燃料电池变载控制系统及方法与流程

本发明属于燃料电池，尤其涉及一种燃料电池变载控制系统及方法。

背景技术：

1、燃料电池电池运行时不仅对出口温度有相对严格的需求，同时工作时需要维持恒定的进出口温度差。为适应当前燃料电池高速变载时的温控需求，一般会在燃料电池系统内匹配高压水泵，通过水泵转速和节温器的阀板位置跟随调整确保整个冷却回路流量的快速响应，确保温差控制，同时通过散热风扇的转速调节确保热量的耗散，确保温度控制。大幅升载时，对应冷却回路的流量需要急剧上升以应对电堆升载过程中对应电堆的温差控制需求，因此高压水泵转速急剧上升。为了确保冷启动时小循环内冷却液的体积控制，一般补水回路的流量通过小口径管路设计控制在一定范围内，这种设计虽然有益于低温冷启动的加热时长控制，但是对高速加载时水泵泵前补水造成了一定困难。一方面在调试和运行时会出现水泵泵前负压值加剧，管路耐负压能力设计要求则同步需提高需要开模定制，增加了整机的设计及生产成本；另一方面这种运行状态会造成水泵电机负荷瞬间加大影响水泵的整体可靠性和寿命。

技术实现思路

1、为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种燃料电池变载控制系统及方法，能有效减小泵前负压。

2、本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的：

3、第一方面，提供了一种燃料电池变载控制系统，包括：

4、包括水泵、燃料电池电堆、节温器、散热器、膨胀水箱以及调节阀；燃料电池电堆的冷却液出水口和水泵的进水口连接，水泵的进水口和膨胀水箱的出水口连接，水泵的出水口和节温器的进水口连接，节温器的第一出水口分别和燃料电池电堆的冷却液进水口以及调节阀的进水口连接，节温器的第二出水口和散热器的进水口连接，散热器的出水口和膨胀水箱以及调节阀的进水口连接，调节阀的出水口和膨胀水箱连接。

5、结合第一方面，进一步的，在节温器第二出水口和散热器的进水口之间的管路上还设有过滤器。

6、结合第一方面，进一步的，在散热器和膨胀水箱之间的管路上还设有去离子罐。

7、结合第一方面，进一步的，所述去离子罐采用树脂罐。

8、结合第一方面，进一步的，调节阀的出水口和膨胀水箱之间的管路具有排气功能。

9、结合第一方面，进一步的，所述调节阀可以采用比例阀或者四通阀。

10、第二方面，提供了一种燃料电池变载控制方法，包括：

11、燃料电池变载控制系统开机自检；

12、判断燃料电池电堆的出水口温度是否达到预设的启动温度，若未达到，则将调节阀调至第一位置对燃料电池电堆进行预热；

13、当出水口温度达到启动温度后则执行正常开机，并将调节阀调节到第二位置，第二位置开度大于第一位置开度；

14、周期判断目标功率是否需要变载，若需要则根据预设的功率-调节阀开度曲线对调节阀开度进行设置；

15、周期判断目标功率变载是否完成，若完成且燃料电池输出稳定，则将调节阀调到第一位置。

16、结合第二方面，进一步的，调节阀的第一位置为调节阀关闭或者调节阀的开度为第二位置的30%。

17、有益效果：本发明通过在散热器以及节温器与膨胀水箱之间的管路上设置调节阀实现对补水回路流量的自如控制，实现在燃料电池冷启动、常温启动、稳态运行、变载等不同工作状态下的回流路流量自由调整。使得低温小回流和变载大回流的需求在同一架构下实现，降低水泵由于补水不及时引起的空转和过载稳态，提升了关键部件的使用可靠性，进而实现整个燃料电池系统的使用可靠性。与此同时，在平稳运行时降低回流路水流量还可以降低水泵负荷，减少整机寄生功率。

技术特征：

1.一种燃料电池变载控制系统，其特征在于，包括燃料电池电堆、水泵、节温器、散热器、膨胀水箱以及调节阀；燃料电池电堆的冷却液出水口和水泵的进水口连接，水泵的进水口和膨胀水箱的出水口连接，水泵的出水口和节温器的进水口连接，节温器的第一出水口分别和燃料电池电堆的冷却液进水口以及调节阀的进水口连接，节温器的第二出水口和散热器的进水口连接，散热器的出水口和膨胀水箱以及调节阀的进水口连接，调节阀的出水口和膨胀水箱连接。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池变载控制系统，其特征在于，在节温器第二出水口和散热器的进水口之间的管路上还设有过滤器。

3.根据权利要求1所述的一种燃料电池变载控制系统，其特征在于，在散热器和膨胀水箱之间的管路上还设有去离子罐。

4.根据权利要求1所述的一种燃料电池变载控制系统，其特征在于，所述去离子罐采用树脂罐。

5.根据权利要求1所述的一种燃料电池变载控制系统，其特征在于，调节阀的出水口和膨胀水箱之间的管路具有排气功能。

6.根据权利要求1所述的一种燃料电池变载控制系统，其特征在于，所述调节阀可以采用比例阀或者四通阀。

7.一种燃料电池变载控制方法，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的一种燃料电池变载控制方法，其特征在于，调节阀的第一位置为调节阀关闭或者调节阀的开度为第二位置的30%。

技术总结
本发明公开了一种燃料电池变载控制系统，包括水泵、节温器、散热器、膨胀水箱以及调节阀；燃料电池电堆的冷却液出水口和水泵的进水口连接，水泵的进水口和膨胀水箱的出水口连接，水泵的出水口和节温器的进水口连接，节温器的第一出水口分别和燃料电池电堆的冷却液进水口以及调节阀的进水口连接，节温器的第二出水口和散热器的进水口连接，散热器的出水口和膨胀水箱以及调节阀的进水口连接，调节阀的出水口和膨胀水箱连接，本发明通过在散热器以及节温器与膨胀水箱之间的管路上设置调节阀实现对补水回路流量的自如控制，降低水泵由于补水不及时引起的空转和过载稳态，提升了关键部件的使用可靠性，进而实现整个燃料电池系统的使用可靠性。

技术研发人员：戴丽君,王佳,柴结实
受保护的技术使用者：江苏徐工工程机械研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16