【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于燃料電池領域，涉及一種燃料電池散熱系統以及控制方法，具體涉及一種海水散熱燃料電池船舶系統及其溫控方法。
技術介紹
1、隨著全球能源需求的不斷增長和環境保護意識的增強，清潔能源技術的發展成為當今社會的熱點。燃料電池作為一種高效、環保的能源轉換裝置，因其高能量密度、低排放和高效率等優點，受到廣泛關注和應用。燃料電池技術在交通運輸領域，尤其是船舶動力系統中，展現出巨大的應用潛力。傳統的船舶動力系統主要依賴于內燃機，這種系統不僅效率低下，而且排放大量污染物，對環境造成嚴重影響。相比之下，燃料電池船舶系統能夠顯著減少溫室氣體和污染物的排放，符合綠色航運的發展趨勢。然而，燃料電池在運行過程中會產生大量的熱量，如果不能有效散熱，將導致系統過熱，影響燃料電池的性能和壽命。因此，如何高效地散熱成為燃料電池船舶系統設計中的關鍵問題。
2、現有的燃料電池船舶系統通常采用空氣冷卻或封閉式液冷系統。這些冷卻方法存在一些顯著的缺點，如這些方法的散熱效率較低，無法快速有效地將燃料電池產生的熱量散發出去，導致系統過熱，影響燃料電池的性能和壽命。空氣冷卻系統需要額外的能源來驅動風扇散熱，這增加了系統的能耗，降低了整體能源利用效率。此外由于空氣的比熱容較低，散熱效率有限，難以滿足高功率燃料電池的散熱需求。封閉式液冷系統雖然散熱效果較好，但其結構復雜，維護困難，且需要額外的能源來驅動冷卻裝置，增加了系統的能耗。現有技術中的冷卻系統通常缺乏智能控制，無法根據燃料電池系統的實時溫度變化進行動態調節，導致冷卻效果不穩定，難以保持系統在最佳工作溫度
3、在船舶環境中，海水作為一種天然的冷卻介質，具有比熱容高、溫度穩定和資源豐富等優點，利用海水進行散熱是一種理想的解決方案。
技術實現思路
1、針對現有技術的上述缺點，本專利技術提供一種海水散熱燃料電池船舶系統及其溫控方法，解決現有技術中的缺陷，提高系統的散熱效率、能源利用率和智能化程度，降低維護難度和成本，為燃料電池船舶系統的散熱開創新思路。
2、本專利技術將海水散熱燃料電池船舶系統及其智能溫控技術通過燃料電池船舶系統與海水散熱裝置相結合，實現熱交換器將燃料電池系統產生的熱量傳遞給海水的技術目的，并設計智能控制系統，確保系統在最佳溫度范圍內運行，顯著提升了燃料電池系統的可靠性和穩定性，具有廣泛的應用前景和市場價值。
3、本專利技術技術方案如下。
4、一種海水散熱燃料電池船舶系統，在船舶的內部設置有位于船舶內部底面前側的進水口集成過濾格柵、海水泵和位于船舶內部底面尾側的出水口；所述進水口集成過濾格柵、海水泵、循環系統、出水口順次連接；
5、所述循環系統由熱交換器、三通閥和燃料電池系統組成，所述熱交換器的熱介質出口與三通閥、燃料電池系統的冷卻水路入口連接；所述燃料電池系統的冷卻水路出口與熱交換器熱介質入口連接，所述三通閥的一個出口通過管道連接至燃料電池系統與熱交換器之間的管道上。
6、進一步地，本專利技術還包括單向閥門；所述單向閥門設置于海水泵與循環系統之間的管道上。
7、進一步地，本專利技術還包括防倒流閥；所述防倒流閥設置于循環系統與出水口之間的管道上。
8、進一步地，所述海水泵與熱交換器的冷介質入口連接。
9、進一步地，所述熱交換器的冷介質出口連接至出水口。
10、本專利技術中，海水散熱燃料電池船舶系統，如圖所示1，主要由以下零部件協同完成：進水口集成過濾格柵、海水泵、單向閥門、熱交換器、三通閥、燃料電池系統、防倒流閥，出水口。進水口集成過濾格柵，應位于船體底部的前部，以利用船舶行駛時的前進速度來促進海水的自然流入，通過進水管連接到海水泵。進水口為圓形，以確保充足的海水流量。進水口集成過濾格柵，為防止雜物進入冷卻系統。海水泵，位于進水口和單向閥門之間，負責抽取海水并通過單向閥將其輸送到熱交換器。單向閥門位于海水泵與熱交換器之間，用于隔絕海水流入熱交換器。熱交換器，位于船體的中部，用于將燃料電池系統產生的熱量傳遞給流經的海水。燃料電池系統，位于熱交換器附近，產生熱量并通過熱交換器將熱量傳遞給海水。單向閥門位于熱交換器和出水口之間，用于在船舶停止或倒退時防止海水逆流。出水口集成過濾格柵，位于船體底部的后部，通過排水管連接到防倒流閥至熱交換器，用于排出加熱后的海水。出水口集成過濾格柵，為防止雜物進入冷卻系統。該系統通過有效的熱交換和海水循環實現了燃料電池系統的散熱，確保系統在適宜的溫度范圍內運行。
11、基于上述以下是海水散熱燃料電池船舶系統，海水散熱燃料電池船舶系統的控溫方法，如圖所示2。
12、包括如下步驟：
13、s1：標定燃料電池最佳運行水溫t1；
14、s2：實時采集入堆水溫t2；
15、s3：比較當前燃料電池入堆水溫t2與最佳運行水溫t1的大小；
16、若當前入堆水溫t2小于最佳運行水溫t1，并且t2小于t3，則執行以下動作：關閉單向閥門、不啟動海水泵、三通閥開度置0；此時冷卻液處于完全內循環狀態，迅速將電堆水溫提高至最佳溫度；若t3<t2<t1時，根據實時入堆水溫控制三通閥的開度，隨著溫度的增加，通過pi控制實現具體控制三通閥的開度大小；pi控制器根據實時監測的入堆水溫t2動態調整三通閥的開度，以保持系統在最佳運行狀態。t3取值范圍在50℃～57℃，優選55℃。
17、具體輸出計算過程如下
18、(1)pi控制器的輸出μ(t)為：
19、
20、其中,kp為比例增益，ki為積分增益，e(t)為當前誤差，定義為目標溫度與實際溫度之間的差值：e(t)＝t1-t2(t)，∫0te(τ)dτ是對誤差函數e(τ)在0～t區間上的積分。
21、(2)根據pi控制器的輸出，三通閥的開度k可以表示為：
22、
23、其中，kmin為三通閥的最小開度，kmax為三通閥的最大開度，μmax為控制器的最大輸出。
24、(3)結合以上公式，三通閥的開度可以通過pi控制器的輸出進行動態調整：
25、
26、其中，t2(t)是實時溫度，是對誤差函數t1-t2(τ)在0～t區間上的積分。
27、三通閥的開度在逐漸增大，此時冷卻液內外循環同進行，通過將外循環管路中較低溫度的水與內循環中較高溫度的水逐步混合，來降低冷卻液的溫度，從而使燃料電池的運行溫度下降，確保燃料電池的實時溫度保持在最佳運行范圍內；
28、當入堆水溫t2大于最佳運行水溫t1，并且三通閥開度等于100％，則打開單向閥(3)、啟動海水泵(2)，其中海水泵(2)轉速是通過閉環的pi控制實現；此時處于外循環狀態下，根據實時入堆水溫控制海水泵的轉速，加快調節水流量，進而將燃料電池系統產生的熱量傳遞給流經的海水，以維持燃料電池在最佳運行溫度下運行。pi控制器根據實時監測的入堆水溫t2動態調整海水泵轉速，以保持系統在最佳運行狀態。本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種海水散熱燃料電池船舶系統，其特征在于，在船舶的內部設置有位于船舶內部底面前側的進水口集成過濾格柵(1)、海水泵(2)和位于船舶內部底面尾側的出水口(8)；所述進水口集成過濾格柵(1)、海水泵(2)、循環系統、出水口(8)順次連接；
2.如權利要求1所述一種海水散熱燃料電池船舶系統，其特征在于，還包括單向閥門(3)；所述單向閥門(3)設置于海水泵(2)與循環系統之間的管道上。
3.如權利要求1所述一種海水散熱燃料電池船舶系統，其特征在于，還包括防倒流閥(7)；所述防倒流閥(7)設置于循環系統與出水口(8)之間的管道上。
4.如權利要求1所述一種海水散熱燃料電池船舶系統，其特征在于，所述海水泵(2)與熱交換器(4)的冷介質入口連接。
5.如權利要求1所述一種海水散熱燃料電池船舶系統，其特征在于，所述熱交換器(4)的冷介質出口連接至出水口(8)。
6.一種采用權利要求1～5任一項所述海水散熱燃料電池船舶系統的控溫方法，其特征在于，包括如下步驟：
7.如權利要求6所述控溫方法，其特征在于，所述內循環為內循環管
8.如權利要求6所述控溫方法，其特征在于，所述外循環是指外循環管路連通同時內循環管路關閉，此時三通閥的開度為100％，所述燃料電池系統(6)的冷卻水路出口通過管道與熱交換器(4)的熱介質入口連接，所述熱交換器(4)的熱介質出口通過管道與燃料電池系統(6)的冷卻水路入口連接；冷卻液通過外循環管路進行流動。
9.如權利要求6所述控溫方法，其特征在于，所述PI控制，即比例-積分控制，是一種簡單而有效的線性控制方式，廣泛應用于各種工業控制系統中；通過合理調節比例增益和積分增益，PI控制器能夠快速響應誤差變化，消除穩態誤差，確保被控變量穩定在設定值。
10.如權利要求6所述控溫方法，其特征在于，S3中，PI控制器根據實時監測的入堆水溫T2動態調整三通閥的開度，以保持系統在最佳運行狀態；具體輸出計算過程如下：
...【技術特征摘要】
1.一種海水散熱燃料電池船舶系統，其特征在于，在船舶的內部設置有位于船舶內部底面前側的進水口集成過濾格柵(1)、海水泵(2)和位于船舶內部底面尾側的出水口(8)；所述進水口集成過濾格柵(1)、海水泵(2)、循環系統、出水口(8)順次連接；
2.如權利要求1所述一種海水散熱燃料電池船舶系統，其特征在于，還包括單向閥門(3)；所述單向閥門(3)設置于海水泵(2)與循環系統之間的管道上。
3.如權利要求1所述一種海水散熱燃料電池船舶系統，其特征在于，還包括防倒流閥(7)；所述防倒流閥(7)設置于循環系統與出水口(8)之間的管道上。
4.如權利要求1所述一種海水散熱燃料電池船舶系統，其特征在于，所述海水泵(2)與熱交換器(4)的冷介質入口連接。
5.如權利要求1所述一種海水散熱燃料電池船舶系統，其特征在于，所述熱交換器(4)的冷介質出口連接至出水口(8)。
6.一種采用權利要求1～5任一項所述海水散熱燃料電池船舶系統的控溫方法，其特征在于，包括如下步驟：
7.如權利要求6所述控...
【專利技術屬性】
技術研發人員：梁振洪，李佳俊，董磊，池濱，楊強，鐘蕾芳，
申請(專利權)人：廣東云韜氫能科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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