CN106159294B - 控制燃料电池堆的温度的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种控制燃料电池堆的温度的系统和方法。该方法包括以下步骤：当执行泵正常模式时，如果冷却水出口温度等于或小于预设第一温度，则执行泵关闭模式，上述泵正常模式是将冷却水泵的旋转速度调整为等于或大于预设基准旋转速度并且基于上述冷却水出口温度改变每分钟转数(rpm)的模式，上述泵关闭模式是关闭冷却水泵或在操作上述冷却水泵的同时将上述冷却水泵的旋转速度减小至小于上述基准旋转速度的模式。另外，当执行上述泵关闭模式时，如果冷却水出口温度估计值超过预设第二温度，则执行上述泵正常模式。

Description

控制燃料电池堆的温度的系统和方法
技术领域
本发明涉及一种控制燃料电池堆的温度的系统和方法，并且更具 体地，涉及一种通过调整冷却泵和电力转换器的电压来控制燃料电池 堆的温度的方法。
背景技术
燃料电池车辆包括用作电源的多个燃料电池堆叠形成的燃料电池 堆、将作为燃料的氢气等供应到燃料电池堆的燃料供应系统、供应作 为电化学反应需要的氧化剂的氧气的空气供应系统、调整燃料电池堆 的温度的水和热管理系统等。燃料供应系统降低氢罐中的压缩氢气的 压力并且将压缩的氢气供应到燃料电池堆的阳极，并且空气供应系统 将通过操作鼓风机而抽吸的外部空气供应到燃料电池堆的阴极。
当氢气被供应到燃料电池堆的阳极并且氧气被供应到燃料电池堆 的阴极时，氢离子通过阳极中的催化反应被分离。分离的氢离子穿电 解质膜被转移到作为阴极的氧化电极，并且在阳极中的分离的氢离子 与在氧化电极中的电子和氧气发生电化学反应，使得可以获得电能。 具体地，在阳极中发生氢气的电化学氧化，并且在阴极中发生氧气的 电化学还原。进一步地，由于通过上述过程产生的电子的运动而产生 电和热，并且通过氢气和氧气的化学键合产生水蒸气或水。
另外，为了排放不与在燃料电池堆的电能产生过程中产生的诸如 水蒸气、水和热等副产品起反应的氢气、氧气等，设置有一种排放装 置，并且诸如水蒸气、氢气和氧气等气体通过排放路径被排放到大气 中。用于操作燃料电池的组件诸如鼓风机、氢气再循环鼓风机和水泵 被连接到主总线端，便于燃料电池的启动，其中主总线端可被连接到 便于电源的切断和连接的各种类型的继电器和阻止反向电流在燃料电 池中流动的二极管。
在作为环保车辆之一的氢燃料电池车辆中使用的燃料电池系统配 置成包括从反应气体的电化学反应中产生电能的燃料电池堆；将作为 燃料的氢气供应到燃料电池堆的氢气供应系统；将作为电化学反应需 要的氧化剂的氧气供应到燃料电池堆的空气供应系统；热和水管理系 统，其通过将作为燃料电池堆的电化学反应副产品的热排放到外部而最优化地调整燃料电池堆的操作温度并且执行水管理功能；以及操作 燃料电池系统的燃料电池系统控制器。
通过该配置，燃料电池堆从作为反应气体的氢气和氧气的电化学反 应中产生电能并且排放作为反应副产品的热和水。因此，燃料电池系统 基本上包括用于冷却燃料电池堆以阻止燃料电池堆的温度增加的装置。 具体地，由于低操作温度，聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC：polymer electrolyte membrane fuel cell)具有快速启动时间和快速电源转换反应时 间的优点，同时具有高功率密度；然而，PEMFC需要水并且因此需要 在约100℃或更低被操作。
一般来讲，在车辆的燃料电池系统中的用于将燃料电池堆维持在最 优化的温度的冷却系统已经广泛采用水冷却类型，其通过使水通过燃料 电池堆中的水通道循环来冷却燃料电池堆。
燃料电池系统的温度控制系统被示于图1。如图1所示，燃料电池 系统的温度控制系统包括将热从冷却水排放到外部的散热器60和冷却 风扇21、设置在燃料电池堆10和散热器60之间以循环冷却水的冷却 水管线31、用于绕过冷却水以防止冷却水穿过散热器60的旁通管线 32和三通阀33，以及用于泵送冷却水并且将泵送的冷却水通过冷却水 管线31递送的冷却水泵70。具体地讲，旁通管线32是不穿过散热器 60的冷却水管线，其通过从在散热器的上游和下游侧的冷却水管线被 分支以绕过冷却水和三通阀40，用于选择性地调整主线和不穿过散热 器的旁通管线32之间的冷却水的流动。
同时，燃料电池堆具有其中水泛滥的溢流(flooding)现象和其中 水的量供应不足的变干(dry-out)现象。为了改善这种现象，需要将 燃料电池堆的温度要保持在正常范围内(例如，其中水不溢出或变干)。 换句话说，需要一种方法，用于通过调整燃料电池堆的温度防止溢流 现象和变干现象，同时通过优化冷却水泵和冷却风扇的操作来最小化 功耗。
发明内容
本发明的示例性实施例涉及一种调整燃料电池堆的温度的系统和 方法，并且本发明的目的是提供一种通过调整冷却泵和电力转换器的 电压来调整燃料电池堆的温度的方法。本发明的其他的目的和优点可 通过以下描述来理解，并且参照本发明的示例性实施例变得显而易见。 此外，对于本发明所属领域技术人员明显的是，本发明的目的和优点 可以通过如所要求的手段及其组合来实现。
根据本发明的一个示例性实施例，调整燃料电池堆的温度的方法可 以包括：当执行泵正常模式时，如果冷却水出口温度等于或小于预设第 一温度，则执行泵关闭模式，上述泵正常模式是将冷却水泵的旋转速度 调整为等于或大于预设基准旋转速度并且基于上述冷却水出口温度改 变每分钟转数(rpm：revolutions per minute)的模式，上述泵关闭模式 是关闭冷却水泵或在操作上述冷却水泵的同时将上述冷却水泵的旋转 速度减小至小于基准旋转速度的模式；以及当执行上述泵关闭模式时， 如果冷却水出口温度估计值超过预设第二温度，则执行上述泵正常模 式。
在第一过程中，当上述冷却水出口温度等于或小于上述预设第一温 度并且上述燃料电池堆的发热量等于或小于预设第一基准发热量时， 可以执行上述泵关闭模式，并且在第二过程中，当上述冷却水出口温 度估计值超过预设第二温度或者上述燃料电池堆的发热量超过预设第 二基准发热量时，可以执行上述泵正常模式。另外，当上述冷却水出 口温度等于或小于上述预设第一温度并且上述燃料电池堆的空气出口 温度小于预设第一空气出口温度时，可以执行上述泵关闭模式，并且 当上述冷却水出口温度估计值超过预设第二温度或者上述燃料电池堆 的空气出口温度超过预设第二空气出口温度时，可以执行上述泵正常 模式。
还可以当上述冷却水出口温度等于或小于预设第一温度并且连接 到上述燃料电池堆的电动机中所需的转矩值小于预设第一所需转矩持 续预设第一时间时，执行上述泵关闭模式。当上述冷却水出口温度估 计值超过预设第二温度或者连接到上述燃料电池堆的电动机中所需的 转矩值超过预设第二所需转矩时，可以执行上述泵正常模式。当上述燃料电池堆的冷却水出口温度估计值和由温度传感器检测到的上述冷 却水出口温度中的较大值者超过上述预设第二温度时，可以执行上述 泵正常模式。
上述预设第一温度和上述预设第二温度可以等于或小于在冷却水 入口侧的目标冷却水温度。在上述泵关闭模式期间，可以使用上述冷 却水出口温度估计值设定上述燃料电池堆的输出限值。当执行上述泵关 闭模式时，可以基于冷却水的非循环，设定上述燃料电池堆的输出限值。 上述燃料电池堆的冷却水出口温度估计值可以被初始化为刚好在执行上 述泵关闭模式之前检测到的冷却水温度。
根据本发明的另一示例性实施例，一种控制燃料电池堆的温度的方 法，可以包括以下步骤：当执行输出正常模式时，如果冷却水出口温 度等于或小于预设第三温度，则执行低输出回避模式，上述输出正常 模式是上述燃料电池堆的输出端和电力转换器之间的总线端的电压上 限具有预定值的模式，上述低输出回避模式是使上述电力转换器减小 上述总线端的电压上限的模式；以及当执行上述低输出回避模式时， 如果上述冷却水出口温度等于或大于预设第四温度，则执行上述输出 正常模式，其中上述冷却水出口温度在泵关闭模式中为冷却水出口温 度估计值，而在泵正常模式中为上述冷却水出口温度的感测值，上述 泵关闭模式是关闭冷却水泵或在操作上述冷却水泵的同时将上述冷却水 泵的旋转速度减小至小于基准旋转速度的模式，上述泵正常模式是将冷 却水泵的旋转速度调整为等于或大于预设基准旋转速度并且基于上述冷 却水出口温度改变每分钟转数(rpm)的模式。
上述预设第三温度和上述预设第四温度可以等于或小于在冷却水入 口侧的目标冷却水温度。在上述低输出回避模式中，可以增加上述电力 转换器的充电电流限值或上述高电压电池的目标充电状态(SOC)，而在 上述输出正常模式中，可以解除上述电力转换器的充电电流限值或上述 高电压电池的目标充电状态的增加。可以在上述高电压电池的可允许充 电输出或可允许充电状态的范围内，执行上述总线端的电压上限的减 小以及上述充电电流限值的增加。当上述燃料电池堆的发电停止时， 可以不执行上述低输出回避模式。在再生制动状态下可以不执行上述 低输出回避模式。
根据本发明的又一示例性实施例，一种控制燃料电池堆的温度的方 法，可以包括以下步骤：当执行泵正常模式时，如果冷却水出口温度等 于或小于预设第一温度，则执行泵关闭模式，上述泵正常模式是将冷却 水泵的旋转速度调整为等于或大于预设基准旋转速度并且基于上述冷 却水出口温度改变每分钟转数(rpm)的模式，上述泵关闭模式是关闭冷却水泵或在操作上述冷却水泵的同时将上述冷却水泵的旋转速度减 小至小于基准旋转速度的模式；以及当执行输出正常模式时，如果冷却 水出口温度计算值等于或小于预设第三温度，则执行低输出回避模式， 上述输出正常模式是上述燃料电池堆的输出端和电力转换器之间的总 线端的电压上限具有预定值的模式，上述低输出回避模式是使上述电 力转换器减小上述总线端的电压上限的模式，其中上述第一温度可以 等于或大于上述第三温度。
根据本发明的又另一示例性实施例，一种控制燃料电池堆的温度的 方法，可以包括以下步骤：当执行泵正常模式时，如果上述燃料电池 堆的发热量等于或小于预设第一基准发热量，则执行泵关闭模式，上 述泵正常模式是将冷却水泵的旋转速度调整为等于或大于预设基准旋 转速度并且基于上述冷却水出口温度改变每分钟转数(rpm)的模式， 上述泵关闭模式是关闭冷却水泵或在操作上述冷却水泵的同时将上述 冷却水泵的旋转速度减小至小于基准旋转速度的模式；以及当执行输出 正常模式时，如果由温度传感器感测到的冷却水出口侧的冷却水温度 计算值等于或小于预设第三温度，则执行低输出回避模式，上述输出 正常模式是上述燃料电池堆的输出端和电力转换器之间的总线端的电 压上限具有预定值的模式，上述低输出回避模式是使上述电力转换器 减小上述总线端的电压上限的模式。当燃料电池堆的发热量超过预设 第二基准发热量时，可以不执行泵正常模式。
附图说明
现在将详细参考在附图中示出的特定的示例性实施例对本发明的 上述和其他特征进行说明，附图在下文中仅以说明的方式给出，并且 因此并不限制本发明，附图中：
图1是示出根据现有技术的燃料电池系统的温度控制系统的示例 性配置图；
图2是示出根据本发明的示例性实施例的整个燃料电池系统的示 例性图；
图3是根据本发明的示例性实施例的燃料电池系统的电力网络的 示例性配置图；
图4是示出根据本发明的示例性实施例的在调整燃料电池堆的温 度的方法中的冷却泵的操作标准的示例性图；
图5是示出根据本发明的示例性实施例的燃料电池堆中的环境温 度和目标冷却水入口温度之间的相关性的示例性曲线图；并且
图6是示出根据本发明的示例性实施例的用于描述调整燃料电池 堆的温度的方法的燃料电池堆的输出电流和电压或输出之间的关系的 示例性曲线图。
具体实施方式
可以理解的是，本文所使用的术语“车辆”或“车辆的”或者其 他相似术语包括一般的机动车辆，例如客运汽车，包括运动型多用车 (SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆、包括各种船和艇在内的水 运工具、航空器，等等，并且包括混合动力交通车辆、电动车辆、插 电式混合电动车辆、氢动力车辆和其他替代燃料车辆(例如，从石油 以外的资源取得的燃料)。本文所提到的混合动力车辆是指使用一种或 多种能源的车辆，例如汽油和电力混合动力车辆。
虽然示例性实施例被描述为使用多个单元来执行示例性处理，但 是可以理解，也可由一个或多个模块来执行示例性处理，另外，可以 理解，数据控制器/控制单元是指包括存储器和处理器的硬件设备。存 储器配置为模块存储器，且处理器具体配置为执行所述模块从而执行 以下进一步说明的一个或多个处理过程。
此外，本发明的控制逻辑可体现为包括由处理器、控制器/控制单 元等执行的可执行程序指令的计算机可读介质上的非暂时性计算机可 读介质。计算机可读介质的示例包括但不限于ROM、RAM、光盘(CD) -ROM、磁带、软盘、闪存盘、智能卡和光数据存储设备。计算机可读 记录介质也可分布在网络连接的计算机系统中，使得计算机可读介质 例如远程信息处理服务器或控制局域网(CAN：Controller Area Network)以分布式方式存储和执行。
除非上下文特别规定或明显说明，如本文所用的，术语“约”应 理解为在本领域正常公差的范围之内，例如在平均值的两个标准差之 内。“约”可理解为在设定值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、 3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％，或0.01％之内。除非另有明确的 上下文，本文提供的所有数值可通过术语“约”修饰。
具体的结构和功能描述将被提供来描述本说明书或本发明中公开 的本发明的各种示例性实施例。因此，本发明的示例性实施例可以以 各种形式来实现，并且本发明不应当被解释为限于本说明书或本发明 描述的示例性实施例。
由于本发明的示例性实施例可以进行各种修改，并且可以具有若 干形式，具体的示例性实施例将在附图中示出并且将在本说明书中或 在公开内容中进行详细说明。然而，可以理解，本发明不限于具体的 示例性实施例，而是包括包含在本发明的精神和范围内的所有修改、 等同物和替代物。
术语诸如‘第一’和/或‘第二’等可以用于描述各种部件，但这 些部件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一部件和另一部 件。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，‘第一’部件可以被称 为‘第二’部件，并且‘第二’部件也可以被称为‘第一’部件。
应当理解，当一元件被称为被“连接到”或“连结到”另一元件 时，它可以直接连接或直接连结到另一元件，或者在具有介于其间的 其他元件的状态下连接或连结到另一元件。在另一方面，应当理解， 当元件被称为被“直接连接”或“直接连结”到另一元件时，其可以 在没有介于其间的其他元件的状态下连接或连结到另一元件。描述组 件之间的关系的其他表述，诸如“在...之间”，“直接在...之间”，“相 邻”或“直接相邻”等应以相同的方式解释。
本文所使用的术语是仅为了说明特定实施例的目的，而无意限制 本发明。如本文所使用的单数形式“一个”、“一种”和“该”也用来 包括其复数形式，除非上下文中另外明确指出。还可理解的是，当在 本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指明所述特征、整体、 步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、 整体、步骤、操作、元件、组件和/或其集合的存在或添加。如本文所 使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出项的任何和所有组合。
除非另外定义，文中所使用的所有的术语(包括技术术语和科学术 语)具有与本发明所属技术领域的一般技术人员通常理解的意义相同。 还应该理解，除非文中特别定义，诸如在通用的字典里所定义的那些术 语应该用与相关文献的上下文语境中的意义一致的意思进行解释，而不 能采用理想化的或过于形式化的意义来解释。
在下文中，将参考附图对本发明的实施例进行详细说明。在每个 附图中所示相同的附图标记指代相同的部件。
图2是示出根据本发明的示例性实施例的整个燃料电池系统的示 例性图。如图2所示，燃料电池系统100可包括燃料电池堆10、配置 成防止燃料电池堆10的电压在燃料电池堆10的预热、启动和关闭期 间增加的燃料电池负载装置20、鼓风机30、加湿器40、在入口侧和出 口侧的空气截止阀35和45、排泄阀42、用于排放和净化来自阳极的 氢气以去除来自燃料电池堆10的双极板的外来材料诸如液滴和氮气并 且增加氢气利用率的净化阀44、聚水器(water trap)50、配置成将在 氢气被用于燃料电池堆10的阳极后剩余的非反应氢气再循环至阳极以 促进氢气的重复使用的氢再循环器55、氢供应阀57、散热器60和恒 温器(thermosat)65。
虽然在图2中未示出，但是控制器可以配置成操作各种类型阀门 的打开和关闭并测量燃料电池堆10的发热量，并且可以配置成接收温 度传感器、电压和电流传感器等的检测值以操作燃料电池系统的每个 部件。
图3是根据本发明的示例性实施例的燃料电池系统的电力网络的示例性配置图。如图3所示，用于车辆的燃料电池-电池混合电动系统可以包括可经由主总线端211彼此并联连接的作为主电源的燃料电池10和作为辅助电源的高电压电池(主电池)220、连接到高电压电池 220以调整高电压电池220的输出的双向高电压直流-直流(DC/DC) 转换器221、连接到燃料电池10和作为高电压电池220的输出侧的主 总线端211的逆变器231、连接到逆变器231的驱动电动机232、除了 逆变器231和驱动电动机232以外的车辆中的高电压负载233、低电压 电池(辅助电池)240和低电压负载241、连接在低电压电池240和主 总线端211之间以将高电压转换成低电压的低电压DC/DC转换器242， 以及燃料电池负载装置20。
在这种配置中，用作车辆的主电源的燃料电池堆10和用作辅助电 源的高电压电池220可经由主总线端211被并联连接到系统中的每个 负载诸如逆变器231/驱动电动机232，并且连接到高电压电池端的双向 高电压DC/DC电力转换器221可被连接到作为燃料电池堆10的输出 侧的主总线端211，以通过调整来自双向高电压DC/DC电力转换器221 的电压(例如，到主总线端的输出电压)来控制燃料电池堆10的输出 和高电压电池220的输出。
燃料电池堆10的输出端可被连接到二极管213以防止反向电流流 过。设置成选择性地将燃料电池堆10连接到总线端211的继电器214 也可以被安装。继电器214可在操作燃料电池堆10的车辆被驱动时并 且在燃料电池系统在怠速熄火(idle stop)/重启状态时保持在连接状态， 并且在钥匙关(key-off)(例如，基于钥匙关的正常关闭(normal shut-down))或紧急关闭(emergency shut-down)期间处于断开状态。 图1所示的燃料电池负载装置20可以包括图2所示的高电压电池220、 高电压负载233、驱动电动机232等。
图4是示出根据本发明的示例性实施例的调整燃料电池堆的温度 的方法中的冷却泵的操作标准的示例性图，并且图5是示出燃料电池 堆中的环境温度和目标冷却水入口温度之间的相关性的示例性曲线 图。
图4示出对于燃料电池堆10的冷却水出口温度预先设定的每个阶 段的区间TH1<TH2<TH3<TH4<TH5<TH6。首先，调整燃料电池堆10 的温度的方法可以包括：当冷却水出口侧的冷却水温度等于或小于第 一温度T1时，通过控制器关闭冷却水泵70，或者在操作(例如，执行 泵关闭模式)冷却水泵70的同时将冷却水泵70的旋转速度减小至小 于预设基准旋转速度(例如，预设基础rpm)。
如图4所示，配置成将冷却水供应至燃料电池堆10的冷却水泵的 rpm，可以基于每个阶段的预设温度区间，根据燃料电池堆10的冷却 水出口侧的冷却水温度属于哪个区间，来不同地调整。
虽然在图4中未示出，但是当燃料电池堆10的发热量等于或小于 第一基准发热量时，控制器还可以配置成关闭冷却水泵70或在操作(例 如，执行泵关闭模式)冷却水泵70的同时将冷却水泵70的旋转速度 减小至预设基准旋转速度，并且当冷却水出口温度小于预设第一空气 出口温度时，控制器还可以配置成关闭冷却水泵70或在操作冷却水泵 70的同时将冷却水泵70的旋转速度减小至预设基准旋转速度。
另外，当连接到燃料电池堆的电动机中所需的转矩值小于第一所 需转矩并且持续第一时间段时，控制器可以配置成关闭冷却水泵70或 在操作(例如，执行泵关闭模式)冷却水泵70的同时将冷却水泵70 的旋转速度减小至小于预设基准旋转速度。响应于确定：通过关闭冷 却水泵70或在操作冷却水泵70的同时将冷却水泵70的旋转速度减小 至小于最低旋转速度，燃料电池堆的冷却水出口侧的冷却水温度估计 值和由温度传感器检测到的冷却水出口侧的冷却水温度中的较大值者 超过第二温度，控制器可配置成正常地操作(例如，执行泵正常模式) 冷却泵70。冷却水温度估计值可以通过在韩国专利公开公报第2011-0138443中公开的方法获得。
另外，当燃料电池堆10的发热量超过预设第二基准发热量时，如 果燃料电池堆10的空气出口温度超过第二空气出口温度，或者如果连 接到燃料电池堆10的电动机中所需的转矩值超过预设第二所需转矩， 则控制器可配置成正常地操作(执行泵正常模式)冷却水泵70。即使 当燃料电池堆10的冷却水出口侧的冷却水温度估计值和由温度传感器 检测到的冷却水出口侧的冷却水温度中的较大值者等于或大于预设第 二温度时，控制器也可配置成正常地操作冷却水泵70。具体地，预设 第一温度和预设第二温度可以被预设为等于或小于在冷却水入口侧的 目标冷却水温度。另外，预设第二温度可以被预设为大于预设第一温 度并且预设第二基准发热量可以被预设为大于预设第一基准发热量。
此外，当执行泵关闭模式时，可以基于冷却水出口侧的冷却水温度 估计值设定燃料电池堆的输出限值。当执行泵关闭模式时，可以基于冷 却水的非循环(non-circulation)设定燃料电池堆的输出限值。例如，当 执行泵关闭模式时，可以将燃料电池堆的输出限值设定为约30％。当执 行泵关闭模式时，冷却水可以不循环(例如，可以防止或阻止循环)， 因此在冷却水的非循环期间可以不需要设定电流限值。作为参考，温 度估计值的初始值可以在执行泵关闭模式之前被设定为冷却水出口的 温度传感器的值。换句话说，温度估计值的初始值可以在每次执行泵 关闭模式之前被初始化为温度传感器的值。
当关闭冷却水泵70时，到冷却水泵70的rpm命令值可以变为0， 并且当冷却水泵70被操作(运行)的同时将冷却水泵70减小至小于 最小转速时，rpm命令值可以小于最小rpm(例如，约1500rpm)，这 可以是最低rpm。
图6是示出根据本发明的示例性实施例的用于描述调整燃料电池 堆的温度的方法的燃料电池堆的输出电流和电压或输出之间的关系的 示例性曲线图。具体地，图6是示出根据本发明的示例性实施例的调 整燃料电池堆的温度的方法之中通过对高电压电池220充电来增加燃 料电池堆的方法的示例性图。
换句话说，通过对高电压电池220充电来增加燃料电池堆的方法 可避免(回避)燃料电池堆的低输出。结果，当执行输出正常模式时， 如果燃料电池堆的冷却水出口的冷却水温度估计值或由温度传感器检 测到的冷却水温度(例如，冷却水温度计算值)等于或小于第三温度 时(在下文中，条件1)，将燃料电池堆的输出端与高电压电池220相 连接的电力转换器221可以配置成减小(例如，执行低输出回避模式) 燃料电池堆的输出端和电力转换器之间的总线端的电压上限。另外， 在条件1下，电力转换器221可以配置成增加电力转换器221的充电 电流限值并且增加目标充电状态(SOC：state of charge)。
在另一方面，当燃料电池堆的冷却水出口处的冷却水温度估计值 或由温度传感器检测到的冷却水温度(例如，冷却水温度计算值)等 于或大于第四温度时(在下文中，条件2)，电力转换器221可配置成 将减小的电压上限恢复到初始值(例如，执行输出正常模式)。另外， 当满足条件2时，电力转换器221可配置成将先前增加的充电电流限 值和目标充电状态恢复(例如，解除增加)到初始值。具体地讲，预 设第三温度和预设第四温度可以预设为等于或小于冷却水入口处的目 标冷却水温度，并且预设第四温度可以被预设为大于预设第三温度。 预设第四温度可小于预设第一温度。
充电限值和目标充电状态可以通过减小和恢复电压上限来进行调 整。另外，当从燃料电池堆输出的充电输出超过高电压电池220的可 允许充电输出时或者当高电压电池220的充电状态超过可允许充电状 态时，可以不执行电力转换器221的电压上限的降低。在燃料电池停 止(FC停止)状态或再生制动的状态下可以不执行电力转换器221的 电压上限的降低。
如果当冷却水温度等于或小于第一温度时，即使关闭冷却水泵70 或在操作冷却水泵70的同时将冷却水泵70的旋转速度减小至小于预 设基准旋转速度，燃料电池堆的冷却水出口的冷却水温度估计值或由 温度传感器检测到的冷却水出口的冷却水温度(其在执行泵关闭模式 时或执行泵正常模式时是不同的)也等于或小于被预设为低于预设第 一温度的第三温度，则电力转换器可配置成减小总线端的电压上限以 将燃料电池堆的输出充入高电压电池220，并且提高燃料电池堆的温 度。换句话说，随着燃料电池堆的温度逐渐降低，可以通过执行泵关 闭模式防止温度降低，并且当温度进一步降低时，燃料电池堆的温度 可以通过对电池充电而增加。
此外，当燃料电池堆的发热量等于或小于预设第一基准发热量时， 如果关闭冷却泵70或者在操作冷却泵70的同时将冷却水泵70的旋转 速度减小至小于预设基准旋转速度，然后燃料电池堆的发热量超过预 设第二基准发热量时，冷却泵70可以被正常地操作(例如，在泵正常 模式执行)。具体地，在执行燃料电池堆的输出端和电力转换器之间 的总线端的电压上限具有预定值的输出正常模式时，由温度传感器检 测到的冷却水出口侧的冷却水温度小于预设第三温度时，电力转换器 配置成执行降低总线端的电压上限的低输出回避模式，并因此燃料电 池堆的发热量超过预设第二基准发热量时，可以不执行泵正常模式。 换句话说，即使产生燃料电池堆的输出而增加发热量，也可降低电力 转换器221的电压上限以防止冷却水泵70被正常操作。
根据本发明的示例性实施例的控制燃料电池堆的温度的方法，能 够基于在冷却水出口处的冷却水温度，打开或关闭冷却水泵，由此将 燃料电池堆的温度维持在正常范围内，从而能够防止燃料电池堆的溢 流和变干现象。而且，当有必要提高燃料电池堆的温度时，能够通过 对电池进行充电来增加燃料电池堆的温度。
尽管本发明内容已经参考在附图中所示出的实施例进行了说明，但 其仅为示例。本领域技术人员将理解，根据本发明，能够实施各种修改 和等效的其他实施例。因此，本发明内容的实际技术保护范围由所附权 利要求来限定。

Claims (20)

1.一种控制燃料电池堆的温度的方法，包括以下步骤：
当执行泵正常模式时，如果冷却水出口温度等于或小于预设第一温度，则执行泵关闭模式，所述泵正常模式是将冷却水泵的旋转速度调整为等于或大于预设基准旋转速度并且基于所述冷却水出口温度改变每分钟转数的模式，所述泵关闭模式是关闭冷却水泵或在操作所述冷却水泵的同时将所述冷却水泵的旋转速度减小至小于所述基准旋转速度的模式；以及
当执行所述泵关闭模式时，如果冷却水出口温度估计值超过预设第二温度，则执行所述泵正常模式,
当执行输出正常模式时，如果冷却水出口温度计算值等于或小于预设的第三温度，则执行低输出回避模式，所述输出正常模式是所述燃料电池堆的输出端和电力转换器之间的总线端的电压上限具有预定值的模式，在低输出回避模式中，所述电力转换器被配置成减小所述总线端的电压上限并将所述燃料电池堆的输出充入高电压电池以提高所述燃料电池堆的温度，
其中所述冷却水出口温度计算值在泵关闭模式中为冷却水出口温度估计值，而在泵正常模式中为所述冷却水出口温度的感测值，并且
所述第一温度等于或大于所述第三温度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中当所述冷却水出口温度等于或小于所述预设第一温度并且所述燃料电池堆的发热量等于或小于预设第一基准发热量时，执行所述泵关闭模式，并且当所述冷却水出口温度估计值超过所述预设第二温度或者所述燃料电池堆的发热量超过预设第二基准发热量时，执行所述泵正常模式。
3.根据权利要求1所述的方法，其中当所述冷却水出口温度等于或小于所述预设第一温度并且所述燃料电池堆的空气出口温度小于第一空气出口温度时，执行所述泵关闭模式，并且当所述冷却水出口温度估计值超过所述预设第二温度或者所述燃料电池堆的空气出口温度超过预设第二空气出口温度时，执行所述泵正常模式。
4.根据权利要求1所述的方法，其中当所述冷却水出口温度等于或小于所述预设第一温度并且连接到所述燃料电池堆的电动机中所需的转矩值小于预设第一所需转矩时，执行所述泵关闭模式，并且当所述冷却水出口温度估计值超过所述预设第二温度或者连接到所述燃料电池堆的电动机中所需的转矩值超过预设第二所需转矩时，执行所述泵正常模式。
5.根据权利要求1所述的方法，其中当所述燃料电池堆的冷却水出口温度估计值和由温度传感器检测到的所述冷却水出口温度中的较大值者超过所述预设第二温度时，执行所述泵正常模式。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述预设第一温度和所述预设第二温度等于或小于在冷却水入口侧的目标冷却水温度。
7.根据权利要求1所述的方法，其中在所述泵关闭模式期间，使用所述冷却水出口温度估计值设定所述燃料电池堆的输出限值。
8.根据权利要求1所述的方法，其中当执行所述泵关闭模式时，基于冷却水的非循环，设定所述燃料电池堆的输出限值。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述燃料电池堆的冷却水出口温度估计值被初始化为刚好在执行所述泵关闭模式之前检测到的冷却水温度。
10.一种控制燃料电池堆的温度的方法，包括以下步骤：
当执行输出正常模式时，如果冷却水出口温度等于或小于预设的第三温度，则执行低输出回避模式，所述输出正常模式是所述燃料电池堆的输出端和电力转换器之间的总线端的电压上限具有预定值的模式，在低输出回避模式中，所述电力转换器被配置成减小所述总线端的电压上限并将所述燃料电池堆的输出充入高电压电池以提高所述燃料电池堆的温度；以及
当执行所述低输出回避模式时，如果所述冷却水出口温度等于或大于预设第四温度，则执行所述输出正常模式，
其中所述冷却水出口温度在泵关闭模式中为冷却水出口温度估计值，而在泵正常模式中为所述冷却水出口温度的感测值，所述泵关闭模式是关闭冷却水泵或在操作所述冷却水泵的同时将所述冷却水泵的旋转速度减小至小于预设基准旋转速度的模式，所述泵正常模式是将所述冷却水泵的旋转速度调整为等于或大于所述预设基准旋转速度并且基于所述冷却水出口温度改变每分钟转数的模式。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述预设第三温度和所述预设第四温度等于或小于在冷却水入口侧的目标冷却水温度。
12.根据权利要求10所述的方法，其中在所述低输出回避模式中，增加所述电力转换器的充电电流限值或高电压电池的目标充电状态，而在所述输出正常模式中，解除所述电力转换器的充电电流限值或所述高电压电池的目标充电状态的增加。
13.根据权利要求12所述的方法，其中在所述高电压电池的可允许充电输出或可允许充电状态的范围内，执行所述总线端的电压上限的减小以及所述充电电流限值的增加。
14.根据权利要求10所述的方法，其中当所述燃料电池堆的发电停止时，不执行所述低输出回避模式。
15.根据权利要求10所述的方法，其中在再生制动状态下不执行所述低输出回避模式。
16.一种控制燃料电池堆的温度的方法，包括以下步骤：
当执行泵正常模式时，如果冷却水出口温度等于或小于预设第一温度，则执行泵关闭模式，所述泵正常模式是将冷却水泵的旋转速度调整为等于或大于预设基准旋转速度并且基于所述冷却水出口温度改变每分钟转数的模式，所述泵关闭模式是关闭冷却水泵或在操作所述冷却水泵的同时将所述冷却水泵的旋转速度减小至小于所述基准旋转速度的模式；以及
当执行输出正常模式时，如果冷却水出口温度计算值等于或小于预设的第三温度，则执行低输出回避模式，所述输出正常模式是所述燃料电池堆的输出端和电力转换器之间的总线端的电压上限具有预定值的模式，在低输出回避模式中，所述电力转换器被配置成减小所述总线端的电压上限并将所述燃料电池堆的输出充入高电压电池以提高所述燃料电池堆的温度，
其中所述冷却水出口温度计算值在泵关闭模式中为冷却水出口温度估计值，而在泵正常模式中为所述冷却水出口温度的感测值，并且
所述第一温度等于或大于所述第三温度。
17.一种控制燃料电池堆的温度的方法，包括以下步骤：
当执行泵正常模式时，如果冷却水出口温度等于或小于预设第一温度并且所述燃料电池堆的发热量等于或小于预设第一基准发热量，则执行泵关闭模式，所述泵正常模式是将冷却水泵的旋转速度调整为等于或大于预设基准旋转速度并且基于所述冷却水出口温度改变每分钟转数的模式，所述泵关闭模式是关闭冷却水泵或在操作所述冷却水泵的同时将所述冷却水泵的旋转速度减小至小于所述预设基准旋转速度的模式；以及
当执行输出正常模式时，如果冷却水出口温度计算值等于或小于预设的第三温度，则执行低输出回避模式，所述输出正常模式是所述燃料电池堆的输出端和电力转换器之间的总线端的电压上限具有预定值的模式，在低输出回避模式中，所述电力转换器被配置成减小所述总线端的电压上限并将所述燃料电池堆的输出充入高电压电池以提高所述燃料电池堆的温度，
其中所述第一基准发热量在所述低输出回避模式中等于或大于所述燃料电池堆的发热量，并且所述冷却水出口温度计算值在泵关闭模式中为冷却水出口温度估计值，而在泵正常模式中为所述冷却水出口温度的感测值。
18.一种控制燃料电池堆的温度的系统，包括：
存储器，其配置成存储程序指令；以及
处理器，其配置成执行所述程序指令，所述程序指令当被执行时配置成：
当执行泵正常模式时，如果冷却水出口温度等于或小于预设第一温度，则执行泵关闭模式，所述泵正常模式是将冷却水泵的旋转速度调整为等于或大于预设基准旋转速度并且基于所述冷却水出口温度改变每分钟转数的模式，所述泵关闭模式是关闭冷却水泵或在操作所述冷却水泵的同时将所述冷却水泵的旋转速度减小至小于所述基准旋转速度的模式；以及
当执行所述泵关闭模式时，如果冷却水出口温度估计值超过预设第二温度，则执行所述泵正常模式,
当执行输出正常模式时，如果冷却水出口温度计算值等于或小于预设的第三温度，则执行低输出回避模式，所述输出正常模式是所述燃料电池堆的输出端和电力转换器之间的总线端的电压上限具有预定值的模式，在低输出回避模式中，所述电力转换器被配置成减小所述总线端的电压上限并将所述燃料电池堆的输出充入高电压电池以提高所述燃料电池堆的温度，
其中所述冷却水出口温度计算值在泵关闭模式中为冷却水出口温度估计值，而在泵正常模式中为所述冷却水出口温度的感测值，并且
所述第一温度等于或大于所述第三温度。
19.根据权利要求18所述的系统，其中当所述冷却水出口温度等于或小于所述预设第一温度并且所述燃料电池堆的发热量等于或小于预设第一基准发热量时，执行所述泵关闭模式，并且当所述冷却水出口温度估计值超过所述预设第二温度或者所述燃料电池堆的发热量超过预设第二基准发热量时，执行所述泵正常模式。
20.根据权利要求18所述的系统，其中当所述冷却水出口温度等于或小于所述预设第一温度并且所述燃料电池堆的空气出口温度小于第一空气出口温度时，执行所述泵关闭模式，并且当所述冷却水出口温度估计值超过所述预设第二温度或者所述燃料电池堆的空气出口温度超过预设第二空气出口温度时，执行所述泵正常模式。
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