CN111301228A - 燃料电池车的冷启动控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种燃料电池车的冷启动控制方法，包括：判断环境温度是否小于等于预设的第一温度T1且动力电池的温度小于等于预设的第二温度T2，若“是”，动力电池冷启动；判断燃料电池的温度是否小于等于预设的第三温度T3，若“是”，燃料电池冷启动；判断动力电池是否完成启动程序，若“是”，判断燃料电池是否完成启动程序，若“是”，根据燃料电池功率Pfc，整车需求功率Pveh,tar和附件消耗功率Paux调整动力电池输出功率Pbat，使Pbat＝Pveh,tar+Paux‑Pfc。这种方法的优点在于：解决了电‑电混合构型燃料电池车辆低温下燃料电池系统和动力电池的冷启动的协调控制问题，缩短冷启动时间，保证车辆的动力性。

Description

燃料电池车的冷启动控制方法
技术领域
本发明涉及燃料电池车辆控制领域，具体而言，涉及一种燃料电池车的冷启动控制方法。
背景技术
氢燃料电池是一种将氢与氧反应产生的化学能通过电化学反应直接转换成电能的发电装置，具有发电效率高，环境污染小等优点，因此被广泛应用于汽车领域。但由于燃料电池的寿命对工况较为敏感，尤其是启停、快速加减载等工况，会加速燃料电池衰减，为了保证车辆整体的动力性和耐久性，燃料电池车辆普遍采用了电-电混合动力构型，即燃料电池发动机搭配动力电池的系统配置。与燃料电池系统相比，动力电池的充放电能力严重依赖于工作温度，例如常用的三元锂电池和磷酸铁锂电池等，在低温环境下，动力电池的容量大幅衰减，并且低温充电将导致电池出现“析锂”等现象，导致其寿命大幅度衰减，在低温环境下，动力电池普遍需要先加热，但是耗时较长。燃料电池系统冷启动时间相对较短，但需要先消耗功率后再输出功率，并且功率通常不受控制，而动力电池冷启动过程时间长，冷启动过程中功率不受控制且低温下无法充电。
现有技术针对燃料电池车辆在寒冷环境下的启动问题，通常采用先加热动力电池，等待动力电池温度达到正常工作温度后，再进行燃料电池冷启动，从而避免低温下的动力电池过充的安全性问题，但这种冷启动方式的启动时间较长，一般在几十分钟左右，难以满足整车的动力性需求且不方便使用。
综上所述，需要提供一种燃料电池车的冷启动控制方法，其能够克服现有技术的缺陷。
发明内容
本发明旨在提供一种燃料电池车的冷启动控制方法，其能够克服现有技术的缺陷。本发明的发明目的通过以下技术方案得以实现。
本发明的一个实施方式提供了一种燃料电池车的冷启动控制方法,其中所述燃料电池车的冷启动控制方法包括多个步骤：
步骤1：判断环境温度是否小于等于预设的第一温度T1且动力电池的温度小于等于预设的第二温度T2，若“是”，执行步骤2
步骤2：动力电池冷启动；
步骤3：判断燃料电池的温度是否小于等于预设的第三温度T3，若”是”，执行步骤4；
步骤4：燃料电池冷启动；
步骤5：判断动力电池是否完成启动程序，若“是”，执行步骤6；
步骤6：判断燃料电池是否完成启动程序，若“是”，执行步骤7；
步骤7：根据燃料电池功率Pfc，整车需求功率Pveh,tar和附件消耗功率Paux调整动力电池输出功率Pbat，使Pbat＝Pveh,tar+Paux-Pfc。
根据本发明的上述任意一个实施方式提供的燃料电池车的冷启动控制方法，其中所述步骤1：判断环境温度是否小于等于预设的第一温度T1且动力电池的温度小于等于预设的第二温度T2，若“否”，执行步骤8；
步骤8：动力电池启动并完成普通启动程序，然后执行步骤3。
根据本发明的上述任意一个实施方式提供的燃料电池车的冷启动控制方法，其中所述步骤3：判断燃料电池的温度是否小于等于预设的第三温度T3，若“否”，执行步骤9；
步骤9：燃料电池启动并完成普通启动程序，然后执行步骤5。
根据本发明的上述任意一个实施方式提供的燃料电池车的冷启动控制方法，其中所述步骤5：判断动力电池是否完成启动程序，若“否”，执行步骤10；
步骤10：判断燃料电池是否完成启动程序，若“是”，执行步骤11；
步骤11：使动力电池功率Pbat>0并根据动力电池输出功率Pbat，整车需求功率Pveh,tar和附件消耗功率Paux，调整燃料电池功率Pfc，使Pfc＝Pveh,tar+Paux-Pbat，然后再次执行步骤5。
根据本发明的上述任意一个实施方式提供的燃料电池车的冷启动控制方法，其中所述步骤6：判断燃料电池是否完成启动程序，若“否”，执行步骤12；
步骤12：判断燃料电池是否冷启动失败，若“是”，处理结束；若“否”，执行步骤13；
步骤13：燃料电池继续执行冷启动程序，然后执行步骤6。
根据本发明的上述任意一个实施方式提供的燃料电池车的冷启动控制方法，其中所述步骤10：判断燃料电池是否完成启动程序，若““否”，执行步骤14；
步骤14：使动力电池功率Pbat>0并调整附件消耗功率Paux，使燃料电池功率Paux＝Pfc+Pbat，动力电池继续冷启动，然后执行步骤5。
根据本发明的上述任意一个实施方式提供的燃料电池车的冷启动控制方法，其中所述附件消耗功率Paux是指燃料电池车中的高压部件和/或低压部件运行消耗的功率。
根据本发明的上述任意一个实施方式提供的燃料电池车的冷启动控制方法，其中所述第一温度T1为0℃。
根据本发明的上述任意一个实施方式提供的燃料电池车的冷启动控制方法，其中所述第二温度T2根据动力电池类型和性能确定。
根据本发明的上述任意一个实施方式提供的燃料电池车的冷启动控制方法，其中所述第三温度T3为0℃或燃料电池的不受限输出功率的工作温度。
根据本发明的上述任意一个实施方式提供的燃料电池车的冷启动控制方法，其中所述燃料电池车的电池系统包括燃料电池、动力电池、附件组和电机，附件组包括多个附件设备，燃料电池和动力电池连接，燃料电池和动力电池还和附件组和电机连接并为附件组和电机供电。
该燃料电池车的冷启动控制方法的优点在于：解决了电-电混合构型燃料电池车辆低温下燃料电池系统和动力电池的冷启动的协调控制问题，燃料电池不需要等待动力电池冷启动完成再进行冷启动，缩短了冷启动时间，保证车辆的动力性；根据燃料电池系统和动力电池的启动情况调整电池的输出功率和附件的功率消耗，保证冷启动过程中燃料电池车的输出功率和功率消耗保持平衡，减少了动力电池过充和过放情况的发生，延长了动力电池的寿命。
附图说明
参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：
图1示出了根据本发明一个实施方式的燃料电池车的电池系统的示意图；
图2示出了如图1所示的根据本发明一个实施方式的燃料电池车的冷启动控制方法的流程图。
具体实施方式
图1-2和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将落在本发明的保护范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。
图1示出了根据本发明一个实施方式的燃料电池车的电池系统的示意图。如图1所示，所述燃料电池车的电池系统包括燃料电池100、动力电池200、附件组300和电机400，附件组包括多个附件设备(未标识)，燃料电池100和动力电池200连接，燃料电池100和动力电池200还和附件组300和电机400连接并为附件组300和电机400供电。需要注意的是，本发明中的燃料电池车的组成和结构并不局限于上面描述的部件及部件之间连接，只需要包含燃料电池和动力电池等关键特征即可。
根据本发明的上述一个实施方式提供的燃料电池车的冷启动控制方法，其中所述动力电池200包括但不限于三元锂电池或者磷酸铁锂电池等。所述动力电池200通常采用加热方式冷启动，耗时较长，通常从零下30℃冷启动需要十几分钟到几十分钟。动力电池200在冷启动过程中能够正常充放电，但输出功率不可控。
根据本发明的上述一个实施方式提供的燃料电池车的冷启动控制方法，其中所述燃料电池100的冷启动包括外加热方式和自启动等方式。燃料电池100在冷启动过程中输出功率不可控。通常而言，燃料电池100从零下30℃冷启动和暖机阶段的时间在一分钟到十几分钟不等，但一般小于动力电池200的冷启动时间。
图2如图1所示的根据本发明一个实施方式的燃料电池车的冷启动控制方法的流程图。如图2所示，所述燃料电池车的冷启动控制方法包括多个步骤：
步骤1：判断环境温度是否小于等于预设的第一温度T1且动力电池的温度小于等于预设的第二温度T2，若“是”，执行步骤2
步骤2：动力电池冷启动；
步骤3：判断燃料电池的温度是否小于等于预设的第三温度T3，若”是”，执行步骤4；
步骤4：燃料电池冷启动；
步骤5：判断动力电池是否完成启动程序，若“是”，执行步骤6；动力电池完成启动程序包括动力电池完成冷启动或动力电池完成普通启动程序两种情况中的任意一种；
步骤6：判断燃料电池是否完成启动程序，若“是”，执行步骤7；燃料电池完成启动程序包括燃料电池完成冷启动或燃料电池完成普通启动程序两种情况中的任意一种；
步骤7：根据燃料电池功率Pfc，整车需求功率Pveh,tar和附件消耗功率Paux调整动力电池输出功率Pbat，使Pbat＝Pveh,tar+Paux-Pfc。
根据本发明的上述任意一个实施方式提供的燃料电池车的冷启动控制方法，其中所述步骤1：判断环境温度是否小于等于预设的第一温度T1且动力电池的温度小于等于预设的第二温度T2，若“否”，执行步骤8；
步骤8：动力电池启动并完成普通启动程序，然后执行步骤3。
根据本发明的上述任意一个实施方式提供的燃料电池车的冷启动控制方法，其中所述步骤3：判断燃料电池的温度是否小于等于预设的第三温度T3，若“否”，执行步骤9；
步骤9：燃料电池启动并完成普通启动程序，然后执行步骤5。
根据本发明的上述任意一个实施方式提供的燃料电池车的冷启动控制方法，其中所述步骤5：判断动力电池是否完成启动程序，若“否”，执行步骤10；
步骤10：判断燃料电池是否完成启动程序，若“是”，执行步骤11；燃料电池完成启动程序包括燃料电池完成冷启动或燃料电池完成普通启动程序两种情况中的任意一种；
步骤11：使动力电池功率Pbat>0并根据动力电池输出功率Pbat，整车需求功率Pve,tar和附件消耗功率Paux，调整燃料电池功率Pfc，使Pfc＝Pveh,tar+Paux-Pbat，然后再次执行步骤5。如果不满足上述公式，若动力电池输出功率Pbat过小，那么多出来的功率就会给动力电池充电，导致过充，影响安全性和寿命；如果动力电池输出功率Pbat过大，那么有可能导致超出动力电池在冷启动中的输出功率范围，造成动力电池过放，影响动力电池寿命。
根据本发明的上述任意一个实施方式提供的燃料电池车的冷启动控制方法，其中所述步骤6：判断燃料电池是否完成启动程序，若“否”，执行步骤12；
步骤12：判断燃料电池是否冷启动失败，若“是”，处理结束；若“否”，执行步骤13；
步骤13：燃料电池继续执行冷启动程序，然后执行步骤6。
根据本发明的上述任意一个实施方式提供的燃料电池车的冷启动控制方法，其中燃料电池冷启动失败时有下列三种处理方式：
方式1、重新进行燃料电池冷启动；
方式2、只靠动力电池运行，此时燃料电池车的续驶里程会缩短；
方式3、停机检修。
根据本发明的上述任意一个实施方式提供的燃料电池车的冷启动控制方法，其中所述步骤10：判断燃料电池是否完成启动程序，若““否”，执行步骤14；
步骤14：使动力电池功率Pbat>0并调整附件消耗功率Paux，使燃料电池功率Paux＝Pfc+Pbat，动力电池继续冷启动，然后执行步骤5。如果不满足上述公式，若附件消耗功率Paux过小，那么多出来的功率就会给动力电池充电，导致过充，影响安全性和寿命；若附件消耗功率Paux过大，导致动力电池需要输出很大的功率，那么有可能导致超出动力电池在冷启动中的输出功率范围，造成动力电池过放，影响动力电池寿命。
根据本发明的上述任意一个实施方式提供的燃料电池车的冷启动控制方法，其中所述附件消耗功率Paux是指燃料电池车中的高压部件和/或低压部件运行消耗的功率。
根据本发明的上述任意一个实施方式提供的燃料电池车的冷启动控制方法，其中所述第一温度T1为0℃。
根据本发明的上述任意一个实施方式提供的燃料电池车的冷启动控制方法，其中所述第二温度T2根据动力电池类型和性能确定，例如：磷酸铁锂电池在零下10℃以上就可以充电，但为了考虑安全性，第二温度T2设置在-10℃左右；。
根据本发明的上述任意一个实施方式提供的燃料电池车的冷启动控制方法，其中所述第三温度T3为0℃或燃料电池的不受限输出功率的工作温度，一般而言为60-80℃，燃料电池的温度小于等于工作温度时电堆的输出功率可能受限。
该燃料电池车的冷启动控制方法的优点在于：解决了电-电混合构型燃料电池车辆低温下燃料电池系统和动力电池的冷启动的协调控制问题，燃料电池不需要等待动力电池冷启动完成再进行冷启动，缩短了冷启动时间，保证车辆的动力性；根据燃料电池系统和动力电池的启动情况调整电池的输出功率和附件的功率消耗，保证冷启动过程中燃料电池车的输出功率和功率消耗保持平衡，减少了动力电池过充和过放情况的发生，延长了动力电池的寿命。
当然应意识到，虽然通过本发明的示例已经进行了前面的描述，但是对本发明做出的将对本领域的技术人员显而易见的这样和其他的改进及改变应认为落入如本文提出的本发明宽广范围内。因此，尽管本发明已经参照了优选的实施方式进行描述，但是，其意并不是使具新颖性的设备由此而受到限制，相反，其旨在包括符合上述公开部分、权利要求的广阔范围之内的各种改进和等同修改。

Claims (11)

1.一种燃料电池车的冷启动控制方法，其特征在于，所述燃料电池车的冷启动控制方法包括多个步骤：
步骤1：判断环境温度是否小于等于预设的第一温度T1且动力电池的温度小于等于预设的第二温度T2，若“是”，执行步骤2
步骤2：动力电池冷启动；
步骤3：判断燃料电池的温度是否小于等于预设的第三温度T3，若”是”，执行步骤4；
步骤4：燃料电池冷启动；
步骤5：判断动力电池是否完成启动程序，若“是”，执行步骤6；
步骤6：判断燃料电池是否完成启动程序，若“是”，执行步骤7；
步骤7：根据燃料电池功率Pfc，整车需求功率Pveh,tar和附件消耗功率Paux调整动力电池输出功率Pbat，使Pbat＝Pveh,tar+Paux-Pfc。
2.如权利要求1所述的燃料电池车的冷启动控制方法，其特征在于，所述步骤1：判断环境温度是否小于等于预设的第一温度T1且动力电池的温度小于等于预设的第二温度T2，若“否”，执行步骤8；
步骤8：动力电池启动并完成普通启动程序，然后执行步骤3。
3.如权利要求1所述的燃料电池车的冷启动控制方法，其特征在于，所述步骤3：判断燃料电池的温度是否小于等于预设的第三温度T3，若“否”，执行步骤9；
步骤9：燃料电池启动并完成普通启动程序，然后执行步骤5。
4.如权利要求2所述的燃料电池车的冷启动控制方法，其特征在于，所述步骤5：判断动力电池是否完成启动程序，若“否”，执行步骤10；
步骤10：判断燃料电池是否完成启动程序，若“是”，执行步骤11；
步骤11：使动力电池功率Pbat>0并根据动力电池输出功率Pbat，整车需求功率Pve,tar和附件消耗功率Paux，调整燃料电池功率Pfc，使Pfc＝Pveh,tar+Paux-Pbat，然后再次执行步骤5。
5.如权利要求3所述的燃料电池车的冷启动控制方法，其特征在于，所述步骤6：判断燃料电池是否完成启动程序，若“否”，执行步骤12；
步骤12：判断燃料电池是否冷启动失败，若“是”，处理结束；若“否”，执行步骤13；
步骤13：燃料电池继续执行冷启动程序，然后执行步骤6。
6.如权利要求4所述的燃料电池车的冷启动控制方法，其特征在于，所述步骤10：判断燃料电池是否完成启动程序，若““否”，执行步骤14；
步骤14：使动力电池功率Pbat>0并调整附件消耗功率Paux，使燃料电池功率Paux＝Pfc+Pbat，动力电池继续冷启动，然后执行步骤5。
7.如权利要求5所述的燃料电池车的冷启动控制方法，其特征在于，所述附件消耗功率Paux是指燃料电池车中的高压部件和/或低压部件运行消耗的功率。
8.如权利要求1所述的燃料电池车的冷启动控制方法，其特征在于，所述第一温度T1为0℃。
9.如权利要求1所述的燃料电池车的冷启动控制方法，其特征在于，所述第二温度T2根据动力电池类型和性能确定。
10.如权利要求1所述的燃料电池车的冷启动控制方法，其特征在于，所述第三温度T3为0℃或燃料电池的不受限输出功率的工作温度。
11.如权利要求1所述的燃料电池车的冷启动控制方法，其特征在于，所述燃料电池车的电池系统包括燃料电池、动力电池、附件组和电机，附件组包括多个附件设备，燃料电池和动力电池连接，燃料电池和动力电池还和附件组和电机连接并为附件组和电机供电。
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