(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910905587.3
(22)申请日 2019.09.20
东风1号
(71)申请人 中国第一汽车股份有限公司
地址 130011 吉林省长春市长春汽车经济
技术开发区东风大街8899号
(72)发明人 李川　宋浩源　刘建康　尹建坤　
梁赫奇　
(74)专利代理机构 北京远智汇知识产权代理有
限公司 11659
代理人 林波
(51)Int.Cl.
H01M  8/04225(2016.01)
H01M  8/04223(2016.01)
H01M  8/04302(2016.01)
H01M  8/04701(2016.01)
H01M  8/04007(2016.01)
(54)发明名称一种燃料电池冷启动装置及控制方法(57)摘要本发明公开了一种燃料电池冷启动装置及控
制方法，属汽车技术领域，包括通过管路依次连接形成第一循环回路的第一循环泵、第一换热器和第一电加热机构以及通过管路依次连接形成第二循环回路的第二循环泵、第二换热器和第二电加热机构，第一换热器能够对动力电池进行加热，第二换热器能够对燃料电池加热。还包括系统控制器和动力电机，系统控制器分别与燃料电池、动力电池、第一循环泵、第一电加热机构、第二循环泵、第二电加热机构以及动力电机电连接。相比于现有技术，能够在燃料电池的温度低于零度的情况下，实现燃料电池以较大输出功率工作，并且对燃料电池进行加热升温，避免燃料电池内生成的水结冰，进而实现快速冷启动，提
高整车性能。权利要求书2页  说明书9页  附图1页CN 110690483 A 2020.01.14
C N  110690483
A
1.一种燃料电池冷启动装置，其特征在于，包括通过管路依次连接形成第一循环回路的第一循环泵(102)、第一换热器(104)和第一电加热机构(103)以及通过管路依次连接形成第二循环回路的第二循环泵(106)、第二换热器(108)和第二电加热机构(107)，所述第一换热器(104)能够对动力电池(202)进行加热，所述第二换热器(108)能够对燃料电池(201)加热，所述燃料电池(201)冷启动装置还包括系统控制器(301)及动力电机(203)，所述系统控制器(301)分别与所述燃料电池(201)、所述动力电池(202)、所述第
一循环泵(102)、所述第一电加热机构(103)、所述第二循环泵(106)、所述第二电加热机构(107)以及所述动力电机(203)电连接。
2.一种如权利要求1所述的燃料电池冷启动装置的控制方法，其特征在于，包括：在T＜0，t＜T1时，当所述系统控制器(301)采集到驱动指令后，计算所述动力电机(203)的需求驱动功率P，若P＜P0-P2，所述系统控制器(301)控制所述动力电机(203)以驱动功率P工作，控制所述动力电池(202)的充电功率为p0，控制所述第二电加热机构(107)和所述第一电加热机构(103)分别以加热功率P2和(P0-P2-P)工作，同时控制所述第二循环泵(106)和所述第一循环泵(102)工作；
T为所述燃料电池(201)启动时的初始温度；T1为第一预设温度；t为所述动力电池(202)启动时的初始温度；P0为T＜0时，所述燃料电池(201)的输出功率；p0为t＜T1时，所述动力电池(202)的许用充电功率，p0＝0；P2为所述第二电加热机构(107)的最大加热功率。
3.根据权利要求2所述的燃料电池冷启动装置，其特征在于，若P≥P0-P2，所述系统控制器(301)控制所述动力电池(202)的放电功率为(P-P0-P2)，控制所述动力电机(203)以驱动功率P工作，控制所述第二电加热机构(107)以加热功率P2工作，同时控制所述第二循环泵(106)工作。
4.根据权利要求2所述的燃料电池冷启动装置的控制方法，其特征在于，还包括：在T＜0，T1＜t＜T2时，当所述系统控制器(301)采集到驱动指令后，计算所述动力电机(203)的需求驱动功率P，若P＜P0-P
2-p1，所述系统控制器(301)控制所述动力电机(203)以驱动功率P 工作，控制所述动力电池(202)的充电功率为p1，控制所述第二电加热机构(107)和所述第一电加热机构(103)分别以P2和(P0-P2-p1-P)工作，并同时控制所述第二循环泵(106)和所述第一循环泵(102)工作；
T2为第二预设温度，T2＞T1，p1为T1＜t＜T2时动力电池(202)的许用充电功率，0＜p1＜P0-P2。
5.根据权利要求4所述的燃料电池冷启动装置的控制方法，其特征在于，若P0-P2-p1≤P ≤P0-P2，所述系统控制器(301)控制所述动力电机(203)以驱动功率P工作，控制所述动力电池(202)的充电功率为(P0-P2-P)，控制所述第二电加热机构(107)以加热功率P2工作，同时控制所述第二循环泵(106)工作。
6.根据权利要求5所述的燃料电池冷启动装置的控制方法，其特征在于，若P＞P0-P2，所述系统控制器(301)控制所述动力电池(202)的放电功率为(P-P0-P2)，控制所述动力电机(203)以驱动功率P工作，控制所述第二电加热机构(107)以加热功率P2工作，同时控制所述第二循环泵(106)工作。
7.根据权利要求4所述的燃料电池(201)冷启动装置的控制方法，其特征在于，还包括：在T＜0，t≥T2时，所述系统控制器(301)采集到驱动指令后，计算所述动力电机(203)的需
求驱动功率P，若P≤P0-P2，所述系统控制器(301)控制所述动力电池(202)的充电功率为(P0-P2-P)，控制所述第二电加热机构(107)以加热功率P2工作，同时控制所述第二循环泵(106)工作；
若P＞P0-P2，所述系统控制器(301)控制所述动力电池(202)的放电功率为(P-P0+P2)，控制所述第二电加热机构(107)以加热功率P2工作，同时控制所述第二循环泵(106)工作。
8.根据权利要求2-7任一项所述的燃料电池冷启动装置的控制方法，其特征在于，所述燃料电池冷启动装置的控制方法还包括：在t＜T1时，在车辆行驶过程中，当所述系统控制器(301)采集到制动指令后，控制动力电机(203)对车辆制动并回收制动能量，并采集所述动力电机(203)的输出电功率P Z，若P Z＜P1+P2-P0，则所述系统控制器(301)控制所述动力电池(202)的充电功率为p0，所述系统控制器(301)控制所述第二电加热机构(107)和所述第一电加热机构(103)分别以加热功率P2和(P0+P Z-P2)工作，并控制所述第二循环泵(106)和所述第一循环泵(102)工作；
若P Z≥P1+P2-P0，则所述系统控制器(301)控制所述动力电池(202)的充电功率为p0，所述系统控制器(301)控制所述第二电加热机构(107)和所述第一电加热机构(103)分别以加热功率P2和所P1工作，并控制所述第二循环泵(106)和所述第一循环泵(102)工作。
9.根据权利要求8所述的燃料电池冷启动装置的控制方法，其特征在于，所述燃料电池冷启动装置的控制方法还包括：在T＜0，T1＜t＜T2时，在车辆行驶过程中，当所述系统控制器(301)采集到制动指令后，控制所述动力电机(203)对车辆制动并回收制动能量，并采集所述动力电机(203)的输出电功率P Z，若P Z＜(P1+P2+p1-P0)，所述系统控制器(301)控制所述动力电池(202)的充电功率为p1，控制第二电加热机
构(107)和所述第一电加热机构(103)分别以加热功率P2和(P0+P-P2-p1)工作，同时控制所述第一循环泵(102)和所述第二循环泵(106)工作；
若P Z≥(P1+P2+p1-P0)，所述系统控制器(301)控制所述动力电池(202)的充电功率为p1，控制第二电加热机构(107)和所述第一电加热机构(103)分别以加热功率P2和P1工作，同时控制所述第一循环泵(102)和所述第二循环泵(106)工作；
p1为T1＜t＜T2时动力电池(202)的许用充电功率，0＜p1＜P0-P2，P1为第一电加热机构的最大加热功率。
10.根据权利要求9所述的燃料电池冷启动装置的控制方法，其特征在于，所述燃料电池冷启动装置的控制方法还包括：在T＜0，t≥T2时，在车辆行驶过程中，当所述系统控制器(301)采集到制动指令后，控制所述动力电机(203)对车辆制动并回收制动能量，并采集所述动力电机(203)的输出电功率P Z，所述系统控制器(301)控制所述动力电池(202)的充电功率为(P0-P2+P Z)，控制所述第二电加热机构(107)以加热功率P2工作，同时控制所述第二循环泵(106)工作。
一种燃料电池冷启动装置及控制方法
技术领域
[0001]本发明涉及汽车技术领域，尤其涉及一种燃料电池冷启动装置及控制方法。
背景技术
[0002]燃料电池汽车的燃料电池是一种能够将燃料中的化学能直接转化为电能的装置，相比于内燃机和发电机组成的发电机组，能量转化环节减少，因此效率高，并且能量转化的产物只能有电能和水，可以做到零污染，但是因为燃料电池无法进行制动能量的回收，因此，燃料电池汽车一般还配备有动力电池，以对制动能量进行回收。
[0003]由于燃料电池的化学反应在质子交换膜上进行，并且会生成水，如果环境温度较低，水结冰会覆盖住质子交换膜，影响化学反应进行，导致燃料电池无法工作。因此，燃料电池在冷启动过程中，为了使燃料电池能够正常工作且迅速升温，需要燃料电池输出较大的功率，工作过程中产生的热量阻止生成的水结冰，但是在低温条件下，动力电池的充电功率受限，并且当动力电机驱动功率需求较低时，动力电池无法完全吸收燃料电池在冷启动过程中输出的电功率，燃料电池只能降低输出功率，导致燃料电池产生的热量无法阻止生成的水结冰，反应无法进行，冷启动不成功，降低整车性能。
发明内容
[0004]本发明的目的在于提供一种燃料电池冷启动装置及控制方法，以实现在低温环境下，燃料电池能够实现快速冷启动，提高整车性能。
[0005]如上构思，本发明所采用的技术方案是：
[0006]一种燃料电池冷启动装置，包括通过管路依次连接形成第一循环回路的第一循环泵、第一换热器和第一电加热机构以及通过管路依次连接形成第二循环回路的第二循环泵、第二换热器和第二电加热机构，所述第一换热器能够对动力电池进行加热，所述第二换热器能够对燃料电池加热，所述燃料电池冷启动装置还包括系统控制器及动力电机，所述系统控制器分别与所述燃料电池、所述动力电池、所述第一循环泵、所述第一电加热机构、所述第二循环泵、所述第二电加热机构以及所述动力电机电连接。
[0007]为实现上述目的，本发明还提供一种上述所述的燃料电池冷启动装置的控制方法，包括：在T＜0，t＜T1时，当所述系统控制器采集到驱动指令后，计算所述动力电机的需求驱动功率P，若P≤P0-P2，所述系统控制器控制所述动力电机以驱动功率P工作，控制所述动力电池的充电功率为p0，控制所述第二电加热机构和所述第一电加热机构分别以加热功率P2和(P0-P2-P)工作，同时控制所述第二循环泵和所述第一循环泵工作；
[0008]T为所述燃料电池启动时的初始温度；T1为第一预设温度；t为所述动力电池启动时的初始温度；P0为T＜0时，所述燃料电池的输出功率；p0为t＜T1时，所述动力电池的许用充电功率，p0＝0；P2为所述第二电加热机构的最大加热功率。
[0009]进一步地，若P＞P0-P2，所述系统控制器控制所述动力电池的放电功率为(P-P0-P2)，控制所述
动力电机以驱动功率P工作，控制所述第二电加热机构以加热功率P2工作，同
时控制所述第二循环泵工作。
[0010]进一步地，还包括：在T＜0，T1＜t＜T2时，当所述系统控制器采集到驱动指令后，计算所述动力电机的需求驱动功率P，若P≤P0-P2-p1，所述系统控制器控制所述动力电机以驱动功率P工作，控制所述动力电池的充电功率为p1，控制所述第二电加热机构和所述第一电加热机构分别以P2和(P0-P2-p1-P)工作，并同时控制所述第二循环泵和所述第一循环泵工作；
[0011]T2为第二预设温度，T2＞T1，p1为T1＜t＜T2时动力电池的许用充电功率，0＜p1＜P0-P2。
[0012]进一步地，若P0-P2-p1＜P≤P0-P2，所述系统控制器控制所述动力电机以驱动功率P 工作，控制所述动力电池的充电功率为(P0-P2-P)，控制所述第二电加热机构以加热功率P2工作，同时控制所述第二循环泵工作。
[0013]进一步地，若P＞P0-P2，所述系统控制器控制所述动力电池的放电功率为(P-P0-P2)，控制所述动力电机以驱动功率P工作，控制所述第二电加热机构以加热功率P2工作，同时控制所述第二循环泵工作。
[0014]进一步地，还包括：在T＜0，t≥T2时，所述系统控制器采集到驱动指令后，计算所述动力电机的
需求驱动功率P，若P≤P0-P2，所述系统控制器控制所述动力电池的充电功率为(P0-P2-P)，控制所述第二电加热机构以加热功率P2工作，同时控制所述第二循环泵工作；[0015]若P＞P0-P2，所述系统控制器控制所述动力电池的放电功率为(P-P0+P2)，控制所述第二电加热机构以加热功率P2工作，同时控制所述第二循环泵工作。
[0016]进一步地，所述燃料电池冷启动装置的控制方法还包括：在t＜T1时，在车辆行驶过程中，当所述系统控制器采集到制动指令后，控制所述动力电机对车辆制动并回收制动能量，并采集所述动力电机的输出电功率P Z，若P Z≤P1+P2-P0，则所述系统控制器控制所述动力电池的充电功率为p0，所述系统控制器控制所述第二电加热机构和所述第一电加热机构分别以加热功率P2和(P0+P Z-P2)工作，并控制所述第二循环泵和所述第一循环泵工作；[0017]若P Z＞P1+P2-P0，则所述系统控制器控制所述动力电池的充电功率为p0，所述系统控制器控制所述第二电加热机构和所述第一电加热机构分别以加热功率P2和所P1工作，并控制所述第二循环泵和所述第一循环泵工作；
[0018]p0为t＜T1时动力电池的许用充电功率，p0＝0。
[0019]进一步地，所述燃料电池冷启动装置的控制方法还包括：在T＜0，T1＜t＜T2时，在车辆行驶过程中，当所述系统控制器采集到制动指令后，控制所述动力电机对车辆制动并回收制动能量，并采集所述动力电机的输出电功率P Z，若P Z＜(P1+P2+p1-P0)，所述系统控制器控制所述动力电池的充电功率
为p1，控制第二电加热机构和所述第一电加热机构分别以加热功率P2和(P0+P-P2-p1)工作，同时控制所述第一循环泵和所述第二循环泵工作；[0020]若P Z≥(P1+P2+p1-P0)，所述系统控制器控制所述动力电池的充电功率为p1，控制第二电加热机构和所述第一电加热机构分别以加热功率P2和P1工作，同时控制所述第一循环泵和所述第二循环泵工作；
[0021]p1为T1＜t＜T2时动力电池的许用充电功率，0＜p1＜P0-P2，P1为第一电加热机构的最大加热功率。
[0022]进一步地，所述燃料电池冷启动装置的控制方法还包括：在T＜0，t≥T2时，在车辆