一种燃料电池汽车热管理系统、方法及燃料电池汽车

本发明属于新能源汽车，尤其涉及一种燃料电池汽车热管理系统、方法及燃料电池汽车。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、质子交换膜燃料电池是一种利用氢气与氧气进行电化学反应产生电能的装置，以质子交换膜燃料电池作为动力来源的混合动力汽车具有零排放，工作温度低，效率高等优点。然而质子交换膜燃料电池也具有动态响应慢，对工作温度敏感等缺点，因此，需要动力电池来辅助燃料电池供电，起到削峰填谷的作用。受限于动力电池的放电速率与寿命，在实际应用中，通常为了有效延长燃料电池的寿命及增强散热，采取更优于燃料电池的控制策略，而无意间损害动力电池的寿命。

3、在实际应用中，某些车辆(如物流卡车)具有固定的行驶路线和稳定的行驶周期。作为交通系统的一部分，为这些车辆设计合理的行车策略可以有效延长它们的使用寿命。整个行驶周期通常包括起步、加速、匀速、爬坡、减速和停车等阶段。在爬坡和加速过程中，客车的载客人数、货车的载货质量以及坡度等因素会使车辆处于高负荷状态，需要燃料电池和动力电池在短时间内提供大量功率输出，同时需要散热器大幅增加散热量。以质子交换膜燃料电池(pemfc)为例，其正常工作温度通常在60-80℃之间。在这个温度范围内，燃料电池可以达到最高效率，同时对寿命的影响最小。

4、因此，当车辆处于大负荷的运行工况时，需要调整风扇转速增大散热量，将燃料电池及动力电池的工作温度保持在正常范围内。

5、然而，随着风扇转速的增加，风扇消耗的功率也大幅增加，导致能耗增加。同时，由于车辆对功率的需求增加，燃料电池和动力电池在同一时间内需要输出更多的功率，尤其在爬坡、加速等高功率需求时，会进一步损耗电池的寿命。

技术实现思路

1、为了解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题，本发明第一方面提供一种燃料电池汽车热管理系统，其在爬坡、加速等高功率需求时，建立有效的散热和功率输出策略，并尽可能延长电池的寿命，对于质子交换膜燃料电池的热管理系统稳定运行和实现节能减排具有重要意义。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明的第一方面提供一种燃料电池汽车热管理控制系统，包括燃料电池控制器、动力电池剩余电量检测模块和燃料电池冷却系统，所述动力电池剩余电量检测模块用于检测动力电池soc；

4、所述燃料电池控制器被配置为：

5、读取车辆正常运行时预先设定的固定路谱的信息和动力电池soc；

6、根据车辆正常运行时预先设定的固定路谱的信息，判断车辆即将进入的状态；

7、若车辆即将进入爬坡或加速路段，若动力电池soc小于soc下限值，生成第一控制指令，根据第一控制指令增强燃料电池冷却系统散热，将燃料电池产生的电能存储于动力电池中；若soc大于soc上限值，生成第二控制指令，根据第二控制指令控制动力电池提供爬坡或加速功率；

8、若车辆即将进入减速或下坡路段，若动力电池soc小于soc下限值，生成第三控制指令，根据第三控制指令减小燃料电池冷却系统工作散热，将燃料电池产生的电能由动力电池存储；若动力电池soc大于或等于soc上限值，生成第四控制指令，根据第四控制指令控制燃料电池以最大功率变化率将输出功率降低至待机功率，由动力电池提供减速前的电能供给。

9、进一步地，所述燃料电池冷却系统包括两个回路，燃料电池冷却液的第一循环回路和第二循环回路，所述燃料电池冷却液的第一循环回路主要由燃料电池电堆、电子三通阀、ptc加热器和循环水泵组成，所述燃料电池冷却液的第二循环回路则包括燃料电池的小循环回路以及外部散热器、散热水箱组件，通过第一循环回路加热燃料电池冷却液，通过第二循环回路进行散热。

10、进一步地，所述控制器还被配置为：

11、在车辆启动阶段，根据对固定路谱信息的特征提取，判断车辆的启动时间，在距离车辆启动时间设定时间之前，在环境温度与燃料电池启动温度的差值为负时，控制电子三通阀关闭，燃料电池冷却液进入小循环回路，同时，控制动力电池为ptc加热器供电；

12、在燃料电池正常启动后，在燃料电池冷却液出口温度即将达到温度上限时，控制ptc加热器停止加热，控制电子三通阀的开度，使燃料电池冷却液进入大循环回路。

13、进一步地，在60℃时电子三通阀开始打开，在70℃时电子三通阀全开。

14、进一步地，车辆正常运行时预先设定的固定路谱的信息包括当前车速、平均车速、最高车速、平均加速度、最高加速度和坡度数据。

15、为了解决上述问题，本发明的第二个方面提供一种燃料电池汽车热管理控制方法，其在爬坡、加速等高功率需求时，建立有效的散热和功率输出策略，并尽可能延长电池的寿命，对于质子交换膜燃料电池的热管理系统稳定运行和实现节能减排具有重要意义。

16、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

17、一种燃料电池汽车热管理控制方法，包括：应用第一方面所述的一种燃料电池汽车热管理控制系统，包括：

18、读取车辆正常运行时预先设定的固定路谱的信息；

19、根据车辆正常运行时预先设定的固定路谱的信息，判断车辆即将进入的状态；

20、若车辆即将进入爬坡或加速路段，若动力电池soc小于soc下限值，生成第一控制指令，根据第一控制指令增强燃料电池冷却系统散热，将燃料电池产生的电能存储于动力电池中；若soc大于soc上限值，生成第二控制指令，根据第二控制指令控制动力电池提供爬坡或加速功率；

21、若车辆即将进入减速或下坡路段，若动力电池soc小于soc下限值，生成第三控制指令，根据第三控制指令减小燃料电池冷却系统工作散热，将燃料电池产生的电能由动力电池存储；若动力电池soc大于或等于soc上限值，生成第四控制指令，根据第四控制指令控制燃料电池以最大功率变化率将输出功率降低至待机功率输出功率，由动力电池提供减速前的电能供给。

22、进一步地，所述根据第一控制指令增强燃料电池冷却系统散热，包括：

23、控制燃料电池循环泵增大冷却液循环量、散热风扇提高转速，氢气及氧气提高供给；

24、所述根据第三控制指令减小燃料电池冷却系统工作散热，包括：

25、控制燃料电池根据设定的变化速率输出功率、循环泵转速及散热器风扇转速。

26、进一步地，所述根据车辆正常运行时预先设定的固定路谱的信息，判断车辆即将进入的状态，具体包括：

27、根据路谱特征中的加速度信息判断车辆加速或减速状态，当加速度为正时车辆处于加速状态，加速度为负时车辆处于减速状态；同时，加速度绝对值的大小反映了车辆加速或减速的程度；

28、根据路谱特征中的当前车速判断车辆处于大功率输出或小功率输出，若当前车速大于设定的车速最高阈值时，车辆处于大功率运行状态；若当前车速小于设定的车速最低阈值时，车辆处于小功率运行状态；

29、根据路谱特征中的坡度信息判断车辆上坡或下坡，当坡度为正时车辆处于爬坡状态，当坡度为负时车辆处于下坡状态，坡度的绝对值大小反映了车辆所处坡度大小。

30、进一步地，所述控制方法还包括：

31、在车辆启动阶段，根据对固定路谱信息的特征提取，判断车辆的启动时间，在距离车辆启动时间设定时间之前，在环境温度与燃料电池启动温度的差值为负时，控制电子三通阀关闭，燃料电池冷却液进入第一循环回路，同时，控制动力电池为ptc加热器供电；

32、在燃料电池正常启动后，在燃料电池冷却液出口温度即将达到温度上限时，控制ptc加热器停止加热，控制电子三通阀的开度，使燃料电池冷却液进入第二循环回路。

33、为了解决上述问题，本发明的第三方面提供一种燃料电池汽车，其在爬坡、加速等高功率需求时，建立有效的散热和功率输出策略，并尽可能延长电池的寿命，对于质子交换膜燃料电池的热管理系统稳定运行和实现节能减排具有重要意义。

34、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

35、一种燃料电池汽车，包括第一方面所述的一种燃料电池汽车热管理控制系统。

36、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

37、本发明提供的固定路谱车辆运行过程控制方法，通过行驶时间与车辆行驶的固定路谱预测车辆接下来的工况，根据不同的预测结果运行不同的车辆管理策略；在不同的运行策略切换中可以提前使燃料电池进行工况的改变，延长燃料电池工况改变的时间，降低对燃料电池的冲击，从而延长燃料从电池寿命；有效的降低了燃料电池瞬态工况变化对热管理系统的严苛要求，实现热管理系统的稳定工作与节能减排。

38、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。