[發明專利]一種燃料電池車輛混合低溫冷啟動控制方法

有效

• 申請號: 202010707951.8
• 申請日: 2020-07-22
• 公開（公告）號: CN111785992B
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 曾小華;張軒銘;宋大鳳;錢琦峰;牛超凡;陳建新;高福旺;李曉建
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: H01M8/04007
• 分類號: H01M8/04007;H01M8/04029;H01M8/04223;H01M8/04225;H01M8/04302;H01M8/0432;H01M8/04955;H01M8/04992;B60L58/31;B60L58/34;B60L58/40
• 代理公司: 長春市恒譽專利代理事務所(普通合伙) 22212
• 代理人: 李榮武

1.一種燃料電池車輛混合低溫冷啟動控制方法，其特征在于,包括以下步驟：

第一步，輸入系統參數并計算冷啟動需求

從CAN線上采集燃料電池出堆冷卻液溫度，結合目標啟動溫度以及目標冷啟動時間，計算目標需求熱功率，作為方案的關鍵部件---加熱器應置于加熱水箱內，在散熱系統的主管路上，冷卻液流過時，將熱量帶給燃料電池電堆，故需將冷卻液進行加熱，所需熱量如式(1)所示：

Q_W＝m_wC_w(T_o-T_i) (1)

式中，m_w為循環管路中冷卻液質量，C_w為冷卻液比熱容，T_o為目標啟動溫度，T_i為初始溫度，進而計算電堆所需的加熱量如式(2)所示：

Q_s＝m_sC_s(T_o-T_i) (2)

式中，m_s為電堆總質量，C_s為電堆等效比熱容，可以由試驗測得，加熱總功率為P_heat＝(Q_w+Q_s)/t₀，除此之外應對陽極側，進氣系統主要零部件進行加熱預處理，保證氫氣正常供給，計算加熱氫氣回流泵、分水器、尾排電磁閥所需的熱功率，分別為P_p、P_r、P_v，故計算所需加熱總功率如式(3)所示：

P_total＝P_heat+P_p+P_r+P_v (3)

燃料電池系統設置環境溫度傳感器，當環境溫度T₀≤0℃，低溫控制策略進入激活運行狀態，此時無論是從暖庫出來，還是運行中，當車輛進入低溫環境都將執行低溫控制策略；

第二步，進入冷啟動階段1

冷啟動階段1，判斷動力電池的SOC，得到動力電池現有工作狀態，進而判斷動力電池是否可以提供足夠的能量，若可以，開始啟動車輛為電機提供動力的同時，為PTC加熱板提供功率輸出，關閉冷卻風扇所在的燃料電池冷卻系統大循環回路，并打開燃料電池冷卻系統小循環回路，即打開兩通電磁閥，實時地通過CAN信號采集動力電池熱狀態，即對應冷卻液溫度，若其溫度大于動力電池所要求的最低閾值溫度，則開啟三通電磁閥，使得部分高溫電池冷卻液流向燃料電池熱管理回路中，同理采集電機、電控系統的熱狀態即對應冷卻液溫度，若其溫度大于電機、電控系統所要求的最低閾值，則開啟三通電磁閥，使得部分高溫電池冷卻液流向燃料電池熱管理回路中，充分利用動力電池、電機以及電控系統的余熱對燃料電池進行加熱直到燃料電池達到可啟動溫度，主要應用場景是在寒冷地區，燃料電池車輛無法立即開啟燃料電池系統，需先使用動力電池先行進行動力輸出，一段時間后，動力電池、電機、電控系統的溫度達到正?；蜉^高水平時，進而進行充分余熱回收；

第三步，進入冷啟動階段2

當燃料電池系統達到可啟動溫度時，開啟供空單元和供氫單元，燃料電池開始小功率運行，即外部加熱啟動條件保持不變，燃料電池進入自啟動進程，若陽極催化層的溫度大于等于第一溫度小于第二溫度，則確定啟動模式為恒定電流啟動模式，在恒定電流啟動模式中，計算陽極混入空氣的目標體積分數公式如式(4)所示：

若陽極催化層溫度大于等于第二溫度且小于第三溫度，則確定啟動模式為恒電壓啟動模式，在恒定電壓啟動模式，計算陽極混入空氣的目標體積分數的公式如式(5)所示：

其中F_Air表示不同啟動模式下陽極混入空氣的目標體積分數，λ_jin表示質子交換膜中的水含量，T_ini表示陽極催化層的溫度，燃料電池產生的能量同時提供功率給PTC加熱裝置，直到燃料電池系統達到正常溫度，可以正常功率運行時，結束冷啟動過程，同時進入燃料電池和動力電池的混合動力模式。