[發(fā)明專利]增程式燃料電池汽車熱管理耦合系統(tǒng)及控制方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810381410.3
• 申請(qǐng)日: 2018-04-25
• 公開（公告）號(hào): CN110400949A
• 公開（公告）日: 2019-11-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 季孟波;馬學(xué)明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津銀隆新能源有限公司;銀隆新能源股份有限公司
• 主分類號(hào): H01M8/04298
• 分類號(hào): H01M8/04298;H01M8/04701
• 代理公司: 深圳市合道英聯(lián)專利事務(wù)所(普通合伙) 44309
• 代理人: 廉紅果;侯峰

本發(fā)明公開了一種增程式燃料電池汽車熱管理耦合系統(tǒng)，其包括動(dòng)力系統(tǒng)平臺(tái)熱管理單元、燃料電池本體熱管理單元和熱管理控制器；所述熱管理控制器分別與動(dòng)力系統(tǒng)平臺(tái)熱管理單元、燃料電池本體熱管理單元連接，所述動(dòng)力系統(tǒng)平臺(tái)熱管理單元和燃料電池本體熱管理單元連接；還公開了一種控制方法。本發(fā)明利用增程式燃料電池汽車在純電驅(qū)動(dòng)行駛工況下動(dòng)力系統(tǒng)平臺(tái)中DC/DC、動(dòng)力控制單元PCU、驅(qū)動(dòng)電機(jī)所產(chǎn)生的廢熱為需要冷啟動(dòng)的燃料電池電堆預(yù)熱，不僅降低了動(dòng)力系統(tǒng)平臺(tái)關(guān)鍵部件的散熱能耗，還規(guī)避了為燃料電池電堆升溫所必需的輔助電加熱能耗，從而有效提高了動(dòng)力電池的電能利用率，延長了增程式燃料電池汽車的續(xù)駛里程。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)熱管理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種增程式燃料電池汽車熱管理耦合系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)

當(dāng)前汽車工業(yè)可持續(xù)發(fā)展面臨著嚴(yán)峻的能源和環(huán)境的雙重挑戰(zhàn)，發(fā)展新能源汽車已是全球的共識(shí)。新能源汽車主流路線包括純電動(dòng)汽車和燃料電池汽車。其中，燃料電池汽車因具有零排放無污染、能量密度高、續(xù)航里程與傳統(tǒng)汽車相當(dāng)、加注燃料(壓縮氫氣)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，被業(yè)內(nèi)一致認(rèn)為是汽車工業(yè)的終極目標(biāo)。

為了使燃料電池汽車正常運(yùn)行和保持乘坐的舒適性，對(duì)整車進(jìn)行有效熱管理十分必要，而燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)的熱管理則是其關(guān)鍵所在。燃料電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)主要包括燃料電池?zé)峁芾?主要為燃料電池本體)和動(dòng)力系統(tǒng)平臺(tái)熱管理(驅(qū)動(dòng)電機(jī)、動(dòng)力控制單元PCU、DC/DC)兩部分。其中，燃料電池本體的熱管理一方面燃料電池工作溫度較低，絕大部分熱量(～95％)需要冷卻液帶走；另一方面在寒冷低溫環(huán)境中還需要為燃料電池提供熱量以輔助其低溫啟動(dòng)。而燃料電池冷啟動(dòng)問題已經(jīng)成為阻礙燃料電池商業(yè)化的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸之一，是燃料電池汽車冬季運(yùn)行的最大挑戰(zhàn)。

當(dāng)燃料電池在不采取任何保護(hù)措施情況下在低于0℃的低溫環(huán)境中啟動(dòng)時(shí)，其反應(yīng)所產(chǎn)生的水首先會(huì)在催化層內(nèi)部結(jié)冰，導(dǎo)致催化層反應(yīng)活性位點(diǎn)被覆蓋和氧氣傳輸受阻，電壓出現(xiàn)驟降；當(dāng)催化層完全被冰覆蓋而電堆溫度還未升至0℃以上則會(huì)在擴(kuò)散層和流道內(nèi)結(jié)冰導(dǎo)致冷啟動(dòng)失敗。另一方面，催化層的結(jié)冰過程會(huì)導(dǎo)致催化劑層和質(zhì)子交換膜之間出現(xiàn)間隙，同時(shí)結(jié)冰/融化循環(huán)會(huì)引起催化層微孔結(jié)構(gòu)的崩塌和致密化以及催化層中鉑顆粒的粗化，致使電化學(xué)活性表面積減小并難以恢復(fù)，從而對(duì)燃料電池發(fā)電性能造成永久性損害，而且循環(huán)次數(shù)越多冷啟溫度越低對(duì)電池?fù)p害越大。

目前燃料電池冷啟動(dòng)的解決策略分為兩類：一類是在電堆停機(jī)時(shí)利用氣體吹掃來降低燃料電池膜電極的含水量，從而減少固態(tài)冰的形成，但是在電堆溫度未升至0℃以上時(shí)只要啟動(dòng)電堆產(chǎn)生水就會(huì)結(jié)冰，而且首先是在鉑顆粒表面與Nafion樹脂接觸的部位產(chǎn)生冰，一旦溫度升至室溫鉑與Nafion界面的冰融化就會(huì)造成界面的脫離，導(dǎo)致不可逆的電化學(xué)活性面積的損失；另一類是通過外接電源電加熱或氫氣催化燃燒放熱等方式對(duì)電堆及其內(nèi)部極板和膜電極進(jìn)行預(yù)熱，該類方式不僅系統(tǒng)復(fù)雜而且還會(huì)產(chǎn)生較大能耗，縮短了燃料電池汽車的續(xù)航里程。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種增程式燃料電池汽車熱管理耦合系統(tǒng)及控制方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明實(shí)施例提高一種增程式燃料電池汽車熱管理耦合系統(tǒng)，其包括動(dòng)力系統(tǒng)平臺(tái)熱管理單元、燃料電池本體熱管理單元和熱管理控制器；所述熱管理控制器分別與動(dòng)力系統(tǒng)平臺(tái)熱管理單元、燃料電池本體熱管理單元連接，所述動(dòng)力系統(tǒng)平臺(tái)熱管理單元和燃料電池本體熱管理單元連接；