專利名稱：車用pemfc溫度控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于汽車技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種車用PEMFC溫度控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
PEMFC 即質(zhì)子交換膜燃料電池(proton exchange membranefuel cell)的英文縮 寫。PEMFC發(fā)電在原理上相當(dāng)于水電解的“逆”裝置。其單電池由陽極、陰極和質(zhì)子交換膜 組成，陽極為氫燃料發(fā)生氧化的場所，陰極為氧化劑還原的場所，兩極都含有加速電極電化 學(xué)反應(yīng)的催化劑，質(zhì)子交換膜作為電解質(zhì)。工作時相當(dāng)于一直流電源，其陽極即電源負(fù)極， 陰極為電源正極。質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)以其無腐蝕、低溫快速啟動、功率密度較高 等優(yōu)點(diǎn)，非常適宜用作車載動力源。燃料電池汽車不同于普通的汽車，它的發(fā)動機(jī)功率隨著 溫度的改變而改變。在不同的工況下燃料電池需要輸出不同的功率，也就要使得燃料電池 工作在不同的溫度下?，F(xiàn)有的車載PEMFC溫度控制系統(tǒng)普遍存在算法復(fù)雜、實(shí)時性較差等技術(shù)問題。中 國專利文獻(xiàn)公開了一種車用燃料電池分布式控制系統(tǒng)[申請?zhí)朇N200610167346. 6]，其特 征在于，含有主控制器，通過CAN與外部節(jié)點(diǎn)構(gòu)成整車CAN網(wǎng)絡(luò)，與子控制器、溫度采集節(jié)點(diǎn) 和單片電壓采集統(tǒng)計(jì)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成燃料電池系統(tǒng)CAN網(wǎng)絡(luò)；子控制器，含有供氣系統(tǒng)子控制器、 水熱系統(tǒng)子控制器和電氣系統(tǒng)子控制器；溫度采集節(jié)點(diǎn)，含有基于CAN總線的多路溫度采 集裝置，用于采集燃料電池的溫度信號，并通過CAN單片電壓采集單板有至少兩片，將采集 到的燃料電池單片電壓通過CAN傳送到單片電壓統(tǒng)計(jì)節(jié)點(diǎn)。上述方案在一定程度上提高了 車用PEMFC的性能，但是仍然存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制方式復(fù)雜，控制精度不高等技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對上述問題，提供一種既能充分保證實(shí)時性，又能保證在不同 的功率要求下PEMFC都工作在最佳狀態(tài)，充分發(fā)揮PEMFC的性能的車用PEMFC溫度控制系統(tǒng)。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了下列技術(shù)方案本車用PEMFC溫度控制系統(tǒng)，連接 在車用燃料電池組上，其特征在于，本控制系統(tǒng)包括燃料電池組控制器、冷卻控制器和連接 在車用燃料電池組上的循環(huán)冷卻機(jī)構(gòu)，所述的車用燃料電池組上連接有用于檢測車用燃料 電池組工作電流的電流傳感器，在循環(huán)冷卻機(jī)構(gòu)上連接有用于檢測車用燃料電池組工作溫 度的溫度傳感器，所述的電流傳感器和溫度傳感器均與燃料電池組控制器相連接且燃料電 池組控制器能根據(jù)電流傳感器和溫度傳感器的信號并結(jié)合內(nèi)置的電流溫度控制曲線產(chǎn)生 控制循環(huán)冷卻機(jī)構(gòu)進(jìn)行熱交換調(diào)整的控制信號，所述的燃料電池組控制器與冷卻控制器相 連接且冷卻控制器能夠接收上述的控制信號并控制循環(huán)冷卻機(jī)構(gòu)進(jìn)行熱交換調(diào)整。在上述的車用PEMFC溫度控制系統(tǒng)中，所述的循環(huán)冷卻機(jī)構(gòu)包括冷卻箱，在冷卻 箱的進(jìn)水口和出水口分別連接有熱交換器和水箱，所述的熱交換器和水箱之間連接有處于 恒定工作狀態(tài)的水泵，所述的冷卻控制器連接在熱交換器上。
冷卻水在水泵的作用下從車用燃料電池組中帶走熱量，經(jīng)冷卻箱和熱交換器進(jìn)行 熱交換，達(dá)到控制車用燃料電池組溫度的效果。水泵恒轉(zhuǎn)速循環(huán)運(yùn)行，通過控制熱交換器來 控制溫度。燃料電池控制器具體負(fù)責(zé)監(jiān)控車用燃料電池組的工作狀態(tài)、故障診斷和處理以 及和車上其它系統(tǒng)的通訊，并進(jìn)行溫度、氫氣、控制等的控制。在上述的車用PEMFC溫度控制系統(tǒng)中，所述的熱交換器包括分別與水泵和冷卻箱 相連接的散熱箱，在散熱箱的側(cè)部設(shè)有散熱風(fēng)扇，所述的冷卻控制器連接在散熱風(fēng)扇上。在上述的車用PEMFC溫度控制系統(tǒng)中，所述的溫度傳感器連接在冷卻箱的出水口端。在上述的車用PEMFC溫度控制系統(tǒng)中，，所述的燃料電池組控制器通過CAN總線與 冷卻控制器相連接。在上述的車用PEMFC溫度控制系統(tǒng)中，所述的燃料電池組控制器設(shè)置在車體的后 部，所述的冷卻控制器設(shè)置在車體的前部。采用燃料電池組控制器和冷卻控制器兩個控制 器是由熱交換器和車用燃料電池組的具體位置決定的。由于實(shí)車中車用燃料電池組位于車 的后部，而水泵和熱交換器則位于車頭。如果直接由燃料電池組控制器產(chǎn)生PWM波來熱交 換器，則大電流信號將從車的后部傳到車頭，無疑是一個較大的干擾。本發(fā)明采用不易受干 擾的CAN總線來傳送控制信號，把大電流的PWM信號放在熱交換器的邊上，增加了系統(tǒng)的可 靠性。在上述的車用PEMFC溫度控制系統(tǒng)中，所述的電流溫度控制曲線中車用燃料電池 組工作電流小于等于5A時，其目標(biāo)工作溫度為50°C ；工作電流大于5A且小于等于IOA時， 其目標(biāo)工作溫度為50°C _58°C之間進(jìn)行一階線性插值；工作電流大于IOA且小于等于145A 時，其目標(biāo)工作溫度為58°C _64°C之間進(jìn)行一階線性插值；工作電流大于145A時，其目標(biāo)工 作溫度設(shè)定為64°C。與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本車用PEMFC溫度控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于1、布局合理，結(jié)構(gòu)簡 單緊湊，既能夠充分保證溫度調(diào)整的實(shí)時性，又能保證在不同的功率要求下PEMFC都工作 在最佳狀態(tài)，充分發(fā)揮PEMFC的性能。2、信號傳輸穩(wěn)定，不易受到干擾，系統(tǒng)的安全性和可
靠性高。


圖1是本發(fā)明提供的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，車用燃料電池組1、燃料電池組控制器2、冷卻控制器3、電流傳感器4、溫度 傳感器5、冷卻箱61、進(jìn)水口 611、出水口 612、熱交換器62、散熱箱621、散熱風(fēng)扇622、水箱 63、水泵64、CAN總線7。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本車用PEMFC溫度控制系統(tǒng)連接在車用燃料電池組1上。本控制系 統(tǒng)包括燃料電池組控制器2、冷卻控制器3和連接在車用燃料電池組1上的循環(huán)冷卻機(jī)構(gòu)。 車用燃料電池組1上連接有用于檢測車用燃料電池組1工作電流的電流傳感器4，在循環(huán)冷 卻機(jī)構(gòu)上連接有用于檢測燃料電池組2工作溫度的溫度傳感器5。電流傳感器4和溫度傳 感器5均與燃料電池組控制器2相連接且燃料電池組控制器2能根據(jù)電流傳感器4和溫度
4傳感器5的信號并結(jié)合內(nèi)置的電流溫度控制曲線產(chǎn)生控制循環(huán)冷卻機(jī)構(gòu)進(jìn)行熱交換調(diào)整 的控制信號。燃料電池組控制器2與冷卻控制器3相連接且冷卻控制器3能夠接收上述的 控制信號并控制循環(huán)冷卻機(jī)構(gòu)進(jìn)行熱交換調(diào)整。燃料電池組控制器2通過CAN總線7與冷 卻控制器3相連接。燃料電池組控制器2設(shè)置在車體的后部，冷卻控制器3設(shè)置在車體的 前部。更具體地說，循環(huán)冷卻機(jī)構(gòu)包括冷卻箱61，在冷卻箱61的進(jìn)水口 611和出水口 612分別連接有熱交換器62和水箱63。熱交換器62和水箱63之間連接有處于恒定工作 狀態(tài)的水泵64。冷卻控制器3連接在熱交換器62上。其中，熱交換器62包括分別與水泵 64和冷卻箱61相連接的散熱箱621，在散熱箱621的側(cè)部設(shè)有散熱風(fēng)扇622，冷卻控制器3 連接在散熱風(fēng)扇622上。本實(shí)施例中的散熱風(fēng)扇622有兩個。其中，溫度傳感器5連接在 冷卻箱61的出水口端。顯然，冷卻箱61的出水口端的水溫即為車用燃料電池組1的工作 溫度。電流溫度控制曲線中車用燃料電池組1工作電流小于等于5A時，其目標(biāo)工作溫度 為50°C ；工作電流大于5A且小于等于IOA時，其目標(biāo)工作溫度為50°C _58°C之間進(jìn)行一階 線性插值；工作電流大于IOA且小于等于145A時，其目標(biāo)工作溫度為58°C _64°C之間進(jìn)行 一階線性插值；工作電流大于145A時，其目標(biāo)工作溫度設(shè)定為64°C。工作時，水泵64處于恒定工作狀態(tài)，即冷卻水流速始終不變。循環(huán)冷卻機(jī)構(gòu)中的 冷卻水循環(huán)往復(fù)流動。電流傳感器4和溫度傳感器5分別檢測車用燃料電池組1的工作電 流和工作溫度，并由燃料電池組控制器2根據(jù)工作電流和工作溫度并結(jié)合內(nèi)置的電流溫度 控制曲線產(chǎn)生能夠用于控制循環(huán)冷卻機(jī)構(gòu)進(jìn)行熱交換調(diào)整的控制信號。該控制信號由連接 在燃料電池組控制器2上的冷卻控制器3接收并由冷卻控制器3控制熱交換器62，即控制 熱交換器62的散熱風(fēng)扇622的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)對散熱箱621的熱交換過程。一般地，燃料 電池組1的工作電流升高時，散熱風(fēng)扇622的轉(zhuǎn)速加快；燃料電池組1的工作電流降低時， 散熱風(fēng)扇622的轉(zhuǎn)速降低。本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng) 域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替 代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。盡管本文較多地使用了車用燃料電池組1、燃料電池組控制器2、冷卻控制器3、電 流傳感器4、溫度傳感器5、冷卻箱61、進(jìn)水口 611、出水口 612、熱交換器62、散熱箱621、散 熱風(fēng)扇622、水箱63、水泵64、CAN總線7等術(shù)語，但并不排除使用其它術(shù)語的可能性。使用 這些術(shù)語僅僅是為了更方便地描述和解釋本發(fā)明的本質(zhì)；把它們解釋成任何一種附加的限 制都是與本發(fā)明精神相違背的。
權(quán)利要求
一種車用PEMFC溫度控制系統(tǒng)，連接在車用燃料電池組(1)上，其特征在于，本控制系統(tǒng)包括燃料電池組控制器(2)、冷卻控制器(3)和連接在車用燃料電池組(1)上的循環(huán)冷卻機(jī)構(gòu)，所述的車用燃料電池組(1)上連接有用于檢測車用燃料電池組(1)工作電流的電流傳感器(4)，在循環(huán)冷卻機(jī)構(gòu)上連接有用于檢測車用燃料電池組(1)工作溫度的溫度傳感器(5)，所述的電流傳感器(4)和溫度傳感器(5)均與燃料電池組控制器(2)相連接且燃料電池組控制器(2)能根據(jù)電流傳感器(4)和溫度傳感器(5)的信號并結(jié)合內(nèi)置的電流溫度控制曲線產(chǎn)生控制循環(huán)冷卻機(jī)構(gòu)進(jìn)行熱交換調(diào)整的控制信號，所述的燃料電池組控制器(2)與冷卻控制器(3)相連接且冷卻控制器(3)能夠接收上述的控制信號并控制循環(huán)冷卻機(jī)構(gòu)進(jìn)行熱交換調(diào)整。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車用PEMFC溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的循環(huán)冷卻機(jī)構(gòu) 包括冷卻箱(61)，在冷卻箱(61)的進(jìn)水(611)和出水(612)分別連接有熱交換器(62)和 水箱(63)，所述的熱交換器(62)和水箱(63)之間連接有處于恒定工作狀態(tài)的水泵(64)， 所述的冷卻控制器(3)連接在熱交換器(62)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的車用PEMFC溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的熱交換器 (62)包括分別與水泵(64)和冷卻箱(61)相連接的散熱箱(621)，在散熱箱(621)的側(cè)部 設(shè)有散熱風(fēng)扇(622)，所述的冷卻控制器(3)連接在散熱風(fēng)扇(622)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的車用PEMFC溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的溫度傳感器 (5)連接在冷卻箱(61)的出水口端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的車用PEMFC溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的 燃料電池組控制器⑵通過CAN總線(7)與冷卻控制器(3)相連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的車用PEMFC溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的燃料電池組控 制器⑵設(shè)置在車體的后部，所述的冷卻控制器⑶設(shè)置在車體的前部。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的車用PEMFC溫度控制系統(tǒng)，其特征在于，所述 的電流溫度控制曲線中車用燃料電池組⑴工作電流小于等于5A時，其目標(biāo)工作溫度為 500C ；工作電流大于5A且小于等于IOA時，其目標(biāo)工作溫度為50°C _58°C之間進(jìn)行一階線 性插值；工作電流大于IOA且小于等于145A時，其目標(biāo)工作溫度為58°C _64°C之間進(jìn)行一 階線性插值；工作電流大于145A時，其目標(biāo)工作溫度設(shè)定為64°C。全文摘要
本發(fā)明提供了一種車用PEMFC溫度控制系統(tǒng)，屬于汽車技術(shù)領(lǐng)域。它解決了現(xiàn)有的車載PEMFC溫度控制系統(tǒng)普遍存在算法復(fù)雜、實(shí)時性較差的問題。本控制系統(tǒng)包括燃料電池組控制器、冷卻控制器和連接在車用燃料電池組上的循環(huán)冷卻機(jī)構(gòu)，車用燃料電池組上連接有用于檢測車用燃料電池組工作電流的電流傳感器，在循環(huán)冷卻機(jī)構(gòu)上連接有用于檢測車用燃料電池組工作溫度的溫度傳感器，燃料電池組控制器與冷卻控制器相連接且冷卻控制器能夠接收上述的控制信號并控制循環(huán)冷卻機(jī)構(gòu)進(jìn)行熱交換調(diào)整。本發(fā)明既能充分保證實(shí)時性、又能保證在不同的功率要求下PEMFC都工作在最佳狀態(tài)。
文檔編號H01M8/04GK101901920SQ20101023154
公開日2010年12月1日 申請日期2010年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月20日
發(fā)明者丁勇, 孫文凱, 李書福, 李傳海, 楊健, 由毅, 褚磊民, 趙福全 申請人:浙江吉利汽車研究院有限公司;浙江吉利控股集團(tuán)有限公司