[发明专利]用于冷启动燃料电池系统的方法以及机动车的燃料电池系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1前序部分所述的用于——尤其在温度低于冰点的情况下冷启动机动车的燃料电池系统的方法，该方法至少包括预热阶段和暖机运行阶段/暖机行驶阶段。此外，本发明还涉及一种根据权利要求10前序部分所述的机动车燃料电池系统。

背景技术

在燃料电池车辆中，在低于运行温度、尤其在低于冰点的低温下启动冷的燃料电池系统是公知的问题。

对于燃料电池车辆，在控制设备给予行驶许可的情况下，在操作点火之后才能起动。然而，仅当燃料电池系统被加热到足够的运行温度时，才给予该行驶许可。

为了能够以尽可能能量有效的方式进行冷启动，在文献WO2008148445A2中提出了一种具有冷启动检测装置以及可接通到燃料电池组上的负载的燃料电池系统。在这种情况下，控制装置被构造成，作为对燃料电池组的冷启动状态的检测的反应，所接通的负载能以一个或多个负载突变的方式变化。负载突变可以在行驶许可之后在车辆的动态运行中或在行驶许可之前在预热阶段期间产生。该预热阶段例如持续120秒。

遗憾的是，尤其在移动式的应用中、例如在机动车中，能接通到燃料电池组的负载的数量是受到限制的，并且耗电器基于运行限制而不能不受限制地作为功率耗散器(Leistungssenken)来供使用。

发明内容

由此，本发明的目的在于，提供一种解决方案，该解决方案能够提高机动车的运行准备能力。

根据本发明，权利要求1的方法所针对的目的通过下列方式实现：在预热阶段和/或在暖机运行阶段中通过功率接收装置来接收燃料电池系统的确定的输出功率量并且通过将合适的电流施加到电机的至少一个待通电的绕组的方式来将所接收的输出功率量转换为损耗功率。

燃料电池系统的输出功率定义为燃料电池组的电功率减去燃料电池系统的运行和/或燃料电池车辆的运行所必须的辅助耗电器的吸收功率。辅助耗电器例如包括燃料电池系统的一个或多个辅助驱动装置、HV附加供热器，必要时还包括至少一个低压DC/DC转换器连同低压车载网络和低压耗电器，例如车厢空气供热器或车辆照明装置。

因此，通过控制已存在于燃料电池车辆中的部件(功率接收装置)和将所施加的电流转换到另外的同样已存在的部件(电机的至少一个相绕组)上的方式，这种方法能够实现正是在预热阶段和/或暖机运行阶段期间所期望的、对燃料电池组的更高的加载。根据本发明的方法的实施有利地关键性地缩短了使用该方法的实际运行阶段的持续时间，从而可以更早地对在该运行阶段之后的运行阶段进行初始化。如果在预热阶段就已经应用了根据本发明的方法，则接下来的暖机运行阶段的开始可极大地被提早。因为在激活该阶段(暖机运行阶段)时由控制设备的算法给予行驶许可信号，所以驾驶员可以在受限的情况下起步。

在此，例如如果在低负荷运行期间或怠速运行期间牵引电机的功率要求低于一确定的值，该值指示出燃料电池系统提供了比牵引电机所能接收的驱动功率更多的输出功率，则有意义的是，在暖机运行阶段也应用根据本发明的方法以对燃料电池组最大程度地加载。由此，可以更早地结束暖机运行阶段，使得车辆更早地完全准备就绪。

然而，根据本发明的方法的应用伴随着能量效率的降低，这是因为所接收的输出功率量被转换为损耗功率。因此，所接收的、被转换为损耗功率的输出功率量实际上对电机的有效功率没有贡献，但是引起了冷启动或者说其中采用所述方法的运行阶段的持续时间的明显缩短。

根据本发明的方法的有利实施方式和构造方案在从属权利要求中给出。

优选的是，采用逆变器(DC/AC转换器)作为功率接收装置，因为逆变器具有多个半桥，所述多个半桥能以下列的方式被控制：其能够将所接收的燃料电池系统的输出功率量在电机的一个或多个相绕组中转换成损耗功率。

在本发明的一实施方式中，在暖机运行阶段中与燃料电池系统的输出功率有关地给予行驶许可信号。这样便能有利地使给予行驶许可信号的运行点/工况与车辆(控制)目标——例如燃料电池系统的寿命、鲁棒性/稳健性和加速度——相一致。优选地，在燃料电池系统的少于50％输出功率可供使用的情况下、尤其是在20％输出功率可供使用的情况下给予行驶许可。根据车辆的尺寸，可以在应用一特别优选的实施方式——其中在20％输出功率的情况下进行行驶许可——的情况下，在预热阶段后不到15秒就开始暖机运行阶段。