CN116230992B - 燃料电池的多模式热管理控制***及控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种燃料电池的多模式热管理控制***及控制方法，通过多通道换热器将燃料电池水循环回路连接至多通道换热器的第一通道，热泵冷媒循环回路连接至多通道换热器的第二通道，乘客舱水循环回路连接至多通道换热器的第三通道，通过控制单元控制燃料电池水循环回路、热泵冷媒循环回路、乘客舱水循环回路、多通道换热器在第一模式、第二模式和第三模式之间切换。在上述三种热控制模式下，即便燃料电池***的进出水温度传感器发生故障，也不会导致工作停机或者错误的热控制模式切换。本申请显著提高了燃料电池的热管理效率，降低了燃料电池***的整车能耗，实现了燃料电池***散热优化，提高了燃料电池***的使用寿命。

Description

燃料电池的多模式热管理控制***及控制方法

技术领域

本申请涉及燃料电池技术领域，具体而言，涉及一种燃料电池的多模式热管理控制***及控制方法。

背景技术

燃料电池的热管理控制是燃料电池技术领域的关键技术，影响燃料电池***的使用寿命和整车能耗。现有技术中已经存在一些利用PTC电辅助加热或者化学储能装置来辅助燃料电池低温冷启动，并且实现燃料电池***余热利用的相关技术方案，但是这些相关技术方案通常热管理效率低下、***结构复杂，从而导致燃料电池***的热管理效率低下，并且增加了燃料电池***的整车能耗，影响了燃料电池***的使用寿命。因此，亟需一种改进的技术方案来解决上述问题。

发明内容

有鉴于此，本申请提出一种燃料电池的多模式热管理控制***及控制方法，用于提高燃料电池的热管理效率，降低燃料电池***的整车能耗，实现燃料电池***散热优化，提高燃料电池***的使用寿命。

第一方面，本申请提出一种燃料电池的多模式热管理控制***，所述***包括：

燃料电池水循环回路、热泵冷媒循环回路、乘客舱水循环回路、多通道换热器和控制单元；所述燃料电池水循环回路连接至所述多通道换热器的第一通道，所述热泵冷媒循环回路连接至所述多通道换热器的第二通道，所述乘客舱水循环回路连接至所述多通道换热器的第三通道；所述控制单元用于控制所述燃料电池水循环回路、热泵冷媒循环回路、乘客舱水循环回路、多通道换热器在第一模式、第二模式和第三模式之间切换；

其中，所述控制单元用于在所述第一模式下控制所述燃料电池水循环回路、热泵冷媒循环回路通过所述第一通道和第二通道进行换热；在所述第二模式下控制所述燃料电池水循环回路、乘客舱水循环回路通过所述第一通道和第三通道进行换热；在所述第三模式下控制所述燃料电池水循环回路、热泵冷媒循环回路、乘客舱水循环回路通过所述第一通道、第二通道同时和第三通道进行换热。

在可选的实施方式中，所述第一通道、第二通道、第三通道形成交替间隔的层叠结构，所述第一通道包括第一子通道和第二子通道，第二通道包括第三子通道和第四子通道，第三通道包括第五子通道和第六子通道，所述第一通道、第二通道、第三通道中的每个通道的两个子通道之间均层叠有其他两个通道的子通道。

在可选的实施方式中，所述控制单元用于在所述第一模式、第二模式和第三模式下控制所述第一通道、第二通道、第三通道在各自的两个子通道之间切换。

在可选的实施方式中，所述控制单元用于在所述第一模式下，控制所述第三通道的进出口截止，控制所述第一通道和第二通道分别切换至所述第一子通道和第四子通道；在第二模式下，控制所述第二通道的进出口截止，控制所述第一通道和第三通道分别切换至所述第二子通道和第六子通道；在第三模式下，控制所述第一通道、第二通道和第三通道分别切换至所述第一子通道、第三子通道和第五子通道。

在可选的实施方式中，所述燃料电池水循环回路包括燃料电池***、设置在所述燃料电池***的出水口的第一温度传感器和设置在所述燃料电池***的进水口的第二温度传感器；所述热泵冷媒循环回路包括热泵压缩机、多通换向阀、冷凝器以及设置在所述第二通道的进口的第三温度传感器和设置在所述第二通道的出口的第四温度传感器；所述乘客舱水循环回路包括水泵、暖风单元以及设置在所述第三通道的进口的第五温度传感器和设置在所述第三通道的出口的第六温度传感器。

在可选的实施方式中，所述控制单元还用于在所述第一模式、第二模式和第三模式下，基于所述第二通道和/或第三通道的进口温度的实时监测值和所述第一通道的进口温度的实时监测值来评估所述第一通道的出口温度的估计值，并根据所述估计值和所述第一通道的出口温度的实时监测值之间的误差大小，来判定所述第一温度传感器和第二温度传感器中的至少一个是否发生故障。

在可选的实施方式中，所述控制单元还用于在判定所述第一温度传感器和第二温度传感器中的至少一个发生故障时，控制所述燃料电池***进入故障工作模式，以发出故障报警且维持所述第一模式、第二模式和第三模式处于正常运行状态。

在可选的实施方式中，所述控制单元还用于在所述故障工作模式时，控制所述燃料电池***在预置的运行参数区间内稳定运行。

第二方面，本申请还提出一种基于前述实施例的燃料电池的多模式热管理控制***的控制方法，所述方法包括：

根据所述第一通道、第二通道和第三通道的进出口温度的历史测试值，分别获得所述第一通道和第二通道之间的第一组第一温差评估系数、所述第一通道和第三通道之间的第二组第二温差评估系数以及所述第二通道与所述第三通道之间的第三组第一温差评估系数；

在所述第一模式、第二模式和第三模式下，根据所述第一组第一温差评估系数、第二组第二温差评估系数、第三组第一温差评估系数，以及所述第二通道和/或第三通道的进口温度的实时监测值以及所述第一通道的进口温度的实时监测值来评估所述第一通道的出口温度的估计值；

根据所述第一通道的出口温度的估计值和实时监测值之间的误差大小，来判定第一温度传感器和第二温度传感器中的至少一个是否发生故障。

在可选的实施方式中，所述方法还包括：

当判定所述第一温度传感器和第二温度传感器中的至少一个发生故障时，控制所述燃料电池***进入故障工作模式，以发出故障报警且维持所述第一模式、第二模式和第三模式处于正常运行状态。

本申请至少可以达到如下有益效果：

本申请的燃料电池的多模式热管理控制***，通过多通道换热器将燃料电池水循环回路连接至多通道换热器的第一通道，热泵冷媒循环回路连接至多通道换热器的第二通道，乘客舱水循环回路连接至多通道换热器的第三通道，并通过控制单元控制所述燃料电池水循环回路、热泵冷媒循环回路、乘客舱水循环回路、多通道换热器在第一模式、第二模式和第三模式之间切换，显著提高了燃料电池的热管理效率，降低了燃料电池***的整车能耗，实现了燃料电池***散热优化，提高了燃料电池***的使用寿命。

进一步地，本申请的燃料电池的多模式热管理控制***的控制方法，基于前述实施例的燃料电池的多模式热管理控制***，在上述三种热控制模式下，即便燃料电池***的进出水温度传感器发生故障，也不会导致燃料电池***工作停机或者导致错误的热控制模式切换，进一步保证了燃料电池的热管理效率，降低了燃料电池***的整车能耗，实现了燃料电池***散热优化，提高了燃料电池***的使用寿命。

此外，针对大功率燃料电池产热量比例高、电堆材料许用温度较低等特点，本申请从***操作温度、整车散热集成设计以及动力***能量管理角度出发，通过全局优化***功率响应，在实现大功率散热应用的前提下，保障燃料电池***的散热管理和***运行效率之间的最优平衡。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，而不应被看作是对本申请范围的限制。

图1是根据本申请一实施例的燃料电池的多模式热管理控制***的结构示意图；

图2是根据本申请另一实施例的燃料电池的多模式热管理控制***的具体结构示意图；

图3是根据本申请一实施例的多通道换热器的结构示意图；

图4是根据本申请一实施例的燃料电池的多模式热管理控制***的控制方法的流程示意图。

附图标记：

110-燃料电池水循环回路，120-热泵冷媒循环回路，130-乘客舱水循环回路，140-多通道换热器，150-控制单元，111-燃料电池***，112-第一温度传感器，113-第二温度传感器，121-热泵压缩机，122-多通换向阀，123-第三温度传感器，124-第四温度传感器，125-冷凝器，131-水泵，132-第五温度传感器，133-第六温度传感器，134-暖风单元，C1-1-第一子通道，C1-2-第二子通道，C2-1-第三子通道，C2-2-第四子通道，C3-1-第五子通道，C3-2-第六子通道。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。然而，应当理解，所描述的实施例仅仅是本申请的部分示例性实施例，而不是全部实施例，因此以下对本申请实施例的详细描述并非旨在限制本申请要求保护的范围。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等仅是用于区别描述类似的对象，而不是用于描述特定的顺序或先后次序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。除非另有明确的规定和限定，本申请中的术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下面结合附图，对本申请的一些具体实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述实施例及实施例中的特征可以相互组合。

图1是根据本申请一实施例的燃料电池的多模式热管理控制***的结构示意图。如图1所示，该***包括：燃料电池水循环回路110、热泵冷媒循环回路120、乘客舱水循环回路130、多通道换热器140和控制单元150；所述燃料电池水循环回路110、热泵冷媒循环回路120、乘客舱水循环回路130分别连接至所述多通道换热器140，所述控制单元150用于控制所述燃料电池水循环回路110、热泵冷媒循环回路120、乘客舱水循环回路130、多通道换热器140在第一模式、第二模式和第三模式之间切换。

在一个实施方式中，所述燃料电池水循环回路110连接至所述多通道换热器140的第一通道，所述热泵冷媒循环回路120连接至所述多通道换热器140的第二通道，所述乘客舱水循环回路130连接至所述多通道换热器140的第三通道。

在一个实施方式中，如图2所示，燃料电池水循环回路110包括燃料电池***111以及设置在燃料电池***111的出水口的第一温度传感器112和设置在燃料电池***111的进水口的第二温度传感器113。其中，在燃料电池***111的出水口流出的循环水经由所述第一温度传感器112流入所述多通道换热器140的第一通道的进口，并从所述多通道换热器140的第一通道的出口流出，经过第二温度传感器113流入燃料电池***111的进水口。

热泵冷媒循环回路120包括热泵压缩机121、多通换向阀122、冷凝器125以及设置在所述多通道换热器140的第二通道的进口的第三温度传感器123和设置在所述多通道换热器140的第二通道的出口的第四温度传感器124。其中，热泵压缩机121在制热工作中产生的热态的冷媒经由多通换向阀122流经第三温度传感器123，输出至所述多通道换热器140的第二通道的进口，并经过所述多通道换热器140的第二通道的出口流出，经过第四温度传感器124输入到冷凝器125散热，并经由多通换向阀122回流至热泵压缩机121。

乘客舱水循环回路130包括水泵131、暖风单元134以及设置在所述多通道换热器140的第三通道的进口的第五温度传感器132和设置在所述多通道换热器140的第三通道的出口的第六温度传感器133。其中，乘客舱水循环回路130的循环水在水泵131驱动下经由所述第五温度传感器132流入所述多通道换热器140的第三通道的进口，并从所述多通道换热器140的第三通道的出口流出，经过第六温度传感器133和暖风单元134，回流至水泵131。

在一个实施方式中，第一模式可以是燃料电池***111的冷启动模式。当环境温度低于冰点，燃料电池***111的进水温度低于第一阈值时，控制单元150可以确定燃料电池***111进入冷启动模式。燃料电池***111进入冷启动模式是指使燃料电池***111达到在低温环境下可以运行的条件，而不会由于燃料电池***111的电堆和液态水的温度过低导致启动失败。

如图2所示，该第一模式下，控制单元150控制所述燃料电池水循环回路110、热泵冷媒循环回路120通过多通道换热器140的第一通道和第二通道进行换热。具体而言，控制单元150可以控制热泵冷媒循环回路120中的多通换向阀122，将热泵压缩机121在制热工作中产生的热态的冷媒经由多通换向阀122直接输出至所述多通道换热器140的第二通道的进口，同时控制单元150可以控制所述燃料电池水循环回路110中的燃料电池***111的出水口流出的循环水流入所述多通道换热器140的第一通道的进口，从而实现热泵冷媒循环回路120中的热态冷媒对燃料电池水循环回路110中的循环水进行供热。经过所述多通道换热器140换热的冷媒从所述多通道换热器140的第二通道的出口流出，经过冷凝器125散热，并经由多通换向阀122回流至热泵压缩机121。所述燃料电池水循环回路110中的循环水在所述多通道换热器140中吸收热量后，从所述多通道换热器140的第一通道的出口流出，流入燃料电池***111的进水口，从而对燃料电池***111的电堆进行加热，辅助燃料电池***111进行冷启动。从而，实现热泵压缩机121产生的热量对燃料电池***111的电堆进行辅助加热，实现了热泵压缩机121的余热的有效利用，提高燃料电池***的热管理效率，并降低整车能耗。

在一个实施方式中，第二模式可以是燃料电池***111处于高功率下，利用燃料电池***111工作产生的热量对乘客舱水循环回路130进行供热的模式。

如图2所示，该第二模式下，当燃料电池***111处于高功率下，控制单元150控制所述燃料电池水循环回路110、乘客舱水循环回路130通过多通道换热器140的第一通道和第三通道进行换热。具体而言，控制单元150控制所述燃料电池水循环回路110中的燃料电池***111的出水口流出的高温的循环水，流入所述多通道换热器140的第一通道的进口，同时控制乘客舱水循环回路130的循环水在水泵131驱动下流入所述多通道换热器140的第三通道的进口，从而实现所述燃料电池水循环回路110的高温的循环水对乘客舱水循环回路130的循环水进行供热。所述乘客舱水循环回路130的循环水在所述多通道换热器140中吸收热量后，从第三通道的出口流出，通过暖风单元134将循环水的热量传递给空气，并通过暖风单元134内置的风扇（图2中未示出）输送至乘客舱。从而，实现利用燃料电池***111工作产生的热量对乘客舱供热，实现燃料电池***111的余热的有效利用，同时降低燃料电池***111的工作温度，提高燃料电池***的热管理效率，并降低整车能耗。

在一个实施方式中，第三模式可以是燃料电池***111处于低功率下，同时利用燃料电池***111工作产生的热量和热泵压缩机121产生的热量对乘客舱水循环回路130进行供热的模式。

如图2所示，该第三模式下，当燃料电池***111处于低功率下，控制单元150控制所述燃料电池水循环回路110、热泵冷媒循环回路120、乘客舱水循环回路130通过多通道换热器140的第一通道、第二通道和第三通道进行换热，即多通道换热器140的第一通道、第二通道同时和第三通道进行换热。具体而言，控制单元150控制所述燃料电池水循环回路110中的燃料电池***111的出水口流出的中温的循环水，流入所述多通道换热器140的第一通道的进口，并控制热泵冷媒循环回路120中的多通换向阀122，将热泵压缩机121在制热工作中产生的热态的冷媒经由多通换向阀122直接输出至所述多通道换热器140的第二通道的进口，同时控制乘客舱水循环回路130的循环水在水泵131驱动下流入所述多通道换热器140的第三通道的进口，从而实现所述燃料电池水循环回路110的中温的循环水和热泵冷媒循环回路120中的热态冷媒同时对乘客舱水循环回路130的循环水进行供热。所述乘客舱水循环回路130的循环水在所述多通道换热器140中吸收热量后，从第三通道的出口流出，通过暖风单元134将循环水的热量传递给空气，并暖风单元134内置的风扇（图2中未示出）输送至乘客舱。从而，实现利用燃料电池***111工作产生的热量和热泵压缩机121产生的热量同时对乘客舱供热，实现燃料电池***111的余热的有效利用，同时降低燃料电池***111的工作温度，提高燃料电池***的热管理效率，并降低整车能耗。

在一个实施方式中，如图3所示，所述多通道换热器140中的第一通道、第二通道、第三通道形成交替间隔的层叠结构。其中，第一通道包括第一子通道C1-1和第二子通道C1-2，第二通道包括第三子通道C2-1和第四子通道C2-2，第三通道包括第五子通道C3-1和第六子通道C3-2。所述第一通道、第二通道、第三通道中的每个通道的两个子通道之间均层叠有其他两个通道的子通道。例如，第一通道的第一子通道C1-1和第二子通道C1-2之间层叠有第二通道的第四子通道C2-2和第三通道的第六子通道C3-2，第二通道的第三子通道C2-1和第四子通道C2-2之间层叠有第一通道的第一子通道C1-1和第三通道的第五子通道C3-1，第三通道的第五子通道C3-1和第六子通道C3-2之间层叠有第一通道的第一子通道C1-1和第二通道的第四子通道C2-2。

在一个实施方式中，控制单元150可以通过控制分别设置在第一通道、第二通道、第三通道的进出口的换向阀（图3中未示出），来控制所述第一通道、第二通道、第三通道在各自的两个子通道之间切换，从而满足所述第一模式、第二模式和第三模式下在不同的子通道之间的换热。

具体而言，在第一模式下，控制单元150控制设置在第三通道的进出口的换向阀截止，控制分别设置在第一通道和第二通道的进出口的换向阀，从而控制所述第一通道和第二通道切换至第一子通道C1-1和第四子通道C2-2，实现所述燃料电池水循环回路110、热泵冷媒循环回路120通过所述第一子通道C1-1和第四子通道C2-2进行换热，即所述第四子通道C2-2向第一子通道C1-1进行热量传递。

在第二模式下，控制单元150控制设置在第二通道的进出口的换向阀截止，控制分别设置在第一通道和第三通道的进出口的换向阀，从而控制所述第一通道和第三通道切换至第二子通道C1-2和第六子通道C3-2，实现所述燃料电池水循环回路110、乘客舱水循环回路130通过所述第二子通道C1-2和第六子通道C3-2进行换热，即所述第二子通道C1-2向第六子通道C3-2进行热量传递。

在第三模式下，控制单元150控制分别设置在第一通道、第二通道和第三通道的进出口的换向阀，从而控制所述第一通道、第二通道和第三通道切换至第一子通道C1-1、第三子通道C2-1和第五子通道C3-1，实现所述燃料电池水循环回路110、热泵冷媒循环回路120、乘客舱水循环回路130通过所述第一子通道C1-1、第三子通道C2-1和第五子通道C3-1进行换热，即所述第一子通道C1-1、第三子通道C2-1同时向第五子通道C3-1进行热量传递。

在一个实施方式中，在上述三种热控制模式下，燃料电池***111的工作通常依赖设置在燃料电池***111的出水口的第一温度传感器112和设置在燃料电池***111的进水口的第二温度传感器113，一旦第一温度传感器112和/或第二温度传感器113故障，会导致燃料电池***111工作停机或者导致错误的模式切换。

为了解决这个问题，在一个实施方式中，所述控制单元150可以在所述第一模式、第二模式和第三模式下，基于所述第二通道和/或第三通道的进口温度的实时监测值以及所述第一通道的进口温度的实时监测值来评估第一通道的出口温度的估计值，从而根据第一通道的出口温度的估计值和实时监测值之间的误差大小，来判定第一温度传感器112和第二温度传感器113的至少一个是否发生故障。

在一个实施方式中，所述控制单元150在判定第一温度传感器112和第二温度传感器113中的至少一个发生故障时，控制所述燃料电池***111进入故障工作模式，以发出故障报警且维持所述第一模式、第二模式和第三模式处于正常运行状态。燃料电池***111的故障工作模式是指当判断燃料电池***111的进出水温度传感器即第一温度传感器112和第二温度传感器113中的至少一个发生故障时，能够发出进出水温度传感器的故障报警且仍能维持上述三种热控制模式处于正常运行状态，不会导致燃料电池***111发生停机或者上述热控制模式的异常切换。

在一个实施方式中，所述控制单元150在所述燃料电池***111进入故障工作模式时，可以控制所述燃料电池***111在预置的运行参数区间内稳定运行。预置的运行参数区间可以包括中功率或者低功率下的安全运行参数区间。

综上所述，本申请实施例的燃料电池的多模式热管理控制***，通过多通道换热器将燃料电池水循环回路连接至多通道换热器的第一通道，热泵冷媒循环回路连接至多通道换热器的第二通道，乘客舱水循环回路连接至多通道换热器的第三通道，并通过控制单元控制所述燃料电池水循环回路、热泵冷媒循环回路、乘客舱水循环回路、多通道换热器在第一模式、第二模式和第三模式之间切换；其中，所述控制单元用于在所述第一模式下控制所述燃料电池水循环回路、热泵冷媒循环回路通过所述第一通道和第二通道进行换热；在所述第二模式下控制所述燃料电池水循环回路、乘客舱水循环回路通过所述第一通道和第三通道进行换热；在所述第三模式下控制所述燃料电池水循环回路、热泵冷媒循环回路、乘客舱水循环回路通过所述第一通道、第二通道同时和第三通道进行换热。从而，显著提高了燃料电池的热管理效率，降低了燃料电池***的整车能耗，实现了燃料电池***散热优化，提高了燃料电池***的使用寿命。

图4是根据本申请一实施例的燃料电池的多模式热管理控制***的控制方法的流程示意图。本申请实施例的控制方法基于前述任一实施例的燃料电池的多模式热管理控制***，包括如下步骤：

步骤S401，根据所述第一通道、第二通道和第三通道的进出口温度的历史测试值，分别获得所述第一通道和第二通道之间的第一组第一温差评估系数、所述第一通道和第三通道之间的第二组第二温差评估系数，以及所述第二通道与所述第三通道之间的第三组第一温差评估系数。

由于多通道换热器140的传热系数通常趋于稳定，在多通道换热器140中的冷热流体的流量保持基本不变时，根据热平衡原理，当冷流体的进口温度变化时，冷流体的进出口温度差与热流体、冷流体的进口温度差之间的比值在小的误差范围内趋于不变，这种冷流体的进出口温度差与热流体、冷流体的进口温度差之间的比值在本申请中可称为第一温差评估系数；同理，当热流体的进口温度变化时，热流体的进出口温度差与热流体、冷流体的进口温度差之间的比值在小的误差范围内也趋于不变，这种热流体的进出口温度差与热流体、冷流体的进口温度差之间的比值在本申请中可称为第二温差评估系数。因此，根据所述第一温差评估系数和第二温差评估系数，所述控制单元150可以在所述第一模式、第二模式和第三模式下，基于所述第二通道和/或第三通道的进口温度的实时监测值以及所述第一通道的进口温度的实时监测值来评估第一通道的出口温度的估计值。

具体而言，根据多通道换热器140的第一通道、第二通道和第三通道的进出口温度的历史测试值，分别计算出燃料电池水循环回路110接入的第一通道（冷流体一侧）与热泵冷媒循环回路120接入的第二通道（热流体一侧）之间的与第二通道的一定范围的进口温度对应的第一组第一温差评估系数、所述燃料电池水循环回路110接入的第一通道（热流体一侧）与乘客舱水循环回路130接入的第三通道（冷流体一侧）之间的与第三通道的一定范围的进口温度对应的第二组第二温差评估系数，以及所述热泵冷媒循环回路120接入的第二通道（热流体一侧）与乘客舱水循环回路130接入的第三通道（冷流体一侧）之间的与第二通道的一定范围的进口温度对应的第三组第一温差评估系数。

作为示例一，以计算所述燃料电池水循环回路110接入的第一通道（冷流体一侧）与热泵冷媒循环回路120接入的第二通道（热流体一侧）之间的与第二通道的一定范围的进口温度对应的第一组第一温差评估系数为例。采集第二通道的一定范围的n个进口温度的历史测试值，以及每个第二通道的进口温度下，改变第一通道的进口温度时的第一通道的m个进出口温度对的历史测试值/>，其中n和m均为大于1的整数。本实施例中，第二通道的n个进口温度的历史测试值采集自第三温度传感器123，第一通道的m个进出口温度对的历史测试值分别采集自第一温度传感器112和第二温度传感器113。

那么，与第二通道的第i个进口温度对应的第一温差评估系数/>，，可以根据第二通道的进口温度/>以及对应的第一通道的m个进出口温度对计算出m个第一温差评估系数的样本值/>，这些样本值在小的误差范围内波动，因此，可以计算这些样本值的平均值，作为与第二通道的第i个进口温度对应的第一温差评估系数/>。第j个第一温差评估系数的样本值/>，/>，用数学表达式可以表示为：

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则与第二通道的第i个进口温度对应的第一温差评估系数，用数学表达式可以表示为：/>。

因此，可以得到第二通道的一定范围的n个进口温度对应的第一组第一温差评估系数为/>。该第二通道的一定范围的n个进口温度以及对应的第一组第一温差评估系数可以预先存储在控制单元150。

作为示例二，以计算所述燃料电池水循环回路110接入的第一通道（热流体一侧）与乘客舱水循环回路130接入的第三通道（冷流体一侧）之间的与第三通道的一定范围的进口温度对应的第二组第二温差评估系数为例。采集第三通道的一定范围的n个进口温度的历史测试值，以及每个第三通道的进口温度下，改变第一通道的进口温度时的第一通道的m个进出口温度对的历史测试值/>，其中n和m均为大于1的整数。本实施例中，第三通道的n个进口温度的历史测试值采集自第五温度传感器132，第一通道的m个进出口温度对的历史测试值分别采集自第一温度传感器112和第二温度传感器113。

那么，与第三通道的第i个进口温度对应的第二温差评估系数/>，，可以根据第三通道的进口温度/>以及对应的第一通道的m个进出口温度对计算出m个第二温差评估系数的样本值/>，这些样本值在小的误差范围内波动，因此，可以计算这些样本值的平均值，作为与第三通道的第i个进口温度对应的第二温差评估系数/>。第j个第一温差评估系数的样本值/>，/>，用数学表达式可以表示为：

；

则与第三通道的第i个进口温度对应的第二温差评估系数，用数学表达式可以表示为：/>。

因此，可以得到第三通道的一定范围的n个进口温度对应的第二组第二温差评估系数为/>。该第三通道的一定范围的n个进口温度以及对应的第二组第二温差评估系数可以预先存储在控制单元150。

作为示例三，以所述热泵冷媒循环回路120接入的第二通道（热流体一侧）与乘客舱水循环回路130接入的第三通道（冷流体一侧）之间的与第二通道的一定范围的进口温度对应的第三组第一温差评估系数为例。采集第二通道的一定范围的n个进口温度的历史测试值，以及每个第二通道的进口温度下，改变第三通道的进口温度时的第三通道的m个进出口温度对的历史测试值/>，其中n和m均为大于1的整数。本实施例中，第二通道的n个进口温度的历史测试值采集自第三温度传感器123，第三通道的m个进出口温度对的历史测试值分别采集自第五温度传感器132和第六温度传感器133。

与上述示例一类似，与第二通道的第i个进口温度对应的第一温差评估系数，可以根据第二通道的进口温度/>以及对应的第三通道的m个进出口温度对计算出m个第一温差评估系数的样本值/>，这些样本值在小的误差范围内波动，因此，可以计算这些样本值的平均值，作为与第二通道的第i个进口温度对应的第一温差评估系数/>。第j个第一温差评估系数的样本值/>，/>，用数学表达式可以表示为：

；

则与第二通道的第i个进口温度对应的第一温差评估系数，用数学表达式可以表示为：/>。

因此，可以得到第二通道的一定范围的n个进口温度对应的一组第一温差评估系数为/>。该第二通道的一定范围的n个进口温度以及对应的第三组第一温差评估系数可以预先存储在控制单元150。

步骤S402，在所述第一模式、第二模式和第三模式下，根据所述第一组第一温差评估系数、第二组第二温差评估系数、所述第三组第一温差评估系数，以及所述第二通道和/或第三通道的进口温度的实时监测值以及所述第一通道的进口温度的实时监测值来评估第一通道的出口温度的估计值。

以第一模式为例，当控制单元150控制所述燃料电池水循环回路110、热泵冷媒循环回路120通过多通道换热器140的第一通道和第二通道进行换热，实现热泵冷媒循环回路120中的热态冷媒对燃料电池水循环回路110中的循环水进行供热。控制单元150定期采集第二通道的进口温度的实时监测值和第一通道的进口温度的实时监测值/>，从预存储的第一组第一温差评估系数中查找与所述第二通道的进口温度的实时监测值/>最接近的第一温差评估系数/>，x表示该最接近的第一温差评估系数在第一组第一温差评估系数中的索引。然后，基于该最接近的第一温差评估系数、第二通道的进口温度的实时监测值和第一通道的进口温度的实时监测值/>评估第一通道的出口温度的估计值/>。具体公式如下：

。

本实施例中，第二通道的进口温度的实时监测值和第一通道的进口温度的实时监测值/>采集自第三温度传感器123和第一温度传感器112。

在一个实施方式中，控制单元150从预存储的第二通道的一定范围的n个进口温度中找到与所述第二通道的进口温度的实时监测值最接近的温度值，然后从第一组第一温差评估系数中以所述最接近的温度值对应的第一温差评估系数作为所述最接近的第一温差评估系数/>。

以第二模式为例，当燃料电池***111处于高功率下，控制单元150控制所述燃料电池水循环回路110、乘客舱水循环回路130通过多通道换热器140的第一通道和第三通道进行换热，实现所述燃料电池水循环回路110的高温的循环水对乘客舱水循环回路130的循环水进行供热。控制单元150定期采集第三通道的进口温度的实时监测值和第一通道的进口温度的实时监测值/>，从预存储的第二组第二温差评估系数中查找与所述第三通道的进口温度的实时监测值/>最接近的第二温差评估系数/>，y表示该最接近的第二温差评估系数在第二组第二温差评估系数中的索引。然后，基于该最接近的第二温差评估系数、第三通道的进口温度的实时监测值/>和第一通道的进口温度的实时监测值/>评估第一通道的出口温度的估计值/>。具体公式如下：

。

本实施例中，第三通道的进口温度的实时监测值和第一通道的进口温度的实时监测值/>采集自第五温度传感器132和第一温度传感器112。

在一个实施方式中，控制单元150从预存储的第三通道的一定范围的n个进口温度中找到与所述第三通道的进口温度的实时监测值最接近的温度值，然后从第二组第二温差评估系数中以所述最接近的温度值对应的第二温差评估系数作为所述最接近的第二温差评估系数/>。

以第三模式为例，当燃料电池***111处于低功率下，控制单元150控制所述燃料电池水循环回路110、热泵冷媒循环回路120、乘客舱水循环回路130通过多通道换热器140的第一通道、第二通道和第三通道进行换热，实现所述燃料电池水循环回路110的中温的循环水和热泵冷媒循环回路120中的热态冷媒同时对乘客舱水循环回路130的循环水进行供热。控制单元150定期采集第一通道的进口温度的实时监测值、第二通道的进口温度的实时监测值/>和第三通道的进口温度的实时监测值/>。由于多通道换热器140中第一通道和第二通道同时对第三通道进行热量传递，即导致第三通道的进出口温度差的热量同时来自第一通道和第二通道。

这种情形下，首先估算出第二通道的热量单独对第三通道传热时对第三通道的出口温度的贡献估计值，以该贡献估计值/>作为当第一通道的热量单独对第三通道传热时第三通道的进口温度的估计值，从而来评估第一通道的出口温度的估计值。具体而言，从预存储的第三组第一温差评估系数中查找与所述第二通道的进口温度的实时监测值/>最接近的第一温差评估系数/>，z表示该最接近的第一温差评估系数在第三组第一温差评估系数中的索引。然后，基于该最接近的第一温差评估系数、第二通道的进口温度的实时监测值/>和第三通道的进口温度的实时监测值/>评估第三通道的出口温度的贡献估计值/>。具体公式如下：

。

随后，从预存储的第二组第二温差评估系数中查找与所述第三通道的进口温度的贡献估计值最接近的第二温差评估系数/>，y表示该最接近的第二温差评估系数在第二组第二温差评估系数中的索引。然后，基于该最接近的第二温差评估系数、第三通道的进口温度的贡献估计值/>和第一通道的进口温度的实时监测值/>评估第一通道的出口温度的估计值/>。具体公式如下：

。/>

本实施例中，采集第一通道的进口温度的实时监测值、第二通道的进口温度的实时监测值/>和第三通道的进口温度的实时监测值/>采集自第一温度传感器112、第三温度传感器123、第五温度传感器132。

在一个实施方式中，控制单元150从预存储的第二通道的一定范围的n个进口温度中找到与所述第二通道的进口温度的实时监测值最接近的温度值，然后从第三组第一温差评估系数中以所述最接近的温度值对应的第一温差评估系数作为所述最接近的第一温差评估系数/>；从预存储的第三通道的一定范围的n个进口温度中找到与所述第三通道的进口温度的贡献估计值/>最接近的温度值，然后从第二组第二温差评估系数中以所述最接近的温度值对应的第二温差评估系数作为所述最接近的第二温差评估系数/>。

步骤S403，根据所述第一通道的出口温度的估计值和实时监测值之间的误差大小，来判定第一温度传感器112和第二温度传感器113中的至少一个是否发生故障。

具体而言，在得到所述第一通道的出口温度的估计值之后，将该估计值/>与第一通道的出口温度的实时监测值/>进行比较，如果二者的误差大于预定阈值，则判定第一温度传感器112和第二温度传感器113中的至少一个发生故障。具体公式如下：

；其中，/>表示预定阈值。

本实施例中，如果第一温度传感器112和第二温度传感器113均工作正常，即第一通道的进口温度和出口温度的实时监测值是准确的，那么通过上述估计公式评估出的第一通道的出口温度的估计值与第一通道的出口温度的实时监测值/>的误差大小在一定的误差范围内。反之，如果第一温度传感器112和第二温度传感器113中的任一个发生故障，即第一通道的进口温度和出口温度的实时监测值中的任一个是不准确的，那么通过上述估计公式评估出的第一通道的出口温度的估计值/>与第一通道的出口温度的实时监测值/>的误差大小会超出预定阈值，从而通过上述估计方法可以评估第一温度传感器112和第二温度传感器113中的至少一个是否发生故障。这种估计方式相对于其他估计燃料电池***的进出水温度的复杂算法而言，大大减少了控制单元150的计算量，消耗控制单元150更少的算力资源，也能保证燃料电池***的热管理效率。

在一个实施方式中，所述方法还包括：当判定第一温度传感器112和第二温度传感器113中的至少一个发生故障时，控制所述燃料电池***111进入故障工作模式，以发出故障报警且维持所述第一模式、第二模式和第三模式处于正常运行状态。燃料电池***111的故障工作模式是指当判断燃料电池***111的进出水温度传感器即第一温度传感器112和第二温度传感器113中的至少一个发生故障时，能够发出进出水温度传感器的故障报警且仍能维持上述三种热控制模式处于正常运行状态，不会导致燃料电池***111发生停机或者上述热控制模式的异常切换。

在一个实施方式中，所述方法还包括：在所述燃料电池***111进入故障工作模式时，控制所述燃料电池***111在预置的运行参数区间内稳定运行。预置的运行参数区间可以包括中功率或者低功率下的安全运行参数区间。

综上所述，本申请实施例的燃料电池的多模式热管理控制***的控制方法，基于前述任一实施例的燃料电池的多模式热管理控制***，根据第一通道、第二通道和第三通道的进出口温度的历史测试值，分别获得所述第一通道和第二通道之间的第一组第一温差评估系数、所述第一通道和第三通道之间的第二组第二温差评估系数以及所述第二通道与所述第三通道之间的第三组第一温差评估系数，并在所述第一模式、第二模式和第三模式下，根据所述第一组第一温差评估系数、第二组第二温差评估系数、第三组第一温差评估系数，以及所述第二通道和/或第三通道的进口温度的实时监测值以及所述第一通道的进口温度的实时监测值来评估所述第一通道的出口温度的估计值，根据所述第一通道的出口温度的估计值和实时监测值之间的误差大小，来判定第一温度传感器和第二温度传感器中的至少一个是否发生故障。从而，在上述三种热控制模式下，即便燃料电池***111的进出水温度传感器发生故障，也不会导致燃料电池***工作停机或者导致错误的热控制模式切换，进一步保证了燃料电池的热管理效率，降低了燃料电池***的整车能耗，实现了燃料电池***散热优化，提高了燃料电池***的使用寿命。

以上描述了本申请示例性的实施例，应当理解，上述示例性的实施例不是限制性的，而是说明性的，本申请的保护范围不限于此。应理解，本领域技术人员在不脱离本申请的精神和范围的情况下，可以对本申请实施例进行修改和变型，这些修改和变型理应在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种燃料电池的多模式热管理控制***，其特征在于，所述***包括：

燃料电池水循环回路、热泵冷媒循环回路、乘客舱水循环回路、多通道换热器和控制单元；所述燃料电池水循环回路连接至所述多通道换热器的第一通道，所述热泵冷媒循环回路连接至所述多通道换热器的第二通道，所述乘客舱水循环回路连接至所述多通道换热器的第三通道；所述控制单元用于控制所述燃料电池水循环回路、热泵冷媒循环回路、乘客舱水循环回路、多通道换热器在第一模式、第二模式和第三模式之间切换；

其中，所述控制单元用于在所述第一模式下控制所述燃料电池水循环回路、热泵冷媒循环回路通过所述第一通道和第二通道进行换热；在所述第二模式下控制所述燃料电池水循环回路、乘客舱水循环回路通过所述第一通道和第三通道进行换热；在所述第三模式下控制所述燃料电池水循环回路、热泵冷媒循环回路、乘客舱水循环回路通过所述第一通道、第二通道同时和第三通道进行换热；

所述第一通道、第二通道、第三通道形成交替间隔的层叠结构，所述第一通道包括第一子通道和第二子通道，第二通道包括第三子通道和第四子通道，第三通道包括第五子通道和第六子通道，所述第一通道、第二通道、第三通道中的每个通道的两个子通道之间均层叠有其他两个通道的子通道。

2.根据权利要求1所述的燃料电池的多模式热管理控制***，其特征在于，所述控制单元用于在所述第一模式、第二模式和第三模式下控制所述第一通道、第二通道、第三通道在各自的两个子通道之间切换。

3.根据权利要求2所述的燃料电池的多模式热管理控制***，其特征在于，所述控制单元用于在所述第一模式下，控制所述第三通道的进出口截止，控制所述第一通道和第二通道分别切换至所述第一子通道和第四子通道；在第二模式下，控制所述第二通道的进出口截止，控制所述第一通道和第三通道分别切换至所述第二子通道和第六子通道；在第三模式下，控制所述第一通道、第二通道和第三通道分别切换至所述第一子通道、第三子通道和第五子通道。

4.根据权利要求1所述的燃料电池的多模式热管理控制***，其特征在于，所述燃料电池水循环回路包括燃料电池***、设置在所述燃料电池***的出水口的第一温度传感器和设置在所述燃料电池***的进水口的第二温度传感器；所述热泵冷媒循环回路包括热泵压缩机、多通换向阀、冷凝器以及设置在所述第二通道的进口的第三温度传感器和设置在所述第二通道的出口的第四温度传感器；所述乘客舱水循环回路包括水泵、暖风单元以及设置在所述第三通道的进口的第五温度传感器和设置在所述第三通道的出口的第六温度传感器。

5.根据权利要求4所述的燃料电池的多模式热管理控制***，其特征在于，所述控制单元还用于在所述第一模式、第二模式和第三模式下，基于所述第二通道和/或第三通道的进口温度的实时监测值和所述第一通道的进口温度的实时监测值来评估所述第一通道的出口温度的估计值，并根据所述估计值和所述第一通道的出口温度的实时监测值之间的误差大小，来判定所述第一温度传感器和第二温度传感器中的至少一个是否发生故障。

6.根据权利要求5所述的燃料电池的多模式热管理控制***，其特征在于，所述控制单元还用于在判定所述第一温度传感器和第二温度传感器中的至少一个发生故障时，控制所述燃料电池***进入故障工作模式，以发出故障报警且维持所述第一模式、第二模式和第三模式处于正常运行状态。

7.根据权利要求6所述的燃料电池的多模式热管理控制***，其特征在于，所述控制单元还用于在所述故障工作模式时，控制所述燃料电池***在预置的运行参数区间内稳定运行。

8.一种基于权利要求4-7任一项所述的燃料电池的多模式热管理控制***的控制方法，其特征在于，所述方法包括：

根据所述第一通道、第二通道和第三通道的进出口温度的历史测试值，分别获得所述第一通道和第二通道之间的第一组第一温差评估系数、所述第一通道和第三通道之间的第二组第二温差评估系数以及所述第二通道与所述第三通道之间的第三组第一温差评估系数；

在所述第一模式、第二模式和第三模式下，根据所述第一组第一温差评估系数、第二组第二温差评估系数、第三组第一温差评估系数，以及所述第二通道和/或第三通道的进口温度的实时监测值以及所述第一通道的进口温度的实时监测值来评估所述第一通道的出口温度的估计值；

根据所述第一通道的出口温度的估计值和实时监测值之间的误差大小，来判定第一温度传感器和第二温度传感器中的至少一个是否发生故障。

9.一种根据权利要求8所述的燃料电池的多模式热管理控制***的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

当判定所述第一温度传感器和第二温度传感器中的至少一个发生故障时，控制所述燃料电池***进入故障工作模式，以发出故障报警且维持所述第一模式、第二模式和第三模式处于正常运行状态。