[发明专利]一种车载燃料电池系统及其启动运行控制方法

权利要求书

1.一种车载燃料电池系统，其特征在于，包括电堆、DC-DC转换器、氢气设备、空气设备和控制器；其中，

电堆的氢气进气口与氢气设备的输出端连接，空气进气口与空气设备的输出端连接，供电端与DC-DC转换器连接；

控制器，用于低温启动时，控制DC-DC转换器置于较低的开关频率，启动空气设备、氢气设备，调整入堆空气计量比和电堆的供电电流，使得电堆输出目标电压，完成低温启动；由低温启动切换至高温运行时，控制电堆的输出电流降低至标定值后，调整入堆空气计量比至目标计量比；高温运行时，控制DC-DC转换器置于较高的开关频率，再根据整车的实时功率需求，实时调整燃料电池参数；上述标定值根据环境温度的变换进行事先标定，使燃料电池在切换过程中维持电流的稳定性；并且，

控制器执行如下程序完成低温启动功能：

接收到用户发出的启动指令后，获取当前时刻的环境温度；

将所述环境温度与阈值温度进行比较，判断燃料电池是否低温启动；如果环境温度高于阈值温度，判定燃料电池非低温启动，根据整车的实时功率需求，控制执行单元调整燃料电池参数；否则，判定燃料电池低温启动，执行下一步；

根据DC-DC转换器的最小关断时间，通过下面公式确定DC-DC转换器的较低的开关频率f_min，控制DC-DC转换器置于所述开关频率f_min

f_min＝1/(λ×t_off)

式中，λ为升压比，即DC-DC转换器的输出电压与输入电压的比值；t_off为DC-DC转换器的最小关断时间；

控制DC-DC转换器与车载动力电池连接，使得车载动力电池通过DC-DC转换器对空气设备、氢气设备供电并控制执行单元对入堆冷却液开始进行加热；

在加热的同时，启动空气设备、氢气设备，监测电堆的实际输出电压，获取电堆的实际输出电压与目标电压的差值；

根据所述差值调整入堆空气计量比和电堆的供电电流，直到电堆输出目标电压，断开车载动力电池；

在调整过程中，同步监测出堆冷却液温水温，直到出堆冷却液水温达到标定温度，停止加热，完成燃料电池的低温启动。

2.根据权利要求1所述的车载燃料电池系统，其特征在于，还包括三通管、氢气循环设备；其中，

电堆的氢气进气口经三通管的输入端一与氢气设备的输出端连接，经三通管的输入端二与氢气循环设备的输出端连接，排气口与氢气循环设备的输入端连接。

3.根据权利要求1或2所述的车载燃料电池系统，其特征在于，还包括两个调压阀；其中，

每一调压阀的输入端与电堆内对应氢气进气管道或空气进气管道连接，其控制端与控制器的输出端连接。

4.根据权利要求3所述的车载燃料电池系统，其特征在于，所述控制器进一步包括依次连接的：

数据采集单元，用于分别采集入堆冷却液、出堆冷却液水温，空压机的输入端空气流量，入堆空气流量、入堆氢气流量，以及电堆的实际输出电压与电流，发送至数据处理与控制单元；

数据处理与控制单元，用于低温启动时，先控制DC-DC转换器置于较低的开关频率，再启动空气设备、氢气设备，监测电堆的实际输出电压，根据电堆的实际输出电压与目标电压的差值调整入堆空气计量比和电堆的供电电流，使得电堆输出目标电压，完成低温启动；由低温启动切换至高温运行时，先控制电堆的输出电流降低至标定值后，再调整入堆空气计量比至目标计量比；高温运行时，控制DC-DC转换器置于较高的开关频率，再根据整车的实时功率需求，控制执行单元实时调整燃料电池参数；

执行单元，用于根据数据处理与控制单元的控制，控制冷却液水温，或控制氢气设备、空气设备输出气体的压力和流量。