啟動器發(fā)出控制信號，當(dāng)燃料電池系統(tǒng)的溫度傳感器測得的溫度值超過上限值時(shí)，反饋到ECU，ECU向軟啟動器發(fā)出啟動信號，風(fēng)扇啟動，當(dāng)溫度低于下限值時(shí)，軟啟動器發(fā)出停止信號，風(fēng)扇停止。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的冷卻子系統(tǒng)啟動方法，其特征在于，所述的軟啟動器與風(fēng)扇相連，為風(fēng)扇提供電壓，同時(shí)，軟啟動器控制風(fēng)扇的啟動速率和停止速率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻子系統(tǒng)啟動方法，其特征在于，冷卻模塊以水冷作為冷卻方式，冷卻水經(jīng)過水泵、燃料電池、散熱片、后通過水泵再回到燃料電池，風(fēng)扇與散熱片同軸水平相對放置，風(fēng)扇工作時(shí)直接對散熱片進(jìn)行降溫。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的冷卻子系統(tǒng)啟動方法，其特征在于，風(fēng)扇與散熱片的距離為按照滿足風(fēng)扇對散熱片進(jìn)行降溫的要求進(jìn)行設(shè)置，同時(shí)，對風(fēng)扇總的輸出功率和風(fēng)扇的個數(shù)進(jìn)行設(shè)定，使燃料電池的運(yùn)行滿足設(shè)定溫度。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的冷卻子系統(tǒng)啟動方法，其特征在于，風(fēng)扇最佳的條件為:風(fēng)扇的電壓為12V、24V中的一種或兩種，風(fēng)扇個數(shù)為2個，風(fēng)扇與散熱器的距離為5cm，使風(fēng)扇總的輸出功率達(dá)到500W。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的冷卻子系統(tǒng)啟動方法，其特征在于，ECU對軟啟動器的控制方法為:根據(jù)具體的要求，利用Dynamic C軟件進(jìn)行程序編譯，將編譯好的程序?qū)懭隦abbit 2100芯片，該芯片嵌入E⑶中，通過任務(wù)計(jì)算機(jī)界面對啟動過程進(jìn)行監(jiān)控。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種燃料電池系統(tǒng)的冷卻子系統(tǒng)啟動方法，燃料電池系統(tǒng)包括總控制模塊、燃料電池模塊、冷卻模塊、數(shù)據(jù)采集模塊，其中，總控制模塊包括ECU控制器、軟啟動器；燃料電池模塊包括燃料電池、溫度傳感器；冷卻模塊包括風(fēng)扇、散熱片、水泵。具體為利用溫度傳感器對冷卻水的水溫進(jìn)行檢測，將檢測到的溫度值反饋到ECU，再由ECU向軟啟動器發(fā)出控制信號，控制風(fēng)扇的啟動與停止，風(fēng)扇與冷卻模塊中的散熱片同軸水平相對放置，對散熱片進(jìn)行降溫，本發(fā)明能夠快速達(dá)到冷卻效果，冷卻過程噪音低，系統(tǒng)穩(wěn)定性高，軟啟動過程溫和，對電源沖擊低，能夠保護(hù)電源。
【IPC分類】H01M8-04
【公開號】CN104795580
【申請?zhí)枴緾N201410784070
【發(fā)明人】周利, 邵志剛, 于誠溢, 萇國強(qiáng)
【申請人】中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2014年12月15日