【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开涉及一种用于控制车辆的燃料电池系统的温度的方法。本公开还涉及一种用于控制车辆的燃料电池系统的温度的控制单元。此外，本公开涉及一种包括这种控制单元的车辆。本公开通常可应用于用作重型车辆(诸如卡车、公共车辆和施工设备)的电力传动系的一部分的燃料电池系统。本公开同样可以应用于其他车辆，诸如汽车和其他轻型车辆等，而且也可以应用于船舶等。其他应用也是可能的，诸如本公开在固定发电厂系统中的应用。
技术介绍
1、随着各种类型车辆中引入新的能量存储系统，诸如重型车辆中的电池和燃料电池，人们越来越致力于开发新的、适当的解决方案，以确保此类系统的可靠操作，同时也为与此类系统交互的其他车辆系统提供解决方案。重型燃料电池电动车辆特别感兴趣的一个领域是电动车辆中的冷却剂系统和对冷却剂系统的控制。
2、此外，在燃料电池系统领域，对于提高燃料电池系统操作期间处理燃料电池产生的热量的效率的需求日益增加。为此，燃料电池系统通常包括热管理系统，也通常表示为冷却剂系统，目的是将燃料电池堆的操作温度维持在其最佳温度。目前，燃料电池使用多种不同的冷却技术，包括使用空气和液体冷却介质或相变。在车辆的燃料电池系统领域，通常使用高功率燃料电池堆，冷却剂系统一般以液体冷却剂系统的形式提供，因为液体流动的传热系数与空气流动的传热系数相比起来通常更高。
3、在这些类型的用于车辆燃料电池系统的液体冷却剂系统中，冷却剂流动路径通常也可集成在燃料电池的双极板中。然而，冷却剂还可以以其他方式在燃料电池系统的燃料电池堆周围或内流动。
4、尽管用于车辆
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种改进的用于控制车辆的燃料电池系统的温度的方法，其中与燃料电池系统相关联的加热器可基于燃料电池系统的操作而操作。所述目的至少部分地通过根据权利要求1的方法来实现。所述目的还通过其他独立权利要求来实现。从属权利要求涉及本公开的有利实施方案。
2、根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于控制车辆的燃料电池系统fcs的温度的方法。fcs包括至少一个燃料电池和用于所述至少一个燃料电池的热管理系统。热管理系统包括用于循环冷却剂的流体回路。此外，热管理系统包括被布置为调节冷却剂的温度的加热器。
3、所述方法包括预测给定时间范围内的fcs功率需求；预测所述给定时间范围内的所述fcs的功率容量；以及基于所述fcs的所述预测的功率容量和所述预测的fcs功率需求，操作所述加热器以便控制所述fcs在所述给定时间范围期间的所述温度。
4、所提出的方法至少部分基于这样的见解：fcs的温度通常会对fcs的可能功率容量产生影响。具体而言，据观察，可以从fcs递送的fcs的最大功率水平(通常对应于功率容量)直接取决于fcs的操作温度。至少由于这些原因，在寒冷条件期间启动fcs时功率容量相对较低，而随着fcs升温，功率容量通常会增加。因此，在寒冷条件下启动重型车辆的fcs具有特殊的挑战。
5、为了管理在fcs冷启动期间fcs的热变化，普通的fcs冷却系统可以包括可操作来加热燃料电池的加热器，从而有助于在寒冷条件期间启动fcs。
6、可以控制热管理系统的加热器在全功率下操作以带来更快的加热，这在寒冷条件期间使用。当冷却剂温度达到特定温度值时，通常可以停用加热器。在冷却剂温度达到这种特定温度值之后，可以启动fcs，并且可以使用可选的旁通路径来加热fcs。因此，热管理系统还可以可选地包括可控的旁通阀以便更快地加热系统。
7、一旦达到fcs的期望操作温度，就可以控制冷却剂的流动，例如通过控制流量阀组件，以便使其流过设置在与加热器分开的另一冷却剂流动路径中的热交换器。这种热交换器可以布置在车辆的前部。加热器通常可以设置在旁通通道中，但是也可以设想旁通通道的其他类型的布置。
8、所提出的方法允许改善热管理系统中这种加热器的控制，以便通过提供改进的预测温度控制以更快地提高fcs的功率容量。所提出的方法不同于迄今为止已知的现有技术方法，现有技术方法通常侧重于确保当前燃料电池温度快速收敛至目标燃料电池温度。也就是说，所提出的方法提供了对加热器的改进和有效的控制，所述控制基于fcs的预测的功率容量和预测的fcs功率需求。为此，可以更好地估计和确定燃料电池的适当目标温度。下面将描述一些此类预测控制的示例。
9、所提出的方法和热管理系统通常可以使用冷却剂流体介质来传递来自fcs的热量。通过使用被布置为与流体回路中循环的冷却剂流体连通的加热器，所述方法和热管理系统还可使用冷却剂流体介质在启动时和/或寒冷条件下将热量传递到fcs。然而，不使用冷却剂也可能加热fcs的各部分。因此，所提出的方法可以应用于和实施于车辆的燃料电池系统的几种不同类型的热管理系统中。
10、本文中使用的fcs的术语“功率容量”通常指fcs在给定时间范围内能够提供的最大功率。
11、举例来说，如果冷却剂的当前温度低于冷却剂温度设定点，则可以启动预测给定时间范围内的fcs的功率容量的步骤。换句话说，如果确定的当前冷却剂温度低于冷却剂温度设定点，则所述方法可以继续执行预测给定时间范围内的fcs功率容量的操作。
12、术语“冷却剂温度设定点”通常可指的是指示加热器的温度阈值的预定值。举例来说，冷却剂温度设定点指的是标称设定点，例如，预定的正常操作冷却剂温度。在其他示例中，冷却剂温度设定点可以被设置为最大允许冷却剂温度。举例来说，冷却剂温度设定点是存储在控制单元中的预定温度值。
13、所述方法还可以包括确定冷却剂的当前温度并将确定的当前冷却剂温度与冷却剂温度设定点进行比较。
14、如果确定的当前冷却剂温度高于冷却剂温度设定点，则所述方法还可以包括控制所述加热器进入停用状态。举例来说，停用状态是指的是加热器关闭且因此不可操作来产生热量的状态。通过这种方式，与迄今为止已知的方法和系统相比，热管理系统以更为有效的方式操作。此外，一旦超过温度设定点就关闭加热器可以提供更谨慎的操作，从而避免系统过热。
15、可以用几种不同的方式预测fcs的功率容量。举例来说，预测给定时间范围内的fcs的功率容量可以包括估计在fcs在给定时间范围期间根据预测的fcs功率需求进行操作的情况下fcs的温度的预期演变。通过这种方式，可以确定fcs功率请求估计是否在任何时候大于估计的功率容量。
16、此外或替代地，预测fcs在给定时间范围内的功率容量的提供可以包括确定fcs的健康状态soh。通过这种方式，可以更精确地确定可用的或最大的fcs功率容量。
17、通常，预测给定时间范围内的fcs功率容量可以包括基于确定的soh降低fcs的功率容量。因此，预测给定时间范围内的fcs的功率容量可以包括基于确定的soh将fcs功率容量降低至降低的最大功本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于控制车辆(10)的燃料电池系统FCS(20)的温度的方法(100)，所述FCS包括至少一个燃料电池(21)和用于所述至少一个燃料电池的热管理系统(22)，所述热管理系统(21)具有用于循环冷却剂(24)的流体回路(23)，并且所述热管理系统还包括被布置为调节所述冷却剂的温度的加热器(25)，
2.根据权利要求1所述的方法，其中如果所述冷却剂的当前温度低于冷却剂温度设定点，则启动预测所述给定时间范围内的所述FCS的功率容量。
3.根据权利要求2所述的方法，其还包括确定(S20)所述冷却剂的所述当前温度并将所述确定的当前冷却剂温度与所述冷却剂温度设定点进行比较。
4.根据权利要求3所述的方法，其还包括：如果所述确定的当前冷却剂温度高于所述冷却剂温度设定点，则控制(S52)所述加热器进入停用状态。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中预测(S40)所述给定时间范围内的所述FCS的功率容量包括估计在所述FCS在所述给定时间范围期间根据所述预测的FCS功率需求进行操作的情况下所述FCS的所述温度的预期演变。
6
7.根据权利要求6所述的方法，其中预测(S40)所述给定时间范围内的所述FCS的功率容量包括基于所述确定的SOH降低所述FCS的所述功率容量。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其还包括将所述预测的FCS功率需求与所述预测的FCS功率容量进行比较；并且如果所述预测的FCS功率需求在所述时间范围内的任何时间点高于所述预测的FCS功率容量，则所述方法还包括响应于所述比较而操作所述加热器以便控制所述FCS在所述给定时间范围期间的所述温度。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在所述FCS启动时执行所述方法。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中预测所述给定时间范围内的所述FCS功率需求至少部分基于描述从起点到终点的至少一个路线段的路线信息。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述路线信息包含速度限制的指示、道路类型、道路高程剖面、施工工程和交通流量中的任一个。
12.根据前述权利要求10至11中任一项所述的方法，其中预测所述给定时间范围内的所述FCS功率需求至少部分基于所述路线段的先前的FCS功率需求曲线。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述路线段的所述先前的FCS功率需求曲线基于先前的车辆操作循环统计数据和驾驶员特征中的任一个。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中预测所述给定时间范围内的所述FCS功率需求至少部分基于与环境条件有关的数据。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中预测所述给定时间范围内的所述FCS功率需求至少部分基于指示所述车辆的总组合重量的数据。
16.一种用于车辆(10)的控制单元(90)，其被布置为与车辆的燃料电池系统FCS通信并且被配置为执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。
17.一种车辆(10)，其包括燃料电池系统FCS并且还包括根据权利要求16所述的控制单元。
18.一种计算机程序，其包括用于在所述程序在计算机上运行时执行根据权利要求1至15中任一项所述的步骤的程序代码装置。
19.一种承载计算机程序的计算机可读介质，所述计算机程序包括程序装置，所述程序装置用于在所述程序装置在计算机上运行时执行根据权利要求1至15中任一项所述的步骤。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于控制车辆(10)的燃料电池系统fcs(20)的温度的方法(100)，所述fcs包括至少一个燃料电池(21)和用于所述至少一个燃料电池的热管理系统(22)，所述热管理系统(21)具有用于循环冷却剂(24)的流体回路(23)，并且所述热管理系统还包括被布置为调节所述冷却剂的温度的加热器(25)，
2.根据权利要求1所述的方法，其中如果所述冷却剂的当前温度低于冷却剂温度设定点，则启动预测所述给定时间范围内的所述fcs的功率容量。
3.根据权利要求2所述的方法，其还包括确定(s20)所述冷却剂的所述当前温度并将所述确定的当前冷却剂温度与所述冷却剂温度设定点进行比较。
4.根据权利要求3所述的方法，其还包括：如果所述确定的当前冷却剂温度高于所述冷却剂温度设定点，则控制(s52)所述加热器进入停用状态。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中预测(s40)所述给定时间范围内的所述fcs的功率容量包括估计在所述fcs在所述给定时间范围期间根据所述预测的fcs功率需求进行操作的情况下所述fcs的所述温度的预期演变。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中预测(s40)所述给定时间范围内的所述fcs的功率容量包括确定所述fcs的健康状态soh。
7.根据权利要求6所述的方法，其中预测(s40)所述给定时间范围内的所述fcs的功率容量包括基于所述确定的soh降低所述fcs的所述功率容量。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其还包括将所述预测的fcs功率需求与所述预测的fcs功率容量进行比较；并且如果所述预测的fcs功率需求在所述时间范围内的任何时间点高于所述预测的fcs功率容量，则所述方法还包括响应于所述比较而操作所述加热器以便控制所述fcs在所述...
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