[发明专利]一种车用燃料电池系统及其空气供给控制方法

说明书

本发明涉及一种车用燃料电池及其空气供给控制方法，属于燃料电池控制技术领域。本发明通过在燃料电池阴极空气入口和电堆外壳的通风口交汇处设置可调三通阀，根据踏板开度的增量控制通入阴极反应腔体和电堆壳体通风口的空气流量的大小，使得司机在加速时，使燃料电池能够快速获得大量的空气用于反应，以满足加速时对燃料电池功率的需求。解决了在燃料电池车辆快速加载过程中空气压缩机无法快速跟随功率需求，避免快速加载过程中阴极反应气体不足造成燃料电池的损伤。

技术领域

本发明涉及一种车用燃料电池及其空气供给控制方法，属于燃料电池控制技术领域。

背景技术

燃料电池车辆在运行过程中，司机会频繁操作油门踏板和制动踏板对车辆的起动、加速、匀速、减速等进行控制，目前针对燃料电池发动机的功率控制，一般是将油门踏板信号和制动踏板信号传递给整车控制器，整车控制器根据踏板信号的强度，结合当前车辆运行状态，解析为燃料电池发动机的目标功率，通过车载通讯网络，将目标功率发送给燃料电池发动机控制器，燃料电池发动机控制器接收到目标功率后，调整氢气的供给和空气的供给，同时调整燃料电池的功率输出，满足整车的功率需求。但是该方法存在燃料电池响应慢，无法及时跟踪整车的功率需求，尤其是司机需要较快的加载速度时，信号经过油门踏板-整车控制器-燃料电池控制器-空压机等燃料电池发动机物料供给机构的传递，加上空压机本身也存在加载速度的制约，无法快速达到目标转速，造成无法快速满足车辆加速带来的瞬间大功率的需求。

例如申请公布号为CN108177539A的专利申请文件，该文件公开了一种燃料电池电动汽车的空气压缩系统及控制方法，根据驾驶员的扭矩需求，计算得到燃料电池的目标空气流量，并结合流量传感器实时采集的提供给所述燃料电池的空气的流量，控制电控节流阀使得提供给燃料电池的空气的流量为所述目标空气流量。实现了根据不同扭矩需求为燃料电池提供精确的空气流量，进而减小了不必要的电量损耗，增大了整车的续航里程，该方法一定程度上可以增加燃料电池的空气供给速度，但需要额外增加空气储气罐，在车上不易布置，且仅依靠进气空气压缩机对储气罐进行加压，压力较小，无法在快速加载时有效释放。

发明内容

本发明的目的是提供一种车用燃料电池及其空气供给控制方法，以解决目前燃料电池车辆快速加载过程中空气压缩机无法快速跟随功率需求的问题。

本发明为解决上述技术问题而提供一种车用燃料电池系统，包括空气压缩机、中冷器、增湿器和设置在壳体内的燃料电池电堆，空气压缩机输出的压缩气体经中冷器和增湿器进入燃料电池电堆，其特征在于，该系统还包括可调三通阀，所述可调三通阀的输入口与中冷器的输出口连通，可调三通阀的一个输出口连接到增湿器的进口，经增湿器进入燃料电池电堆，可调三通阀的另一个输出口连接到壳体的通风口，可调三通阀由燃料电池控制系统根据加速踏板信号的大小进行控制，燃料电池控制系统用于在加速踏板的加速增量大于第一设定阈值时，控制三通阀的开度，使进入燃料电池电堆的空气的比例增大。

本发明通过在燃料电池阴极空气入口和电堆外壳的通风口交汇处设置可调三通阀，根据踏板开度的增量控制通入阴极反应腔体和电堆壳体通风口的空气流量的大小，使得司机在加速时，使燃料电池能够快速获得大量的空气用于反应，以满足加速时对燃料电池功率的需求。解决了在燃料电池车辆快速加载过程中空气压缩机无法快速跟随功率需求，避免快速加载过程中阴极反应气体不足造成燃料电池的损伤。

进一步地，当燃料电池控制系统获取的加速踏板的加速增量大于第二设定阈值时，控制可调三通阀的开度为0，使空气压缩机输出的压缩空气全部进入燃料电池电堆，并提高空气压缩机的转速，所述第二设定阈值大于第一设定阈值，所述的第一设定阈值为0。

进一步地，当燃料电池控制系统接收到车辆启动信号，启动燃料电池进入怠速或按照整车的需求功率运行，并控制可调三通阀的开度为初始值。

进一步地，当空气压缩机的转速达到设定的转速后，燃料电池控制系统控制可调三通阀的开度恢复为初始值。