[發明專利]用于控制燃料電池的啟動的方法和系統

有效

• 申請號: 201711268376.0
• 申請日: 2017-12-05
• 公開（公告）號: CN108933268B
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發明（設計）人: 金大鐘
• 申請（專利權）人: 現代自動車株式會社;起亞自動車株式會社
• 主分類號: H01M8/04225
• 分類號: H01M8/04225;H01M8/04302
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 陳鵬;李靜

提供了一種用于控制燃料電池的啟動的方法和系統。所述方法包括由控制器感測啟動請求信號，并且當感測到啟動請求信號時，使主總線級的雙向高電壓DC/DC轉換器(BHDC)升壓。然后，在BHDC的升壓的同時，將空氣/氫氣管線的閥門打開，并且在空氣/氫氣管線的閥門打開之后，通過允許燃料電池的輸出來完成燃料電池的啟動。

技術領域

本發明涉及一種用于控制燃料電池的啟動的方法和系統，該方法和系統使燃料電池的啟動過程并行化和最優化，從而在更少的時間周期內向駕駛員提供燃料電池的輸出。

背景技術

燃料電池是將燃料的化學能量直接轉換成電能的發電系統。燃料電池由單元電池配置成，每個單元電池包括一對陽極電極和陰極電極，其間具有電解質。氫被供應到單元電池的陽極，且氧被供應到其陰極，從而通過電離材料的化學反應產生電。由于燃料電池不經過礦物燃料的燃燒反應，所以燃料電池不會排放有害物質，并具有高的發電效率，因此，用作車輛的電源。

燃料電池車輛是將燃料電池和高電壓電池用作電源的混合動力車輛。因此，在這兩個電源正常的狀態下，燃料電池車輛能夠提供最大的輸出功率。在傳統的燃料電池啟動過程中，在電動汽車(EV)啟動完成狀態下，依次進行全部程序，能夠使用高電壓電池驅動車輛，但直到燃料電池系統的啟動完成并且燃料電池的輸出可用需要7到8秒左右的時間。因此，直到駕駛員獲得足夠的啟動輸出功率來啟動需要7到8秒的長時間，從而降低了用戶便利性。

另外，燃料電池啟動過程包括向堆棧供應空氣并識別堆棧電壓是否正常。為了操作空氣壓縮機，以向堆棧供應空氣，高電壓電池的電壓需要通過雙向高電壓DC/DC轉換器(BHDC)來升壓，并且空氣壓縮機需要由高電壓電池的升壓的電壓驅動。因此，在BHDC的升壓完成之后，執行燃料電池系統的啟動過程。這種配置增加了燃料電池的啟動時間周期，并導致在每個啟動過程中堆棧暴露于開路電壓(OCV)，因此對耐久性具有負面影響。這種配置也使得空氣壓縮機操作，以提供不必要的空氣，從而導致能量浪費。

具體地，參考圖1，當在感測啟動請求信號的步驟S100中感測到啟動請求信號時，在BHDC的升壓的步驟S400之前，該過程經過連接高電壓電池的步驟S300，在BHDC的升壓的步驟S400之后完成操作低電壓DC-DC轉換器(LDC)的步驟S500，然后依次進行到打開空氣/氫氣管線的閥門并且操作再循環鼓風機的步驟S600，其包括打開空氣截止閥的步驟S610和供應氫氣和凈化(purge)氫氣并驅動再循環鼓風機的步驟S620。此外，作為識別堆棧的電壓是否正常的步驟S700，過程進行到向堆棧供應空氣的步驟S710和識別堆棧的電壓的步驟S720，并且在步驟S800中完成燃料電池的啟動。因此，傳統地，根據完成EV啟動并且啟動燃料電池系統的方案，依次執行全部步驟，完成啟動需要較長的時間。

在本背景技術部分中公開的信息僅用于增強對本發明的一般背景的理解，而不應被視為對該信息構成本領域技術人員已知的現有技術的認可或任何形式的暗示。

發明內容

本發明提供一種用于控制燃料電池啟動的方法和系統，該方法和系統與BHDC的升壓過程并行地使用燃料電池的低電壓電池執行燃料電池系統的啟動過程，消除了向燃料電池供應空氣并識別堆棧電壓的過程，從而減少啟動時間周期并允許燃料電池的輸出無延遲地可用。

根據本發明的一個方面，一種用于控制燃料電池的啟動的方法可以包括：由控制器感測啟動請求信號；當感測到啟動請求信號時，由控制器將主總線級的雙向高電壓DC/DC轉換器(BHDC)升壓；在BHDC的升壓的同時，由控制器將空氣/氫氣管線的閥門打開；并且在空氣/氫氣管線的閥門打開之后，通過允許燃料電池的輸出來完成燃料電池的啟動。空氣/氫氣管線的閥門的打開可以包括使用低電壓電池的充電電力來打開空氣/氫氣管線的閥門。

所述方法還可以包括：在識別駕駛員的啟動意圖之后，監測低電壓電池的充電量。當低電壓電池的監測的充電量大于或等于預設的充電量時，空氣/氫氣管線的閥門的打開與BHDC的升壓一起執行。此外，當低電壓電池的監測的充電量小于預設的充電量時，在BHDC升壓之后，打開空氣/氫氣管線的閥門。