[发明专利]增程式燃料电池汽车热管理耦合系统及控制方法

说明书

本发明公开了一种增程式燃料电池汽车热管理耦合系统，其包括动力系统平台热管理单元、燃料电池本体热管理单元和热管理控制器；所述热管理控制器分别与动力系统平台热管理单元、燃料电池本体热管理单元连接，所述动力系统平台热管理单元和燃料电池本体热管理单元连接；还公开了一种控制方法。本发明利用增程式燃料电池汽车在纯电驱动行驶工况下动力系统平台中DC/DC、动力控制单元PCU、驱动电机所产生的废热为需要冷启动的燃料电池电堆预热，不仅降低了动力系统平台关键部件的散热能耗，还规避了为燃料电池电堆升温所必需的辅助电加热能耗，从而有效提高了动力电池的电能利用率，延长了增程式燃料电池汽车的续驶里程。

技术领域

本发明涉及燃料电池动力系统热管理技术领域，具体涉及一种增程式燃料电池汽车热管理耦合系统及控制方法。

背景技术

当前汽车工业可持续发展面临着严峻的能源和环境的双重挑战，发展新能源汽车已是全球的共识。新能源汽车主流路线包括纯电动汽车和燃料电池汽车。其中，燃料电池汽车因具有零排放无污染、能量密度高、续航里程与传统汽车相当、加注燃料(压缩氢气)时间短等优点，被业内一致认为是汽车工业的终极目标。

为了使燃料电池汽车正常运行和保持乘坐的舒适性，对整车进行有效热管理十分必要，而燃料电池动力系统的热管理则是其关键所在。燃料电池热管理系统主要包括燃料电池热管理(主要为燃料电池本体)和动力系统平台热管理(驱动电机、动力控制单元PCU、DC/DC)两部分。其中，燃料电池本体的热管理一方面燃料电池工作温度较低，绝大部分热量(～95％)需要冷却液带走；另一方面在寒冷低温环境中还需要为燃料电池提供热量以辅助其低温启动。而燃料电池冷启动问题已经成为阻碍燃料电池商业化的关键技术瓶颈之一，是燃料电池汽车冬季运行的最大挑战。

当燃料电池在不采取任何保护措施情况下在低于0℃的低温环境中启动时，其反应所产生的水首先会在催化层内部结冰，导致催化层反应活性位点被覆盖和氧气传输受阻，电压出现骤降；当催化层完全被冰覆盖而电堆温度还未升至0℃以上则会在扩散层和流道内结冰导致冷启动失败。另一方面，催化层的结冰过程会导致催化剂层和质子交换膜之间出现间隙，同时结冰/融化循环会引起催化层微孔结构的崩塌和致密化以及催化层中铂颗粒的粗化，致使电化学活性表面积减小并难以恢复，从而对燃料电池发电性能造成永久性损害，而且循环次数越多冷启温度越低对电池损害越大。

目前燃料电池冷启动的解决策略分为两类：一类是在电堆停机时利用气体吹扫来降低燃料电池膜电极的含水量，从而减少固态冰的形成，但是在电堆温度未升至0℃以上时只要启动电堆产生水就会结冰，而且首先是在铂颗粒表面与Nafion树脂接触的部位产生冰，一旦温度升至室温铂与Nafion界面的冰融化就会造成界面的脱离，导致不可逆的电化学活性面积的损失；另一类是通过外接电源电加热或氢气催化燃烧放热等方式对电堆及其内部极板和膜电极进行预热，该类方式不仅系统复杂而且还会产生较大能耗，缩短了燃料电池汽车的续航里程。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种增程式燃料电池汽车热管理耦合系统及控制方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提高一种增程式燃料电池汽车热管理耦合系统，其包括动力系统平台热管理单元、燃料电池本体热管理单元和热管理控制器；所述热管理控制器分别与动力系统平台热管理单元、燃料电池本体热管理单元连接，所述动力系统平台热管理单元和燃料电池本体热管理单元连接；