本發(fā)明涉及燃料電池，具體涉及一種燃料電池一體化控制器及其散熱控制方法。

背景技術(shù)：

1、目前燃料電池系統(tǒng)控制器、燃料電池高壓水泵控制器、燃料電池高壓氫氣循環(huán)泵控制器、燃料電池空壓機控制器以及燃料電池直流升壓變換器都是單獨控制器，都有一個主控制芯片，在進行布置時，多采用分散式布置的方式，這種布置方式需要更大的布置空間，同時會導(dǎo)致高低壓線束在整車上來回走，布置雜亂。不僅增加了燃料電池系統(tǒng)的重量和成本，同時降低了燃料電池系統(tǒng)的功率體積密度。由于燃料電池系統(tǒng)多個電氣零部件之間彼此獨立分散，電氣架構(gòu)相對復(fù)雜，不利于燃料電池系統(tǒng)的集成化布置及商業(yè)化降本；另一方面，目前燃料電池汽車的功能安全性欠佳，一旦運行時發(fā)生重大交通事故，導(dǎo)致燃料電池系統(tǒng)與整車的動力電池高壓線束連接脫開。

2、同時，多個控制器均需要散熱，各控制器獨立冷卻管路復(fù)雜系統(tǒng)布置困難可靠性低，對于一體化的控制器，現(xiàn)有技術(shù)中使用水冷冷卻模式，對控制器殼體的防水能力和腐蝕能力要求高，增加了制造成本。

3、因此，亟待設(shè)計一種燃料電池一體化控制器及其散熱控制方法，解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供了一種燃料電池一體化控制器及其散熱控制方法，目的在于，提供一種安全可靠，結(jié)構(gòu)清晰的燃料電池一體化控制器，并優(yōu)化控制器散熱方式，通過控制方法在保證散熱效率的同時減少空壓機能量浪費。

2、為達上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

3、一種燃料電池一體化控制器，包括：箱體、直流升壓變換器、空壓機控制器、氫泵控制器、高壓水泵控制器，直流升壓變換器、空壓機控制器、氫泵控制器和高壓水泵控制器均設(shè)置在箱體內(nèi)，直流升壓變換器的主輸入接口和主輸入接口均設(shè)置在箱體上；

4、直流升壓變換器的主輸入與電堆的輸出利用銅排直接相連，直流升壓變換器的主輸出與整車的高壓系統(tǒng)通過高壓線束相連；空壓機控制器、氫泵控制器和高壓水泵控制器均通過銅排直接并聯(lián)在直流升壓變換器的主輸出上；

5、所述燃料電池一體化控制器的箱體的頂部中央設(shè)置有冷卻入口，用于冷卻介質(zhì)進入；箱體的底部設(shè)置有若干個透氣閥，若干個透氣閥均勻分布在箱體底部，用于冷卻介質(zhì)排出。

6、進一步的，所述燃料電池一體化控制器還包括數(shù)據(jù)采集模塊、內(nèi)部通信模塊和公共存儲單元，數(shù)據(jù)采集模塊用于采集空壓機控制器、氫泵控制器、高壓水泵控制器輸入和輸出的電壓、電流信號；內(nèi)部通信模塊用于空壓機控制器、氫泵控制器、高壓水泵控制器的指令接收、狀態(tài)反饋的通訊；公共存儲單元用于運行燃料電池系統(tǒng)內(nèi)各控制器控制邏輯和/或算法；公共存儲單元還用于數(shù)據(jù)保存。

7、進一步的，所述空壓機控制器的輸出與燃料電池的空壓機連接，控制空壓機的運行；氫泵控制器的輸出與燃料電池的氫泵連接，控制氫泵的運行；高壓水泵控制器的輸出與燃料電池的高壓水泵連接，控制高壓水泵的運行。

8、進一步的，所述燃料電池一體化控制器還包括并行總線，并行總線用于與數(shù)據(jù)采集模塊交互；與直流升壓變換器、空壓機控制器、氫泵控制器、高壓水泵控制器交互；與內(nèi)部通信模塊交互。

9、進一步的，所述燃料電池一體化控制器還包括濾波網(wǎng)絡(luò)、功率驅(qū)動電路、傳感器：所述濾波網(wǎng)絡(luò)用于濾去整流輸出電壓中的紋波，處理信號抑制和防止干擾；所述功率驅(qū)動電路用于控制驅(qū)動空壓機、氫泵、水泵的運行工作；所述傳感器用于檢測電路的電流電壓。

10、進一步的，所述燃料電池一體化控制器還包括共用低壓電源、高壓銅排和通信接口，所述共用低壓電源用于給空壓機控制器、氫泵控制器、高壓水泵控制器提供工作電源；所述高壓銅排用于連接電堆的輸出，同時用于空壓機控制器、氫泵控制器、高壓水泵控制器的高壓輸入電源連接；所述通信接口設(shè)置在箱體上，用于與外部通信模塊交互。

11、本發(fā)明還提供了一種基于上述燃料電池一體化控制器的散熱控制方法，所述一體化控制器的利用燃料電池供氧子系統(tǒng)提供的氣體散熱；

12、供氧子系統(tǒng)的部分氣體經(jīng)一體化控制器箱體頂部中央的冷卻入口進入，對控制器進行散熱，持續(xù)的冷卻氣體輸入，實現(xiàn)一體化控制器箱體內(nèi)部的散熱降溫，并從位于箱體的底部的透氣閥排出；

13、通過控制進入一體化控制器冷卻入口的空氣質(zhì)量流量，控制系統(tǒng)散熱。

14、進一步的，所述燃料電池供氧子系統(tǒng)包括：空氣濾清器、空壓機、中冷器、陰極尾排閥，空氣濾清器連接空壓機的入口，空壓機的出口設(shè)置有t型管道，t型管道的一支連接中冷器，中冷器連接電堆陰極入口，電堆陰極出口連接陰極尾排閥；t型管道的另一支連接流量控制閥，流量控制閥連接渦流管的入口，渦流管的熱端出口連接氣體排出管道，渦流管的冷端出口連接一體化控制器的冷卻入口。

15、進一步的，經(jīng)空氣壓縮機后得到的高壓空氣，在流量控制閥的控制下，部分進入渦流管被分離成低溫空氣和高溫空氣，分離出的低溫空氣用于冷卻一體化控制器；

16、所述流量控制閥用于控制渦流管入口的空氣質(zhì)量流量m，所述渦流管入口的空氣質(zhì)量流量m根據(jù)下式計算：

17、m＝m_co/μ?(1)；

18、式中，m_co為渦流管的冷端出口的空氣質(zhì)量流量，μ為渦流管的冷流率。

19、進一步的，渦流管的冷端出口的空氣質(zhì)量流量m_co的計算方法如下：

20、q_was＝m_co*(h_co-h)?(2)；

21、式中，q_was為單位時間內(nèi)控制器散熱系統(tǒng)所需帶走的熱量；h_co為渦流管的冷端出口處的空氣焓，根據(jù)渦流管的冷端出口處的溫度t_co查表獲得；h為渦流管入口處的空氣焓，根據(jù)渦流管入口處的溫度t查表獲得，其中t為與電堆電流i相關(guān)的函數(shù)，其函數(shù)關(guān)系式通過測試獲取，視為已知量；

22、單位時間內(nèi)控制器散熱系統(tǒng)所需帶走的熱量q_was的計算方法如下：

23、q_was＝q_ther?(3)；

24、式中，q_ther為與電堆電流i相關(guān)的函數(shù)，其函數(shù)關(guān)系式通過測試獲取，視為已知量；

25、渦流管的冷端出口處的溫度t_co的計算方法如下：

26、t_co＝t_out-q_was/m_co*c?(4)；

27、式中，t_out為控制器冷卻出口的溫度，c為空氣比熱容；

28、控制器冷卻出口的溫度t_out的計算方法如下：

29、t_out＝t_cont?(5)；

30、式中，t_cont為控制器的溫度，其中t_cont為與電堆電流i相關(guān)的函數(shù)，其函數(shù)關(guān)系式通過測試獲取，視為已知量；

31、通過聯(lián)立公式(2)、(3)、(4)、(5)求解出渦流管的冷端出口的空氣質(zhì)量流量m_co。

32、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

33、(1)通過設(shè)計一體化控制器，不僅可以使燃料電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加緊湊，還簡化了電氣架構(gòu)，減少了高壓線束的使用；通過在一體化控制器的箱體的頂部中央設(shè)置冷卻入口，在箱體的底部均勻設(shè)置若干個透氣閥，利用氣體散熱，無需復(fù)雜的水冷冷卻管路設(shè)計，通過頂部進氣，底部出氣，可以使氣體在控制器內(nèi)部充分停留，提高散熱效率。

34、(2)通過渦流管分離空壓機高壓氣流，利用渦流管制冷，結(jié)構(gòu)簡單，無需增加過多管路和其它零部件，利用渦流管分離出的低溫空氣給一體化控制器散熱，并結(jié)合流量控制閥控制渦流管入口的空氣質(zhì)量流量，從而控制進入一體化控制器的空氣質(zhì)量流量，通過精確計算控制器散熱所需空氣質(zhì)量流量，保證散熱效率的同時減少空壓機能量浪費。

35、本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在說明書以及附圖中所指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。