[发明专利]一种车载燃料电池系统及其启动运行控制方法

说明书

本发明提供了一种车载燃料电池系统及其启动运行控制方法，属于燃料电池技术领域，解决了现有技术尚无冷启动切换至正常运行过程中燃料电池与DC‑DC转换器的宽升压比范围内协调控制方法的问题。该系统包括电堆、DC‑DC转换器、氢气设备、空气设备和控制器。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。低温启动时，控制器控制DC‑DC转换器置于低开关频率，启动空气设备、氢气设备，调整入堆空气计量比和电流，使得电堆输出目标电压。切换过程中，控制器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，控制器控制DC‑DC转换器转换高开关频率，再实时调整燃料电池参数。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种车载燃料电池系统及其启动运行控制方法。

背景技术

氢能燃料电池汽车是具有广阔发展前景的新能源汽车，其具有加氢时间短、续驶里程长等诸多优点。车载燃料电池系统通常包含电堆和外围氢气、空气、冷却等零部件，电堆进一步包括质子交换膜、催化剂层、气体扩散层、双极板等，由于1片单片电池的理论电压为1.23 V，其通常通过几百片并联实现大功率输出。

通常情况下，燃料电池系统冷启动过程中，会采用较低的空气计量比降低燃料电池系统输出电压，以加快启动速率。因此，在冷启动过程中，燃料电池输出电压较低，通常在50 V以下，然而正常运行时其输出电压较高，在200 V以上，商用车的电压平台为400-750V，因此需要DC-DC转换器能适应较宽的升压比范围。

目前，现有技术尚无解决燃料电池在冷启动切换至正常运行过程中燃料电池与DC-DC转换器的宽升压比范围的协调控制问题的方法，导致车载燃料电池系统的环境适应性与可靠性较差。

发明内容

本发明实施例旨在提供一种车载燃料电池系统及其启动运行控制方法，用以解决现有技术尚无冷启动切换至正常运行过程中燃料电池与DC-DC转换器的宽升压比范围内协调控制方法的问题。

一方面，本发明实施例提供了一种车载燃料电池系统，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。

上述技术方案的有益效果如下：通过DC-DC转换器的开关频率的切换（低-高），基于电流环与流量环的双闭环调节，实现了车载燃料电池系统在低温启动、高温运行及其切换过程中的升压比与电流精度的多目标优化控制，增强了车载燃料电池系统的环境适应性与可靠性。

基于上述系统的进一步改进，该系统还包括三通管、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。

上述进一步改进方案的有益效果是：增加了三通管、氢气循环设备后，有效提高了氢燃料的利用率。

进一步，该系统还包括两个调压阀；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。

上述进一步改进方案的有益效果是：增加了调压阀后，可精准地控制入堆氢气、空气的压力。

进一步，所述控制器进一步包括依次连接的：