[发明专利]燃料电池系统和用于控制该燃料电池系统的方法

说明书

本发明提供了燃料电池系统和用于该燃料电池系统的方法。该方法包括迅速增加感应电动机的旋转磁场的角速度以最大化感应电动机的铁损耗，从而导致燃料电池的温度增加。该方法还包括使用扭矩消除器消除通过旋转磁场的角速度的增加而产生的驱动电动机的扭矩。扭矩消除器包括P档减速器或液压制动器。

技术领域

本发明涉及燃料电池系统及用于控制该燃料电池系统的方法，更具体而言涉及在冷启动条件下迅速增加燃料电池堆的温度的燃料电池系统和用于控制该燃料电池系统的方法。

背景技术

燃料电池车包括堆叠有用作驱动电源的多个燃料电池、配置成将作为燃料工作的氢提供应燃料电池堆的燃料供应系统、配置成供应在燃料电池堆中的电化学反应中的用作氧化剂的空气的空气供应系统、以及配置成调节燃料电池堆的温度的水热管理系统。

燃料供应系统减小存储在氢储罐中的压缩氢的压力，并将压力减小后的氢提供给燃料电池堆的燃料电极(阳极)。空气供应系统还配置成操作鼓风机以将吸入的空气提供给燃料电池堆的空气电极(阴极)。

当将氢和氧分别提供给燃料电池堆的燃料电极和空气电极时，经由催化反应从燃料电极产生氢离子。氢离子经由电解质膜移动到氧化电极(空气电极)，并且在氢离子、电子与氧之间发生电化学反应，因而产生能量。更具体而言，经由燃料电极中的氢的电化学氧化反应而发生氧化反应，并且经由空气反应中的氧的电化学反应而发生还原反应。此外，所产生的离子移动，因而产生电和热。在该过程中，经由使氢与氧结合的化学反应而产生蒸汽和水。

排放设备被安装来排放副产品诸如在燃料电池堆产生电能时所产生的热、蒸汽和水，以及残余物诸如氢和氧。经通风管释放气体诸如蒸汽、氢和氧。由电流指令生成器发出的电流指令输出到电流控制器(未示出)。电流控制器配置成生成d轴电压指令和q轴电压指令，并接着生成三相电压指令。因此，可以经由脉冲宽度调制和三相电流控制来控制电动机。

当燃料电池车停止时，在驱动车辆的期间所产生的一部分水残留在燃料电池堆内。当外部温度相当低(例如，在预定温度以下)时，残留的水通常冻结并且可能最终变成冰且导致不能启动发动机。存在多种实现冷启动的可靠方法。一种方法包括使用加热器快速地使冷却水暖和，另一种方法包括使用安装在空气供应系统的管道上的加热器来加热空气。

然而，将加热器安装冷启动时布置在鼓风机与加湿器之间的抽吸管道上、以及通过使用从燃料电池堆排放的热空气使围绕燃料电池堆的壳体通风来加热燃料电池堆具有一些缺点。一些缺点的例子是需要额外的加热器来加热燃料电池堆并且燃料电池堆要求结构上的改变。换言之，必需的改变使组成部件的配置和设计复杂化并且增加了制造成本。此外，使用加热器将燃料电池堆加热到所期望的水平要求可观的时间增加。

上述仅旨在帮助理解本发明的背景，并且不旨在意指本发明落入本领域技术人员已知的相关技术的范围内。

发明内容

本发明的目的在于提供可以使用感应电动机(当感应电动机用作驱动电动机时)来迅速增加燃料电池堆的温度的燃料电池系统和用于控制该燃料电池系统的方法。

根据本发明的示例性实施方式，用于控制燃料电池系统的方法可以包括：迅速增加配置成最大化感应电动机的铁损耗的感应电动机的旋转磁场的角速度，这可以导致燃料电池堆的温度增加；以及使用扭矩消除器消除可以通过旋转磁场的角速度增加而产生的驱动电动机的扭矩。扭矩消除器可以包括选自P档减速器和液压制动器中的至少一个。P档减速器指示处于减速器与驻车齿轮(P齿轮)啮合的状态下的减速器。