具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。

尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。

本文中的燃料电池发电系统6主要包括燃料电池堆和燃料电池辅助系统，可以在外接氢源并供应空气后反应发电同时生成水并释放热量。燃料电池热管理系统主要包括对燃料电池发电系统6及附件进行散热及冬季保温的系统总成，包含相关控制系统。

如图1和图6所示，根据本发明一个实施例的燃料电池发电系统热管理控制方法，包括：判断燃料电池发电系统6的运行模式；根据燃料电池发电系统6为工作模式，计算燃料电池热管理系统的第一最大散热功率和燃料电池发电系统6的第一需求散热功率；根据第一需求散热功率小于第一最大散热功率，控制燃料电池热管理系统进入第一散热模式；根据第一需求散热功率不小于第一最大散热功率，控制燃料电池热管理系统进入第二散热模式。

根据本发明实施例的燃料电池发电系统热管理控制方法，燃料电池发电系统6的正常运行模式也就是燃料电池发电系统6将化学能转化为向车辆的动力系统提供的电能，在该模式下，需要对燃料电池发电系统6以及相关辅助系统进行散热以保证燃料电池发电系统6的温度在合理范围内，避免温度过高或过低导致运行异常的问题。因此，在本实施例提供的燃料电池发电系统热管理控制方法中，需要判断燃料电池发电系统6的运行模式，根据燃料电池发电系统6的运行模式不同针对性地对燃料电池发电系统6进行不同的控制。具体的，经过判断，判定燃料电池发电系统6为工作模式，则需要计算燃料电池热管理系统的第一最大散热功率也就是燃料电池热管理系统的最大散热能力，同时计算燃料电池发电系统6的第一需求散热功率也就是燃料电池发电系统6的需求量。当第一需求散热功率小于第一最大散热功率时也就是供大于求，则表明燃料电池热管理系统的能力足以满足燃料电池发电系统6的需求，则根据需求的大小控制燃料电池热管理系统进入第一散热模式。当第一需求散热功率不小于第一最大散热功率时也就是供不应求，则表明燃料电池热管理系统的能力不足以满足燃料电池发电系统6的需求，第一散热模式不能够满足燃料电池发电系统6的需求，则控制燃料电池热管理系统进入第二散热模式。

第一需求散热功率的大小与环境温度、车辆的车速、冷却液的特性等相关，本申请实施例基于不同情况下对燃料电池发电系统6在不同的运行模式，其需求散热功率不同，提供了针对性的散热方式，保证在满足燃料电池发电系统6车辆具备高速行驶工况的前提下，燃料电池发电系统6的散热需求和布置空间均能够得到满足。减小燃料电池热管理系统中散热器风扇及散热器尺寸，降低成本的同时保证车辆外形尺寸不增加，实现整车布置协调性及美观性，利用车辆迎风实现散热器小型化，在保证功能及性能基础上实现最优配置。

在本发明的一些实施例中，对于燃料电池发电系统6的运行模式的判断取决于燃料电池热管理系统的出液口温度，当出液口温度低于预设值时，说明燃料电池发电系统6还未进入工作模式，此时为未启动阶段或工作模式前的准备阶段，则需要燃料电池热管理系统提升燃料电池发电系统6的温度，以便于快速进入工作模式，该过程成为暖机。当出液口温度不低于预设值时，说明燃料电池发电系统6已经进入工作模式，冷却液中已经携带了部分热能。具体地，如图2和图6所示，判断燃料电池发电系统6的运行模式包括获取燃料电池热管理系统的第一出液口温度；根据第一出液口温度小于第一预设值时，控制燃料电池发电系统6进入暖机模式；根据第一出液口温度不小于第一预设值时，控制燃料电池发电系统6进入工作模式。

其中，第一预设值的大小可以在车辆出厂前进行设定，在出厂前进行多次实验得到该第一预设值。也可以出厂后由用户根据车辆的实际情况进行调节，由厂方给出第一预设值的参考范围。

在本发明的一些实施例中，燃料电池管理系统的第一最大散热功率与燃料电池热管理系统所处的环境温度、车辆的形式速度和燃料电池热管理系统中的冷却液的进液口温度相关，根据燃料电池热管理系统所处的环境温度、车辆的形式速度和燃料电池热管理系统中的冷却液的进液口温度即可计算出燃料电池热管理系统的第一最大散热功率。燃料电池发电系统6的第一需求散热功率与燃料电池发电系统6的第一输出功率和第一输出功率所对应的第一损失效率相关，根据第一输出功率和第一损失效率即可计算出燃料电池发电系统6的第一需求散热功率。具体地，如图3和图6所示，根据燃料电池发电系统6为工作模式，计算燃料电池热管理系统的第一最大散热功率和燃料电池发电系统6的第一需求散热功率包括获取第一环境温度、第一车速和燃料电池热管理系统的第一进液口温度；根据第一环境温度、第一车速和第一进液口温度，计算燃料电池热管理系统的第一最大散热功率；获取燃料电池发电系统6的第一输出功率和第一输出功率所对应的第一损失效率；根据第一输出功率和第一损失效率，计算燃料电池发电系统6的第一需求散热功率。

其中，第一环境温度可通过在车辆上设置温度传感器，控制器9读取温度传感器的数据获得。第一车速可通过在车辆上设置转动传感器获得转速进而计算得到第一车速。第一进液口温度可通过在燃料电池热管理系统中设置温度传感器，控制器9读取温度传感器的数据获得。第一输出功率和第一损失效率可以通过控制器9查表可得，第一需求散热功率的计算公式为P＝P₁ x(1-η₁)，其中，P为第一需求散热功率，P₁为第一输出功率，η₁为第一损失效率。

在本发明的一些实施例中，经过计算得到第一最大散热功率和第一需求散热功率后比较两者的大小，根据大小关系决定了燃料电池热管理系统的不同散热模式。当第一需求散热功率小于第一最大散热功率时也就是供大于求，则表明燃料电池热管理系统的能力足以满足燃料电池发电系统6的需求，则根据需求的大小控制燃料电池热管理系统进入第一散热模式。具体地，如图6所示，根据第一需求散热功率小于第一最大散热功率，控制燃料电池热管理系统进入第一散热模式包括：控制散热器风扇和循环泵2开启，控制进气格栅7关闭。进气格栅7为设置在车辆前方的结构件，用于为车辆安置在汽车的发动机提供气流以进行散热和为发动机提供进气。一般情况下，进气格栅7处于常开状态，也就是气流不断输入。当第一需求散热功率小于第一最大散热功率时也就是供大于求，燃料电池热管理系统的能力足以满足燃料电池发电系统6的需求，不需要额外进行散热，则只控制燃料电池热管理系统中的散热器风扇和循环泵2开启，散热器风扇加快散热器表面的空气流动实现对散热器的散热，循环泵2加速冷却液的流动，在此期间进气格栅7时钟保持关闭状态，避免散热过度导致燃料电池发电系统6的温度过低造成的运行异常的问题。

在本发明的一些实施例中，当第一需求散热功率不小于第一最大散热功率时也就是供不应求，则表明燃料电池热管理系统的能力不足以满足燃料电池发电系统6的需求，第一散热模式不能够满足燃料电池发电系统6的需求，则控制燃料电池热管理系统进入第二散热模式。在第二散热模式中包括两种状态，两种状态的分界点是环境温度是否低于环境温度设定值，当环境温度低于环境温度设定值时，说明燃料电池发电系统6处于温度极低的情况，需要保证燃料电池发电系统6在正常工作温度范围内运行，燃料电池热管理系统对其进行保温或升温，当环境温度不低于环境温度设定值时，说明燃料电池发电系统6处于温度极高或正常工作温度范围内，燃料电池热管理系统对其进行散热。具体地，如图4和图6所示，根据第一需求散热功率不小于第一最大散热功率，控制燃料电池热管理系统进入第二散热模式包括获取第二环境温度；根据第二环境温度小于环境温度设定值；控制进气格栅7和散热器风扇关闭，控制循环泵2开启。进气格栅7和散热器风扇关闭后极大程度地降低了燃料电池发电系统6的热量损失，通过循环泵2使吸收了热量的冷却液在燃料电池内持续流动，使燃料电池快速升温。在该过程中，还可以根据进液口温度和出液口温度进行循环泵2的闭环控制，例如，当出液口温度大于设定值时或进液口温度大于设定值时，关闭循环泵2，当出液口温度小于设定值时，开启循环泵2。

在本发明的一些实施例中，当环境温度不低于环境温度设定值时，说明燃料电池发电系统6处于温度极高或正常工作温度范围内，燃料电池热管理系统对其进行散热。根据第二环境温度不小于环境温度设定值，控制散热器风扇和循环泵2开启进行散热，随着燃料电池发电系统6的一直运行，不断获取燃料电池热管理系统的第二出液口温度，根据第二出液口温度不小于第二预设值，也就是第二出液口温度升高至第二预设值则说明散热器风扇和循环泵2不足以满足燃料电池发电系统6的散热需求，因此，需要控制进气格栅7开启，控制散热器风扇关闭，通过车辆行驶迎风对燃料电池发电系统6进行风冷。具体地，如图4和图6所示，根据第一需求散热功率不小于第一最大散热功率，控制燃料电池热管理系统进入第二散热模式还包括根据第二环境温度不小于环境温度设定值；控制散热器风扇和循环泵2开启；获取燃料电池热管理系统的第二出液口温度；根据第二出液口温度不小于第二预设值；控制进气格栅7开启，控制散热器风扇关闭。随着进气格栅7开启后对燃料电池发电系统6的逐渐冷却，燃料电池热管理系统的冷却液的温度逐渐降低，当第二出液口温度小于第二预设值时，则不再需要开启进气格栅7，只需要开启散热器风扇即可满足散热需求。具体地，根据第一需求散热功率不小于第一最大散热功率，控制燃料电池热管理系统进入第二散热模式还包括根据第二出液口温度小于第二预设值；控制进气格栅7关闭；控制散热器风扇开启。

在本发明的一些实施例中，前文描述了基于车辆的行驶、环境温度等对燃料电池发电系统6执行第一散热模式和第二散热模式，其分界点是燃料电池热管理系统的第一最大散热功率和燃料电池发电系统6的第一需求散热功率，当对燃料电池发电系统6执行第二散热模式后，最大散热功率和需求散热功率随时变化，还需要再次进行判断。因此，在根据第一需求散热功率不小于第一最大散热功率，控制燃料电池热管理系统进入第二散热模式之后还需要计算燃料电池热管理系统的第二最大散热功率和燃料电池发电系统6的第二需求散热功率，根据第二最大散热功率和第二需求散热功率的大小关系，控制燃料电池热管理系统进入第一散热模式或第二散热模式。具体地，如图5和图6所示，在根据第一需求散热功率不小于第一最大散热功率，控制燃料电池热管理系统进入第二散热模式之后还包括：获取第三环境温度、第三车速和燃料电池热管理系统的第二进液口温度；根据第三环境温度、第三车速和第二进液口温度，计算燃料电池热管理系统的第二最大散热功率；获取燃料电池热管理系统的第二输出功率和第二输出功率所对应的第二损失效率；根据第二输出功率和第二损失效率，计算第二需求散热功率；根据第二需求散热功率小于第二最大散热功率，控制燃料电池热管理系统进入第一散热模式；根据第二需求散热功率不小于第二最大散热功率，控制燃料电池热管理系统进入第二散热模式。通过对燃料电池发电系统6输出功率及燃料电池热管系统的精确控制，确保燃料电池发电系统6工作在最适宜温度，实现能量的有效利用及整车能耗最优。通过进气格栅7、散热器风扇、电控三通阀8及循环泵2工作时间的控制，实现对于冷却液温度及流量的准确控制，进而实现对于燃料电池发电系统6工作温度的精准控制，达到效率及寿命最优的效果。

其中，第二环境温度和第三环境温度可通过在车辆上设置温度传感器，控制器9读取温度传感器的数据获得。第三车速可通过在车辆上设置转动传感器获得转速进而计算得到第三车速。第二进液口温度可通过在燃料电池热管理系统中设置温度传感器，控制器9读取温度传感器的数据获得。第二输出功率和第二损失效率可以通过控制器9查表可得，第二需求散热功率的计算公式为P’＝P₂ x(1-η₂)，其中，P’为第二需求散热功率，P₂为第二输出功率，η₂为第二损失效率。

在本发明的一些实施例中，在根据第一出液口温度小于第一预设值时，控制燃料电池热管理系统进入暖机模式中，控制电控三通阀8和散热器风扇关闭，控制冷却液进入小循环对燃料电池发电系统6暖机。

如图7所示，根据本发明另一个实施例的燃料电池发电系统热管理系统，用于执行上述技术方案所提供的燃料电池发电系统热管理控制方法，包括沿冷却液流动方向依次连接的出液口温度传感器1、循环泵2、散热器总成3和进液口温度传感器4；

环境温度传感器5，环境温度传感器5连接在车身上；

燃料电池发电系统6，燃料电池发电系统6连接在进液口温度传感器4和出液口温度传感器1之间；

进气格栅7，沿气流的流动方向，进气格栅7位于车辆的前部，且散热器总成3位于进气格栅7的下游；

电控开关，进气格栅7连接在电控开关上；

电控三通阀8，电控三通阀8位于循环泵2和散热器总成3之间；

控制器9，出液口温度传感器1、循环泵2、散热器总成3、进液口温度传感器4、燃料电池发电系统6、电控开关和电控三通阀8分别与控制器9电连接。

在本发明的一些实施例中，散热器总成3包括散热器和散热器风扇，散热器风扇用于对散热器进行散热。燃料电池发电系统热管理系统还包括PCT加热器、中冷器、压力传感器、离子浓度传感器、膨胀水箱、连接管等部件。

本申请基于大功率燃料电池(80kW以上)、大容量储氢系统、小电量高功率动力电池的方案的燃料电池商用车，提供了一种基于整车不同车速下以及不同温度下迎风进行散热的燃料电池发电系统热管理系统及控制方法。燃料电池商用主要由燃料电池发电系统6提供电能，因此燃料电池发电系统6散热功率需求与整车功率需求正相关，即燃料电池发电系统6输出功率跟随整车驱动及附件需求功率变化，动力电池仅起到削峰填谷及能量回收储存作用。根据整车动力学公式，车辆驱动功率需求随着车速的提升而不断升高，即燃料电池发电系统6散热需求随车速提升不断增大。本方案将燃料电池热管理系统布置在整车前部迎风位置，燃料电池发电系统6布置在散热器后方大梁中间位置，通过检测环境温度及燃料电池热管理系统冷却液温度执行不同的散热模式，同时采用可控制开闭的整车迎风进气格栅7实现不同工况及不同环境温度下的热管理系统控制。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。