CN109962313B - 一种燃料电池混合动力车辆及其低温启动控制方法、装置 - Google Patents

一种燃料电池混合动力车辆及其低温启动控制方法、装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种燃料电池混合动力车辆及其低温启动控制方法、装置，在车辆起步阶段，最初由动力电池驱动车辆，通过动力电池预加热到动力电池的温度至第一设定温度时，控制动力电池暖机燃料电池，当燃料电池温度大于、等于第二设定温度时，由燃料电池驱动车辆，使燃料电池混合动力车辆在气温低于‑15℃的地区顺利启动，实现了动力电池与燃料电池无缝连接驱动燃料电池混合动力车辆的目的。

Description

一种燃料电池混合动力车辆及其低温启动控制方法、装置
技术领域
本发明属于燃料电池混合动力汽车技术领域，具体涉及一种燃料电池混合动力车辆及其低温启动控制方法、装置。
背景技术
当今，环境污染和能源危机成为困扰人类进步的两大重要障碍。因此，寻找新的清洁能源成为解决这两大障碍的最佳捷径。其中，可以将化学能直接转变为电能的燃料电池，因其副产物只有水而备受关注。然而，由于低温环境下(0℃以下)水容易结冰，从而会对燃料电池造成不可逆的破坏，因此，低温启动成为制约燃料电池广泛推广的最大障碍之一。
目前，解决燃料电池系统低温启动围绕两种方法进行，一种是燃料电池自己热技术；美国专利NO.6127056提出了少量氢气加入空气，在阴极催化剂的作用下进行燃烧放热加热电池；美国专利NO.6358638提出少量氢气混入空气、少量空气混入氢气，分别在阴极、阳极发生燃烧反应，从而加热燃料电池。以上方法的缺点是加热区域是气体入口部分，同时还需要气体混合设备，这无疑是燃料电池系统的成本增加；另一种是外电源加热燃料电池电堆技术，如公布号分别为CN 101587961A、CN 102751521B的中国发明专利都是应用外电源加热实现低温启动的。
现有技术中，国内燃料电池公交车的低温环境适应性分类两类。一类是不能进行低温启动，因此应用该类系统的燃料电池汽车只能在最低气温为0℃以上的中国南方地区推广；另一类是可以低温启动，但启动的温度不低于-15℃，因此应用该类系统的燃料电池汽车不能满足最低气温低于-15℃的北方地区。
发明内容
为使燃料电池汽车得到更广泛的推广，本发明提供一种燃料电池混合动力车辆及其低温启动控制方法、装置，用于解决现有燃料电池混合动力车辆在气温低于-15℃的地区顺利启动的问题。
为解决上述技术问题，本发明提出一种燃料电池混合动力车辆的低温启动控制方法，包括以下方法方案：
方法方案一，包括如下步骤：
1)车辆起步时，判断当前环境温度，在当前环境温度低于设定环境温度时，启动动力电池驱动车辆，当动力电池的温度大于或等于第一设定温度时，控制动力电池暖机燃料电池；
2)当燃料电池的温度大于或等于第二设定温度时，控制燃料电池驱动车辆来代替动力电池驱动车辆。
方法方案二，在方法方案一的基础上，当燃料电池的温度大于或等于所述第二设定温度时，判断动力电池的荷电状态是否小于设定的百分值，若小于，控制燃料电池给动力电池充电，直到动力电池的荷电状态达到所述设定的百分值。
方法方案三，在方法方案一的基础上，所述启动动力电池驱动车辆前，还包括以下步骤：当动力电池的温度小于第三设定温度时，控制动力电池进行预热，直至动力电池的温度大于或等于第三设定温度，启动动力电池驱动车辆。
方法方案四，在方法方案三的基础上，所述第三设定温度小于或等于-25℃。
方法方案五、六，分别在方法方案一、二的基础上，所述第一设定温度的范围为-15℃到0℃，所述第二设定温度的范围为-15℃到0℃。
为解决上述技术问题，本发明还提出一种燃料电池混合动力车辆的低温启动控制装置，包括以下装置方案：
装置方案一，包括处理器，用于执行实现以下步骤的指令：
1)车辆起步时，判断当前环境温度，在当前环境温度低于设定环境温度时，启动动力电池驱动车辆，当动力电池的温度大于或等于第一设定温度时，控制动力电池暖机燃料电池；
2)当燃料电池的温度大于或等于第二设定温度时，控制燃料电池驱动车辆来代替动力电池驱动车辆。
装置方案二，在装置方案一的基础上，当燃料电池的温度大于或等于所述第二设定温度时，判断动力电池的荷电状态是否小于设定的百分值，若小于，控制燃料电池给动力电池充电，直到动力电池的荷电状态达到所述设定的百分值。
装置方案三，在装置方案一的基础上，所述启动动力电池驱动车辆前，还包括以下步骤：当动力电池的温度小于第三设定温度时，控制动力电池进行预热，直至动力电池的温度大于或等于第三设定温度，启动动力电池驱动车辆。
装置方案四，在装置方案三的基础上，所述第三设定温度小于或等于-25℃。
装置方案五、六，分别在装置方案一、二的基础上，所述第一设定温度的范围为-15℃到0℃，所述第二设定温度的范围为-15℃到0℃。
装置方案七，在装置方案一的基础上，所述处理器为整车控制器。
为解决上述技术问题，本发明还提出一种燃料电池混合动力车辆，包括以下车辆方案：
车辆方案一，包括低温启动控制装置、燃料电池和动力电池，低温启动控制装置包括整车控制器，整车控制器分别控制连接燃料电池和动力电池，所述整车控制器用于执行实现以下步骤的指令：
1)车辆起步时，判断当前环境温度，在当前环境温度低于设定环境温度时，启动动力电池驱动车辆，当动力电池的温度大于或等于第一设定温度时，控制动力电池暖机燃料电池；
2)当燃料电池的温度大于或等于第二设定温度时，控制燃料电池驱动车辆来代替动力电池驱动车辆。
车辆方案二，在车辆方案一的基础上，当燃料电池的温度大于或等于所述第二设定温度时，判断动力电池的荷电状态是否小于设定的百分值，若小于，控制燃料电池给动力电池充电，直到动力电池的荷电状态达到所述设定的百分值。
车辆方案三，在车辆方案一的基础上，所述启动动力电池驱动车辆前，还包括以下步骤：当动力电池的温度小于第三设定温度时，控制动力电池进行预热，直至动力电池的温度大于或等于第三设定温度，启动动力电池驱动车辆。
车辆方案四，在车辆方案三的基础上，所述第三设定温度小于或等于-25℃。
车辆方案五、六，分别在车辆方案一、二的基础上，所述第一设定温度的范围为-15℃到0℃，所述第二设定温度的范围为-15℃到0℃。
本发明的有益效果是：
本发明车辆起步阶段，最初由动力电池驱动车辆，通过动力电池预加热到动力电池的温度至第一设定温度时，控制动力电池暖机燃料电池，当燃料电池温度大于、等于第二设定温度时，由燃料电池驱动车辆，使燃料电池混合动力车辆在气温低于-15℃的地区顺利启动，实现了动力电池与燃料电池无缝连接驱动燃料电池混合动力车辆的目的。
另外，在燃料电池温度大于、等于第二设定温度时，通过燃料电池给动力电池充电的方式，使燃料电池预热，仍然可以由燃料电池驱动车辆，达到燃料电池混合动力车辆在气温低于-15℃的地区顺利启动的效果。
附图说明
图1是一种燃料电池混合动力公交车动力系统平台结构图；
图2是一种燃料电池混合动力公交车低温启动控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
实施例一：
本发明提出一种燃料电池混合动力车辆，包括低温启动控制装置、燃料电池和动力电池。其中，低温启动控制装置包括整车控制器，整车控制器分别控制连接燃料电池和动力电池，整车控制器用于执行实现以下低温启动控制方法的指令：
在车辆起步时，判断当前环境温度，在当前环境温度低于设定环境温度时，启动动力电池驱动车辆，当动力电池的温度大于或等于第一设定温度时，控制动力电池暖机燃料电池。当燃料电池的温度大于或等于第二设定温度时，控制燃料电池驱动车辆来代替动力电池驱动车辆。第一设定温度的范围为-15℃到0℃，第二设定温度的范围为-15℃到0℃。
本发明车辆起步阶段，最初由动力电池驱动车辆，通过动力电池预加热到动力电池的温度至第一设定温度时，控制动力电池暖机燃料电池，当燃料电池温度大于、等于第二设定温度时，由燃料电池驱动车辆，使燃料电池混合动力车辆在气温低于-15℃的地区顺利启动，实现了动力电池与燃料电池无缝连接驱动燃料电池混合动力车辆的目的。
当燃料电池的温度大于或等于第二设定温度时，判断动力电池的荷电状态是否小于设定的百分值，若小于，控制燃料电池给动力电池充电，直到动力电池的荷电状态达到所述设定的百分值(例如SOC为90％)。
另外，本发明在启动动力电池驱动车辆前，当动力电池的温度小于第三设定温度时，需要控制动力电池进行预热，直至动力电池的温度大于或等于第三设定温度，启动动力电池驱动车辆；第三设定温度的取值范围为小于或等于-25℃，优选的，第三设定温度为-25℃。
本发明还提出了一种燃料电池混合动力车辆的低温启动控制装置，包括处理器，用于执行实现以下步骤的指令：
车辆起步时，判断当前环境温度，在当前环境温度低于设定环境温度时，启动动力电池驱动车辆，当动力电池的温度大于或等于第一设定温度时，控制动力电池暖机燃料电池；当燃料电池的温度大于或等于第二设定温度时，控制燃料电池驱动车辆来代替动力电池驱动车辆。
上述实施例中所指的燃料电池混合动力车辆的低温启动控制装置，实际上是基于上述低温控制方法的一种计算机解决方案，即一种软件构架，可以应用到燃料电池车辆中，上述装置即为与方法流程相对应的处理进程。由于对上述方法的介绍已经足够清楚完整，故不再详细进行描述。
实施例二：
首先，给燃料电池公交车配备一个具有108度电的动力电池，公交车起步阶段由动力电池驱动，同时动力电池暖机燃料电池发动机，待燃料电池发动机达到零度以上，公交车改为燃料电池驱动。由于动力电池0℃以下不能充电，因此，需要动力电池通过自加热上升到0℃以上时候，燃料电池才可将多余的电传送给动力电池，动力系统平台结构图见图1。
当环境温度低于-25℃，由于此时动力电池的输出功率较小，不足以驱动燃料电池公交车，因此，需要动力电池自己暖机，待动力电池高于-25℃时，此时动力电池的输出功率为54kW，满足公交车被驱动的基本要求。公交车被动力电池驱动的同时，动力电池自身也产生热能。待动力电池的温度上升到0℃以上时，通过控制策略使动力电池暖机燃料电池。燃料电池达到0℃以上后，公交车改为燃料电池驱动，同时燃料电池富余的电传送给动力电池，低温启动流程图见图2。
本发明实现了动力电池与燃料电池无缝连接驱动燃料电池公交车，无需司机等待燃料电池暖机，提高燃料电池公交拆运营效率，提高了燃料电池公交车续驶里程。本发明可在-30℃实现低温启动，扩大了燃料电池公交车推广范围，具有产品竞争力。另外，本发明可通过燃料电池为动力电池充电，无需外来电源充电，提高了用车的方便性。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (13)

1.一种燃料电池混合动力车辆的低温启动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)车辆起步时，判断当前环境温度，在当前环境温度低于设定环境温度时，启动动力电池驱动车辆，当动力电池的温度大于或等于第一设定温度时，控制动力电池暖机燃料电池；
2)当燃料电池的温度大于或等于第二设定温度时，控制燃料电池驱动车辆来代替动力电池驱动车辆；
所述启动动力电池驱动车辆前，还包括以下步骤：当动力电池的温度小于第三设定温度时，控制动力电池进行预热，直至动力电池的温度大于或等于第三设定温度，启动动力电池驱动车辆。
2.根据权利要求1所述的燃料电池混合动力车辆的低温启动控制方法，其特征在于，当燃料电池的温度大于或等于所述第二设定温度时，判断动力电池的荷电状态是否小于设定的百分值，若小于，控制燃料电池给动力电池充电，直到动力电池的荷电状态达到所述设定的百分值。
3.根据权利要求1所述的燃料电池混合动力车辆的低温启动控制方法，其特征在于，所述第三设定温度小于或等于-25℃。
4.根据权利要求1或2所述的燃料电池混合动力车辆的低温启动控制方法，其特征在于，所述第一设定温度的范围为-15℃到0℃，所述第二设定温度的范围为-15℃到0℃。
5.一种燃料电池混合动力车辆的低温启动控制装置，其特征在于，包括处理器，用于执行实现以下步骤的指令：
1)车辆起步时，判断当前环境温度，在当前环境温度低于设定环境温度时，启动动力电池驱动车辆，当动力电池的温度大于或等于第一设定温度时，控制动力电池暖机燃料电池；
2)当燃料电池的温度大于或等于第二设定温度时，控制燃料电池驱动车辆来代替动力电池驱动车辆；
所述启动动力电池驱动车辆前，还包括以下步骤：当动力电池的温度小于第三设定温度时，控制动力电池进行预热，直至动力电池的温度大于或等于第三设定温度，启动动力电池驱动车辆。
6.根据权利要求5所述的燃料电池混合动力车辆的低温启动控制装置，其特征在于，当燃料电池的温度大于或等于所述第二设定温度时，判断动力电池的荷电状态是否小于设定的百分值，若小于，控制燃料电池给动力电池充电，直到动力电池的荷电状态达到所述设定的百分值。
7.根据权利要求5所述的燃料电池混合动力车辆的低温启动控制装置，其特征在于，所述第三设定温度小于或等于-25℃。
8.根据权利要求5或6所述的燃料电池混合动力车辆的低温启动控制装置，其特征在于，所述第一设定温度的范围为-15℃到0℃，所述第二设定温度的范围为-15℃到0℃。
9.根据权利要求5所述的燃料电池混合动力车辆的低温启动控制装置，其特征在于，所述处理器为整车控制器。
10.一种燃料电池混合动力车辆，其特征在于，包括低温启动控制装置、燃料电池和动力电池，低温启动控制装置包括整车控制器，整车控制器分别控制连接燃料电池和动力电池，所述整车控制器用于执行实现以下步骤的指令：
1)车辆起步时，判断当前环境温度，在当前环境温度低于设定环境温度时，启动动力电池驱动车辆，当动力电池的温度大于或等于第一设定温度时，控制动力电池暖机燃料电池；
2)当燃料电池的温度大于或等于第二设定温度时，控制燃料电池驱动车辆来代替动力电池驱动车辆；
所述启动动力电池驱动车辆前，还包括以下步骤：当动力电池的温度小于第三设定温度时，控制动力电池进行预热，直至动力电池的温度大于或等于第三设定温度，启动动力电池驱动车辆。
11.根据权利要求10所述的燃料电池混合动力车辆，其特征在于，当燃料电池的温度大于或等于所述第二设定温度时，判断动力电池的荷电状态是否小于设定的百分值，若小于，控制燃料电池给动力电池充电，直到动力电池的荷电状态达到所述设定的百分值。
12.根据权利要求10所述的燃料电池混合动力车辆，其特征在于，所述第三设定温度小于或等于-25℃。
13.根据权利要求10或11所述的燃料电池混合动力车辆，其特征在于，所述第一设定温度的范围为-15℃到0℃，所述第二设定温度的范围为-15℃到0℃。
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