[發明專利]用于控制燃料電池的冷啟動的系統和方法

在審

• 申請號: 202111113440.4
• 申請日: 2021-09-23
• 公開（公告）號: CN114628739A
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 韓在鎬;金大鐘
• 申請（專利權）人: 現代自動車株式會社;起亞株式會社
• 主分類號: H01M8/04302
• 分類號: H01M8/04302;H01M8/04225;H01M8/04007
• 代理公司: 北京戈程知識產權代理有限公司 11314
• 代理人: 程偉;甄雁翔

本發明涉及用于控制燃料電池的冷啟動的系統和方法。所述系統包括：燃料電池，其配置為供應有燃料氣體和氧化氣體以產生電力；主總線端，其配置為將燃料電池的輸出端電連接至高壓電池、輔助裝置或驅動裝置以輸出由燃料電池產生的電力；主繼電器，其設置在燃料電池的輸出端與高壓電池、輔助裝置或驅動裝置之間的主總線端處，并且配置為電接通或切斷主總線端；COD電阻器，其基于主繼電器在燃料電池的輸出端側連接至主總線端；以及控制器，其配置為：在主繼電器切斷的狀態下將由燃料電池產生的電力供應至COD電阻器，并且控制COD電阻器消耗由燃料電池產生并供應至COD電阻器的電力。

技術領域

本發明涉及用于在燃料電池的冷啟動期間快速升高燃料電池的溫度的技術。

背景技術

燃料電池是將燃料氧化所產生的化學能直接轉換為電能的電池，并且燃料電池是一種發電裝置。從根本而言，燃料電池與化學電池相同之處在于，前者利用氧化和還原反應，但與化學電池的不同之處在于，不同于后者在封閉系統內進行電池反應，從外部連續地供應反應物并且從系統中連續地去除反應產物。近來，燃料電池發電系統已投入實際使用，由于燃料電池的反應產物是純水，因此已積極進行將燃料電池發電系統用作環保車輛的能源的研究。

燃料電池系統包括燃料電池堆、空氣供應裝置和氫供應裝置，燃料電池堆配置為通過化學反應產生電能；空氣供應裝置配置為將空氣供應至燃料電池堆的空氣電極；氫供應裝置配置為將氫供應至燃料電池堆的氫電極。即，將含氧的空氣供應至燃料電池堆的空氣電極(陰極)，將氫供應至燃料電池堆的氫電極(陽極)。

當在冷卻狀態下啟動燃料電池時，使用冷啟動策略，其中引起燃料電池的自發熱并使負載裝置運行。通常，在燃料電池車輛中加熱燃料電池的負載裝置包括燃料電池車輛的輔助裝置、高壓電池和電阻器(陰極氧消耗(cathode oxygen depletion，COD)電阻器)。

具體地，在燃料電池的冷啟動控制中，使燃料電池連接到高壓電池的主總線端的主繼電器接通，在驅動包括空氣壓縮機的輔助裝置時對高壓電池進行充電，并且同時從電阻器消耗電力。

在燃料電池的冷啟動控制期間通過驅動空氣壓縮機來消耗電力。可能發生諸如以下的問題：由于使過量空氣被增壓至燃料電池堆中而導致耐久性變差，以及由于驅動空氣壓縮機而導致過度噪聲產生。

應當理解，以上提供的對背景技術的描述僅僅是為了促進對本發明背景的理解，而不應被視為承認背景技術是本領域技術人員已知的。

發明內容

本發明提供了一種冷啟動控制技術，用于在燃料電池的冷啟動控制期間防止空氣增壓，同時確保用于對燃料電池升溫的最大負載。

為了實現上述目的，根據本發明的用于控制燃料電池的冷啟動的系統包括：燃料電池，其配置為供應有燃料氣體和氧化氣體以產生電力；主總線端，其配置為將燃料電池的輸出端電連接至高壓電池、輔助裝置或驅動裝置，以輸出由燃料電池產生的電力；主繼電器，其設置在燃料電池的輸出端與高壓電池、輔助裝置或驅動裝置之間的主總線端處，并且所述主繼電器配置為電接通或切斷主總線端；COD電阻器，其基于主繼電器在燃料電池的輸出端側連接至主總線端；以及控制器，其配置為在主繼電器切斷的狀態下將由燃料電池產生的電力供應至COD電阻器，并且控制COD電阻器消耗由燃料電池產生并供應至COD電阻器的電力。

所述COD電阻器可以配置為能夠通過開關控制來主動控制電力消耗，并且所述控制器可以配置為控制COD電阻器使得燃料電池的輸出電壓保持在預設電壓以下。

所述控制器可以配置為通過使高壓電池放電將電力供應至輔助裝置或驅動裝置。

所述系統可以進一步包括監測單元，所述監測單元配置為監測高壓電池的電量或能夠輸出的電力。所述控制器可以配置為：執行控制操作使得當由監測單元監測到的高壓電池的電量等于或小于預設電量或者能夠輸出的電力等于或小于預設電力時，使主繼電器接通。