[发明专利]燃料电池系统冷启动时的自动预热控制系统

权利要求书

1.燃料电池系统冷启动时的自动预热控制系统，其特征在于：包括有燃料电池冷却液循环系统、加热器、燃料电池系统的启动电源、冷启动预热控制器和冷启动预热开关，所述的燃料电池冷却液循环系统包括有燃料电池堆、燃料电池堆内部的冷却管道和冷却液循环泵；在接近燃料电池堆冷却液入口处安装一个冷却液容器，所述冷却液容器的入口连接有冷却液循环泵，在所述的燃料电池堆的内部安装有电池堆温度传感器，在所述冷却液容器内安装有加热器和冷却液温度传感器，所述的加热器通过加热器开关与燃料电池系统的启动电源连接，所述的冷却液循环泵通过循环泵控制器与燃料电池系统的启动电源连接，所述的电池堆温度传感器和冷却液温度传感器的信号输出端分别与冷启动预热控制器的信号输入端连接，冷启动预热控制器的控制信号输出端分别与加热器开关和循环泵控制器连接，燃料电池系统的启动电源的电池管理系统的输出端还与冷启动预热控制器的输入端连接，冷启动预热开关与冷启动预热控制器连接；通过按动冷启动预热开关来接通燃料电池系统的启动电源，冷启动预热控制器分别接收电池堆温度传感器采集的燃料电池堆内部的温度、冷却液温度传感器采集的冷却液容器内的冷却液温度以及燃料电池系统的启动电源的电池剩余能量状态，并控制加热器和冷却液循环泵工作，加热器先给冷却液容器内的冷却液加热，加热后的冷却液在冷却液循环泵的作用下，进入燃料电池堆内部进行热交换，给燃料电池堆预热。

2.根据权利要求1所述的燃料电池系统冷启动时的自动预热控制系统，其特征在于：在所述的冷启动预热开关上还安装有状态指示灯，状态指示灯与冷启动预热控制器连接。

3.根据权利要求2所述的燃料电池系统冷启动时的自动预热控制系统，其特征在于：在所述的冷启动预热控制器内设定好燃料电池系统的启动电源电池的剩余能量状态阈值、燃料电池堆最高预热温度阈值、燃料电池堆最低预热温度阈值和冷却液最高预热温度阈值，所述的冷启动预热控制器是通过四个比较器和四个逻辑与门实现控制加热器、冷却液循环泵和状态指示灯工作的；燃料电池堆最低预热温度阈值和电池堆温度传感器的输出信号分别作为比较器一的正负输入端；燃料电池系统的启动电源电池的剩余能量状态和燃料电池系统的启动电源电池的剩余能量状态阈值分别作为比较器二的正负输入端；冷却液温度传感器的输出信号和冷却液最高预热温度阈值分别作为比较器三的正负输入端；燃料电池堆最高预热温度阈值和电池堆温度传感器输出信号分别作为比较器四的正负输入端；比较器一和比较器二的输出端分别作为逻辑与门一的两个输入端，冷启动预热开关信号和逻辑与门一的输出端分别作为逻辑与门二的两个输入端，比较器四和比较器三的输出端分别作为逻辑与门四的两个输入端，逻辑与门二和比较器四的输出端分别作为逻辑与门三的两个输入端，逻辑与门三的输出端与加热器开关连接，逻辑与门四的输出端连接循环泵控制器的输入端，所述的状态指示灯分别与比较器二的输出端、逻辑与门二的输出端、比较器四的输出端和逻辑与门四的输出端连接。

4.根据权利要求2所述的燃料电池系统冷启动时的自动预热控制系统，其特征在于：所述的冷启动预热控制器是通过四个比较器和四个逻辑与门实现控制加热器、冷却液循环泵和状态指示灯工作的，具体过程如下：

在寒冷的条件下冷启动燃料电池系统的时候，首先按动冷启动预热开关，冷启动预热开关发出接通控制系统电源的逻辑信号，冷启动预热控制器通过电池堆温度传感器自动检测燃料电池堆的当前温度，并和燃料电池堆最低预热温度设定阀值进行比较，当燃料电池堆的当前温度高于燃料电池堆最低预热温度设定阀值的时候，比较器一输出低逻辑控制信号，表明燃料电池此时不需要任何预热，状态指示灯根据相应的控制信号设置成先绿色闪动3至5次，然后变成绿色，提示有关操作人员，直接按照正常的启动程序启动燃料电池系统；当燃料电池堆的当前温度低于燃料电池堆最低预热温度设定阀值的时候，比较器一输出高逻辑控制信号，表明燃料电池系统需要预热；与此同时，将燃料电池系统的启动电源电池的剩余能量状态值与燃料电池系统的启动电源电池的剩余能量状态阈值进行比较，当燃料电池系统的启动电源电池的剩余能量状态值低于燃料电池系统的启动电源电池的剩余能量状态阈值的时候，比较器二输出低逻辑控制信号，所述低逻辑控制信号同时发送到逻辑与门一和状态指示灯，这时的状态指示灯变成红色，表明燃料电池系统的启动电源电池的剩余电量无法满足预热过程所需要的能量，因此不能直接用此时的燃料电池系统的启动电源电池来启动预热过程；当燃料电池系统的启动电源电池的剩余能量状态值高于燃料电池系统的启动电源电池的剩余能量状态阈值的时候，比较器二输出高逻辑控制信号，并与此时由比较器一输出的高逻辑信号一起通过逻辑与门一输出高逻辑信号，这时的逻辑与门一输出的高逻辑信号还要再和此时的冷启动预热开关的接通逻辑信号一起通过逻辑与门二输出高逻辑控制信号，即加热器开启信号，加热器开启信号同时发送到状态指示灯和逻辑与门三，这时的状态指示灯变成黄色闪动，表示预热过程已经启动，但是加热器是否立即开启还需要进行下一步判断；

在冷启动燃料电池系统时候，如果燃料电池堆的当前温度低于燃料电池堆最低预热温度阀值，同时自然也会更低于燃料电池堆最高预热温度阀值，这时的比较器四总是输出高逻辑信号，表示不关闭任何装置，燃料电池堆最高预热温度阀值是燃料电池堆正常运作时所要求的最低操作温度；将燃料电池堆的当前温度和燃料电池堆最高预热温度阀值通过比较器四进行比较，输出保持开关现有状态信号或关闭控制信号，当比较器四输出高逻辑信号的时候，表示保持加热器开关和循环泵开关的现有状态或允许加热器和循环泵的开启控制信号，此时的逻辑与门二输出的高逻辑信号和此时的比较器四输出的高逻辑信号一起通过逻辑与门三，使其输出高逻辑信号给加热器开关，开启加热器给冷却液加热；只有当比较器四输出低逻辑信号的时候，分别通过逻辑与门三、与门四、加热器开关和循环泵控制器关闭加热器和循环泵；

在加热器给冷却液加热过程中，冷却液温度传感器不断地对冷却液温度进行实时检测,并且和冷却液最高预热温度阀值进行实时比较，当冷却液温度低于冷却液最高预热温度阀值的时候，比较器三输出低逻辑信号，即便此时的比较器四输出高逻辑信号，此时的逻辑与门四也依然对循环泵控制器输出低逻辑信号，因此循环泵处于关闭状态；只有当冷却液温度在加热过程中不断上升到高于冷却液最高预热温度阀值的时候，比较器三输出高逻辑信号，并与此时的比较器四输出的高逻辑信号一起通过逻辑与门四输出高逻辑信号给循环泵控制器，开启循环泵，把加热后的冷却液循环到燃料电池堆内部，给整个燃料电池堆预热，这时逻辑与门四也同时发出控制逻辑信号给状态指示灯，状态指示灯发出慢速红色闪动信号，表明正在给燃料电池堆预热；当燃料电池堆的内部温度被加热后的循环冷却液加热到超过燃料电池堆最高预热温度阀值的时候，比较器四立即输出低逻辑信号给逻辑与门三和逻辑与门四，并通过逻辑与门三和四把关闭指令分别发送给加热器开关和循环泵控制器，同时立即关闭加热器和循环泵，此时的冷启动预热开关自动关闭；与此同时，逻辑与门四也把关闭信号发给状态指示灯，使得状态指示灯先发出3至5次慢速绿色闪动，同时发出3至5次响声，然后状态指示灯变为绿色，提示操作人员整个燃料电池堆的预热过程完成。