CN116470101A - 一种燃料电池进气增压系统及控制方法和控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃料电池进气增压系统及控制方法和控制装置。控制方法包括：将燃料电堆冷却液温度与第一预设温度和第二预设温度进行比较；若燃料电堆冷却液温度小于第一预设温度，则控制自循环冷却系统对燃料电堆冷却液降温，并由低压电池为进气增压电机供电；若燃料电堆冷却液温度大于第二预设温度，将空气压缩机的出口压力与第一预设压力和第二预设压力进行比较；若空气压缩机的出口压力小于第一预设压力，则控制冷却增压系统对燃料电堆冷却液降温，并为空气压缩机提供动力；若空气压缩机的出口压力大于第二预设压力，则控制冷却增压系统对燃料电堆冷却液降温，并为低压电池充电。本发明提高了燃料电堆的能量利用率。

Description

一种燃料电池进气增压系统及控制方法和控制装置

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池进气增压系统及控制方法和控制装置。

背景技术

目前，在能源与环境危机的背景下，世界各国汽车企业都在大力推进新能源汽车的研发。燃料电池汽车具有零排放、低噪声的优点，同时相对于电动汽车，具有燃料能量密度高，加注时间短的优点。燃料电池汽车是一种用车载燃料电池装置产生的电力作为动力的汽车。其采用高纯度氢气作为燃料，在燃料电池反应堆中与空气中的氧气发生化学反应产生电能，作为电机的动力源。

在现有燃料电池汽车的燃料电池反应堆中，化学能转变为电能的能量转化效率仅在50％～60％之间，其余的能量转化为热能。而燃料电池反应堆对工作温度要求较高，为了保证燃料电池反应堆高效、安全的运行，需要把燃料电池反应堆中的化学反应废热排出，其主要是通过循环冷却水输送到外部散热器进行排出，这部分能量没有得到有效利用，对整车经济性造成影响。

发明内容

本发明提供了一种燃料电池进气增压系统及控制方法和控制装置，以提高燃料电堆的能量利用率。

根据本发明的一方面，提供了一种燃料电池进气增压系统的控制方法，燃料电池进气增压系统包括：进气系统、自循环冷却系统和冷却增压系统；燃料电池进气增压系统的控制方法包括：

获取燃料电堆冷却液温度，并将燃料电堆冷却液温度与第一预设温度和第二预设温度进行比较；其中，第二预设温度大于第一预设温度；

若燃料电堆冷却液温度小于第一预设温度，则控制自循环冷却系统对燃料电堆冷却液降温，并由低压电池为进气增压电机供电，以控制进气增压电机为空气压缩机提供动力；所述进气系统包括所述低压电池、所述进气增压电机和所述空气压缩机；

若燃料电堆冷却液温度大于第二预设温度，则获取空气压缩机的出口压力，将空气压缩机的出口压力与第一预设压力和第二预设压力进行比较；其中，第二预设压力大于第一预设压力；

若空气压缩机的出口压力小于第一预设压力，则控制冷却增压系统对燃料电堆冷却液降温，并由冷却增压系统与进气增压电机为空气压缩机提供动力；

若空气压缩机的出口压力大于第二预设压力，则控制冷却增压系统对燃料电堆冷却液降温，并通过进气增压电机将冷却增压系统产生的多余机械能转化为电能，为低压电池充电。

进一步的，通过进气增压电机将冷却增压系统产生的多余机械能转化为电能，为低压电池的电能充电之后，还包括：

获取低压电池的电荷量，将低压电池的电荷量与第一目标电荷量和第二目标电荷进行比较；其中，第二目标电荷量大于第一目标电荷量；

若低压电池的电荷量小于第一目标电荷量，则控制进气增压电机持续将进气增压电机冷却增压系统产生的多余机械能转化为电能，为低压电池充电；

若低压电池的电荷量大于第二目标电荷量，则控制进气增压电机停止将冷却增压系统产生的多余机械能转化电能为低压电池充电，并控制冷却增压系统降低为空气压缩机提供的动力，调节空气压缩机的出口压力等于第一预设压力。

进一步的，控制冷却增压系统降低为空气压缩机提供动力，包括：

控制冷却增压系统中的流量控制阀打开，降低流入膨胀机中的有机工质的流量；其中，冷却增压系统包括：工质循环泵、热交换器、流量控制阀、膨胀机和冷凝器；工质循环泵的出口端与热交换器的第一进口端连接，工质循环泵用于将液态有机工质输送给热交换器进行热交换；热交换器的第一出口端分别与流量控制阀的第一端和膨胀机的进口端连接，流量控制阀用于控制进入膨胀机的气态有机工质的流量，膨胀机用于为空气压缩机提供动力；流量控制阀的第二端和膨胀机的出口端与冷凝器的进口端连接，冷凝器的出口端与工质循环泵的进口端连接。

进一步的，控制冷却增压系统对燃料电堆冷却液降温，包括：

控制工质循环泵打开，将液态有机工质泵入热交换器进行热量交换，并使交换热量后形成的气态有机工质输出给冷凝器，经冷凝器冷却后传送给工质循环泵，进行下一阶段循环。

进一步的，由冷却增压系统与进气增压电机为空气压缩机提供动力之后，还包括：

检测空气压缩机的出口压力，并在空气压缩机的出口压力大于第一预设压力时，控制降低低压电池的供电输出功率。

进一步的，控制自循环冷却系统对冷却液降温，包括：

根据燃料电堆冷却液的温度调整自循环冷却系统中冷却工质泵的转速；其中，自循环冷却系统包括：燃料电堆、冷却工质泵、三通阀和热交换器；燃料电堆的冷却工质出口端与冷却工质泵的进口端连接；冷却工质泵的出口端与三通阀的第一端连接；三通阀的第二端与热交换器的第二进口端连接；三通阀的第三端与热交换器的第二出口端以及与燃料电堆的冷却工质进口端连接。

进一步的，将空气压缩机的出口压力与第一预设压力和第二预设压力进行比较之前，还包括；

根据燃料电堆冷却液温度和进气系统的需求目标功率确定第一预设压力和第二预设压力的压力值。

进一步的，根据燃料电堆冷却液温度和进气系统的需求目标功率确定第一预设压力和第二预设压力的压力值，包括：

根据燃料电堆冷却液的温度和进气系统的目标需求功率确定目标空气进气流量；其中，进气系统的目标需求功率基于油门踏板的位移确定；

根据目标空气进气流量和当前压缩机的转速确定压缩机出口目标压力，并将压缩机出口目标压力作为第一预设压力；

根据第一预设压力以及第二预设压力与第一预设压力的预设差值确定第二预设压力。

根据本发明的另一方面，提供了一种燃料电池进气增压系统的控制装置，燃料电池进气增压系统的控制装置包括：

冷却液温度获取模块，用于获取燃料电堆冷却液温度，并将燃料电堆冷却液温度与第一预设温度和第二预设温度进行比较；其中，第二预设温度大于第一预设温度；

自循环冷却模块，用于在燃料电堆冷却液温度小于第一预设温度时，控制自循环冷却系统对燃料电堆冷却液降温，并由低压电池为进气增压电机供电，以控制进气增压电机为空气压缩机提供动力；

出口压力获取模块，用于在燃料电堆冷却液温度大于第二预设温度时，获取空气压缩机的出口压力，将空气压缩机的出口压力与第一预设压力和第二预设压力进行比较；其中，第二预设压力大于所述第一预设压力；

冷却增压模块，用于在空气压缩机的出口压力小于第一预设压力时，控制冷却增压系统对燃料电堆冷却液降温，并由冷却增压系统与进气增压电机为空气压缩机提供动力；

低压电池充电模块，用于在空气压缩机的出口压力大于第二预设压力时，控制冷却增压系统对燃料电堆冷却液降温，并通过进气增压电机将冷却增压系统产生的多余机械能转化为电能，为所述低压电池充电。

根据本发明的另一方面，提供了一种燃料电池进气增压系统，一种燃料电池进气增压系统包括：

进气系统，用于将氢气和空气输送至燃料电堆进行化学反应产生电能；所述进气系统包括低压电池、进气增压电机和空气压缩机；

自循环冷却系统，用于在燃料电堆冷却液的温度小于第一预设温度时，对所述燃料电堆进行降温；

冷却增压系统，用于在燃料电堆冷却液的温度大于第二预设温度时，对所述燃料电堆进行降温，并给进气系统中的空气压缩机提供动力。

本发明实施例提供的燃料电池进气增压系统的控制方法，通过获取燃料电堆冷却液温度，当燃料电堆冷却液温度小于第一预设温度时，由低压电池为进气增压电机供电；当燃料电堆冷却液温度大于第二预设温度时，且若空气压缩机的出口压力小于第一预设压力，控制冷却增压系统对燃料电堆冷却液降温，并由冷却增压系统与进气增压电机为空气压缩机提供动力，能够将燃料电堆作用产生的废热转化为空气压缩机的动力，进而增加了燃料电堆的能量利用率，节省了低压电池的电能；若空气压缩机的出口压力大于第二预设压力，在控制冷却增压系统对燃料电堆冷却液降温的同时通过进气增压电机将冷却增压系统产生的多余机械能转化为电能，为低压电池充电，能够在保证将燃料电堆作用产生的废热转化为空气压缩机的动力的同时，将多余的能量转化为电能储存起来，进一步增加了燃料电堆的能量利用率，且增加了低压电池的电能。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例提供的一种燃料电池进气增压系统的控制方法的流程图；

图2是根据本发明实施例提供的一种燃料电池进气增压系统的结构示意图；

图3是根据本发明实施例提供的一种燃料电池进气增压系统的控制装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明实施例提供了一种燃料电池进气增压系统的控制方法，图1是根据本发明实施例提供的一种燃料电池进气增压系统的控制方法的流程图，图2是根据本发明实施例提供的一种燃料电池进气增压系统的结构示意图，参考图1和图2，燃料电池进气增压系统包括：进气系统、自循环冷却系统和冷却增压系统；燃料电池进气增压系统的控制方法包括：

S110、获取燃料电堆冷却液温度，并将燃料电堆冷却液温度与第一预设温度和第二预设温度进行比较；其中，第二预设温度大于第一预设温度。

其中，第一预设温度和第二预设温度可以根据实际情况进行设置，本发明实施例对此不进行限制，示例性的，第一预设温度可以为70℃、第二预设温度可以为80℃。具体的，燃料电堆冷却液温度可以根据自循环冷却系统内设置的温度传感器获得，温度传感器的类型可以根据实际情况进行设置，本发明实施例对此不进行限制，能够满足试验需求即可。

S120、若燃料电堆冷却液温度小于第一预设温度，则控制自循环冷却系统对燃料电堆冷却液降温，并由低压电池为进气增压电机供电，以控制进气增压电机为空气压缩机提供动力；进气系统包括低压电池、进气增压电机和空气压缩机。

具体的，当燃料电堆冷却液温度小于第一预设温度时，说明燃料电堆冷却液温度并不太高，通过自循环冷却系统对燃料电堆冷却液进行降温即可满足要求，此时由低压电池143为进气增压电机141供电，以控制进气增压电机141为空气压缩机112提供动力。进气系统包括低压电池143、进气增压电机141和空气压缩机112。

S130、若燃料电堆冷却液温度大于第二预设温度，则获取空气压缩机的出口压力，将空气压缩机的出口压力与第一预设压力和第二预设压力进行比较；其中，第二预设压力大于第一预设压力。

具体的，当燃料电堆冷却液温度大于第二预设温度时，说明燃料电堆冷却液温度较高，通过自循环冷却系统对燃料电堆冷却液进行降温不能满足要求，此时需根据空气压缩机112的出口压力大小控制冷却增压系统对燃料电堆冷却液降温，若在冷却增压系统对燃料电堆冷却液降温的过程中，出现燃料电堆冷却液温度小于第二预设温度且大于第一预设温度，则继续通过冷却增压系统对燃料电堆冷却液进行降温，直至燃料电堆冷却液温度小于第一预设温度，再次切换至自循环冷却系统对燃料电堆冷却液降温，避免出现冷却增压系统对燃料电堆冷却液降温与自循环冷却系统对燃料电堆冷却液降温之间频繁切换的情况。其中，空气压缩机112的出口压力可以根据安装在空气压缩机出口处的压力传感器取得，第一预设压力和第二预设压力可以根据实际情况进行设置，本发明实施例对此不进行限制。

S140、若空气压缩机的出口压力小于第一预设压力，则控制冷却增压系统对燃料电堆冷却液降温，并由冷却增压系统与进气增压电机为空气压缩机提供动力。

具体的，当空气压缩机112的出口压力小于第一预设压力时，说明空气压缩机112的出口压力较小，此时在通过冷却增压系统对燃料电堆冷却液进行降温的同时，将冷却增压系统产生的旋转机械能，传递给空气压缩机112，与进气增压电机141一同为空气压缩机112提供动力，能够将燃料电堆作用产生的废热转化为空气压缩机112的动力，进而节省了低压电池143的电能。

S150、若空气压缩机的出口压力大于第二预设压力，则控制冷却增压系统对燃料电堆冷却液降温，并通过进气增压电机将冷却增压系统产生的多余机械能转化为电能，为低压电池充电。

具体的，当空气压缩机112的出口压力大于第二预设压力时，说明空气压缩机112的出口压力较大，冷却增压系统产生的机械能较大，此时通过整车控制器向进气增压电机141发出产生负扭矩的指令，进气增压电机141在接受到产生负扭矩的指令后，进气增压电机141作为发电机，为低压电池143充电，能够在保证将燃料电堆作用产生的废热转化为空气压缩机112的动力的同时，将多余的能量转化为电能储存起来，进一步增加了燃料电堆151的能量利用率，且增加了低压电池143的电能。其中，负扭矩的大小采用比例-积分-微分(Proportion Integration Differentiation，PID)控制，以空气压缩机112的出口压力为控制目标进行调节。当空气压缩机112的出口压力小于第二预设压力且大于第一预设压力时，为了避免在为低压电池143充电与停止为低压电池143充电之间频繁切换，此时需持续为低压电池143充电，直至空气压缩机112的出口压力小于第一预设压力。

本发明实施例提供的燃料电池进气增压系统的控制方法，通过获取燃料电堆冷却液温度，当燃料电堆冷却液温度小于第一预设温度时，由低压电池143为进气增压电机141供电；当燃料电堆冷却液温度大于第二预设温度时，且若空气压缩机112的出口压力小于第一预设压力，控制冷却增压系统对燃料电堆冷却液降温，并由冷却增压系统与进气增压电机141为空气压缩机112提供动力，能够将燃料电堆作用产生的废热转化为空气压缩机的动力，进而增加了燃料电堆151的能量利用率，节省了低压电池143的电能；若空气压缩机112的出口压力大于第二预设压力，在控制冷却增压系统对燃料电堆冷却液降温的同时通过进气增压电机141将冷却增压系统产生的多余机械能转化为电能，为低压电池143充电，能够在保证将燃料电堆151作用产生的废热转化为空气压缩机112的动力的同时，将多余的能量转化为电能储存起来，进一步增加了燃料电堆151的能量利用率，且增加了低压电池143的电能。

可选的，通过进气增压电机将冷却增压系统产生的多余机械能转化为电能，为低压电池的电能充电之后，还包括：

获取低压电池的电荷量，将低压电池的电荷量与第一目标电荷量和第二目标电荷进行比较；其中，第二目标电荷量大于第一目标电荷量；

若低压电池的电荷量小于第一目标电荷量，则控制进气增压电机持续将进气增压电机冷却增压系统产生的多余机械能转化为电能，为低压电池充电；

若低压电池的电荷量大于第二目标电荷量，则控制进气增压电机停止将冷却增压系统产生的多余机械能转化电能为低压电池充电，并控制冷却增压系统降低为空气压缩机提供的动力，调节空气压缩机的出口压力等于第一预设压力。

其中，低压电池电荷量可以通过电荷传感器整车控制系统下的电池管理系统进行采集，第一目标电荷量和第二目标电荷量可以根据实际情况进行设置，本发明实施例对此不进行限制。具体的，当低压电池的电荷量小于第一目标电荷量时，说明低压电池的电量较低，需持续将进气增压电机冷却增压系统产生的多余机械能转化为电能，为低压电池充电；当低压电池的电荷量大于第二目标电荷量时，说明此时低压电池的电量已经达到最高允许充电电量，继续充电可能出现安全隐患，需控制进气增压电机停止将冷却增压系统产生的多余机械能转化电能为低压电池充电，并通过降低冷却增压系统产生的机械能，调节空气压缩机的出口压力等于第一预设压力。在降低冷却增压系统产生机械能的过程中，若低压电池的电荷量小于第二目标电荷量且大于第一目标电荷量时，为了避免在为低压电池充电与停止为低压电池充电之间频繁切换，此时需继续降低冷却增压系统产生的机械能，直至低压电池的电荷量小于第一目标电荷量，再次给低压电充电。

可选的，参考图2，控制冷却增压系统降低为空气压缩机提供动力，包括：

控制冷却增压系统中的流量控制阀133打开，降低流入膨胀机135中的有机工质的流量；其中，冷却增压系统包括：工质循环泵131、热交换器132、流量控制阀133、膨胀机135和冷凝器136；工质循环泵131的出口端与热交换器132的第一进口端连接，工质循环泵131用于将液态有机工质输送给热交换器132进行热交换；热交换器132的第一出口端分别与流量控制阀133的第一端和膨胀机135的进口端连接，流量控制阀133用于控制进入膨胀机135的气态有机工质的流量，膨胀机135用于为空气压缩机112提供动力；流量控制阀133的第二端和膨胀机135的出口端与冷凝器136的进口端连接，冷凝器136的出口端与工质循环泵131的进口端连接。

具体的，当低压电池的电荷量大于第二目标电荷量时，膨胀机135产生的机械能较多，需打开流量控制阀133，将流经第一管路134a的有机工质通过第二管路134b，经流量控制阀133直接进入冷凝器136进行冷却，进而减小了流经膨胀机135的有机工质，从而降低冷却增压系统产生的机械能。

可选的，参考图2，控制冷却增压系统对燃料电堆冷却液降温，包括：

控制工质循环泵131打开，将液态有机工质泵入热交换器132进行热量交换，并使交换热量后形成的气态有机工质输出给冷凝器136，经冷凝器136冷却后传送给工质循环泵131，进行下一阶段循环。

具体的，当燃料电堆冷却液的温度超过第三预设温度时，可以通过冷凝风扇137增加冷凝器136的冷却效果，其中，第三预设温度可以根据实际情况进行设计，本发明实施例对此不进行限制。

可选的，参考图2，由冷却增压系统与进气增压电机为空气压缩机112提供动力之后，还包括：

检测空气压缩机112的出口压力，并在空气压缩机112的出口压力大于第一预设压力时，控制降低低压电池143的供电输出功率。

具体的，随着冷却增压系统运行时间的增加，膨胀机135产生的机械能越来越多，当膨胀机135和低压电池143共同作用，使空气压缩机112产生的出口压力大于第一预设压力时，通过整车控制器按照第一预设频率降低低压电池143的电能供给，直至停止使用低压电池143为空气压缩机112供能，极大地节省了低压电池143的电能，其中，第一预设频率可以根据实际情况进行设计，本发明实施例对此不进行限制。

可选的，控制自循环冷却系统对冷却液降温，包括：

根据燃料电堆冷却液的温度调整自循环冷却系统中冷却工质泵152的转速；其中，自循环冷却系统包括：燃料电堆151、冷却工质泵152、三通阀153和热交换器132；燃料电堆151的冷却工质出口端与冷却工质泵152的进口端连接；冷却工质泵152的出口端与三通阀153的第一端连接；三通阀153的第二端与热交换器132的第二进口端连接；三通阀153的第三端与热交换器132的第二出口端以及与燃料电堆151的冷却工质进口端连接。

其中，由于冷却工质泵152的转速影响燃料电堆冷却液的流速，冷却工质泵152的转速越高，燃料电堆冷却液的循环流速越大，对燃料电堆的散热越明显，具体的，可以根据不同的燃料电堆冷却液温度，输出不同的脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)占空比，进而控制冷却工质泵152的转速，示例性的，可以通过冷却工质泵转速调节占空比对照表查表取得，表1示出了不同的燃料电堆冷却液温度与冷却工质泵转速调节占空比的对应关系，如表1所示，燃料电堆冷却液温度与冷却工质泵转速调节占空比的对应关系为线性对应关系。

表1燃料电堆冷却液温度与冷却工质泵转速调节占空比对照表

具体的，燃料电堆冷却液通过冷却工质泵152进入三通阀153，当燃料电堆冷却液温度小于第一预设温度时，三通阀153的第一管路154b打开，第二管路154a关闭，使燃料电堆冷却液通过第一管路154b进入燃料电堆151进行冷却，实现自循环冷却；当燃料电堆冷却液温度大于第二预设温度时，三通阀153的第一管路154b关闭，第二管路154a打开，使燃料电堆冷却液通过第二管路154a进入热交换器132，在热交换器132中进行热量交换后，再进入燃料电堆151进行冷却，实现进一步的冷却循环。

可选的，将空气压缩机的出口压力与第一预设压力和第二预设压力进行比较之前，还包括；

根据燃料电堆冷却液温度和进气系统的需求目标功率确定第一预设压力和第二预设压力的压力值。

具体的，可以先根据燃料电堆冷却液的温度和进气系统的目标需求功率确定目标空气进气流量，再根据目标空气进气流量和当前压缩机的转速确定第一预设压力和第二预设压力的压力值。

可选的，根据燃料电堆冷却液温度和进气系统的需求目标功率确定第一预设压力和第二预设压力的压力值，包括：

根据燃料电堆冷却液的温度和进气系统的目标需求功率确定目标空气进气流量；其中，进气系统的目标需求功率基于油门踏板的位移确定；

根据目标空气进气流量和当前压缩机的转速确定压缩机出口目标压力，并将压缩机出口目标压力作为第一预设压力；

根据第一预设压力以及第二预设压力与第一预设压力的预设差值确定第二预设压力。

具体的，可以根据目标空气进气流量表查表取得，表2示出了燃料电堆冷却液的温度与进气系统的目标需求功率的对应关系，如表2所示，

表2目标空气进气流量对照表

再根据目标空气进气流量对照表中的目标空气进气流量与当前压缩机的转速确定压缩机出口目标压力，可以根据压缩机出口目标压力表取得，表3示出了目标空气进气流量与当前压缩机的转速的对应关系，如表3所示，

表3压缩机出口目标压力对照表

根据压缩机出口目标压力对照表中确定的压缩机出口目标压力，即第一预设压力，第二预设压力可根据第一预设压力以及第二预设压力与第一预设压力的预设差值确定，其中，预设差值可以根据实际情况进行设计，本发明实施例对此不进行限制。

本发明实施例提供了一种燃料电池进气增压系统的控制装置，图3是根据本发明实施例提供的一种燃料电池进气增压系统的控制装置的结构示意图，参考图3，燃料电池进气增压系统的控制装置300包括：

冷却液温度获取模块310，用于获取燃料电堆冷却液温度，并将燃料电堆冷却液温度与第一预设温度和第二预设温度进行比较；其中，第二预设温度大于第一预设温度；

自循环冷却模块320，用于在燃料电堆冷却液温度小于第一预设温度时，控制自循环冷却系统对燃料电堆冷却液降温，并由低压电池为进气增压电机供电，以控制进气增压电机为空气压缩机提供动力；

出口压力获取模块330，用于在燃料电堆冷却液温度大于第二预设温度时，获取空气压缩机的出口压力，将空气压缩机的出口压力与第一预设压力和第二预设压力进行比较；其中，第二预设压力大于第一预设压力；

冷却增压模块340，用于在空气压缩机的出口压力小于第一预设压力时，控制冷却增压系统对燃料电堆冷却液降温，并由冷却增压系统与进气增压电机为空气压缩机提供动力；

低压电池充电模块350，用于在空气压缩机的出口压力大于第二预设压力时，控制冷却增压系统对燃料电堆冷却液降温，并通过进气增压电机将冷却增压系统产生的多余机械能转化为电能，为低压电池充电。

进一步的，燃料电池进气增压系统的控制装置还包括：

电荷量获取单元，用于将进气增压电机将冷却增压系统产生的多余机械能转化为电能，为低压电池的电能充电之后，获取低压电池的电荷量，将低压电池的电荷量与第一目标电荷量和第二目标电荷进行比较；其中，第二目标电荷量大于第一目标电荷量；

低压电池充电单元，用于在低压电池的电荷量小于第一目标电荷量时，控制进气增压电机持续将进气增压电机冷却增压系统产生的多余机械能转化为电能，为低压电池充电；

压缩机动力降低单元，用于当低压电池的电荷量大于第二目标电荷量时，控制进气增压电机停止将冷却增压系统产生的多余机械能转化电能为低压电池充电，并控制冷却增压系统降低为空气压缩机提供的动力，调节空气压缩机的出口压力等于第一预设压力。

进一步的，压缩机动力降低单元用于：

控制冷却增压系统中的流量控制阀打开，降低流入膨胀机中的有机工质的流量；其中，冷却增压系统包括：工质循环泵、热交换器、流量控制阀、膨胀机和冷凝器；工质循环泵的出口端与热交换器的进口端连接，工质循环泵用于将液态有机工质输送给热交换器进行热交换；热交换器的出口端分别与流量控制阀的第一端和膨胀机的进口端连接，流量控制阀用于控制进入膨胀机的气态有机工质的流量，膨胀机用于为空气压缩机提供动力；流量控制阀的第二端和膨胀机的出口端与冷凝器的进口端连接，冷凝器的出口端与工质循环泵的进口端连接。

进一步的，低压电池充电模块350还用于：

控制工质循环泵打开，将液态有机工质泵入热交换器进行热量交换，并使交换热量后形成的气态有机工质输出给所述冷凝器，经冷凝器冷却后传送给工质循环泵，进行下一阶段循环。

进一步的，供电功率降低模块用于：

由冷却增压系统与进气增压电机为空气压缩机提供动力之后，检测空气压缩机的出口压力，并在空气压缩机的出口压力大于第一预设压力时，控制降低低压电池的供电输出功率。

进一步的，自循环冷却模块320还用于：

根据燃料电堆冷却液的温度调整自循环冷却系统中冷却工质泵的转速；其中，自循环冷却系统包括：燃料电堆、冷却工质泵、三通阀和热交换器；燃料电堆的冷却工质出口端与冷却工质泵的进口端连接；冷却工质泵的出口端与三通阀的第一端连接；三通阀的第二端与热交换器的进口端连接；三通阀的第三端与热交换器的出口端连接；热交换器的出口端与燃料电堆的冷却工质进口端连接。

进一步的，燃料电池进气增压系统的控制装置还包括：预设压力确定模块，预设压力确定模块用于

将空气压缩机的出口压力与第一预设压力和第二预设压力进行比较之前，根据燃料电堆冷却液温度和进气系统的需求目标功率确定第一预设压力和第二预设压力的压力值。

进一步的，预设压力确定模块包括：

目标空气进气流量确定单元，用于根据燃料电堆冷却液的温度和进气系统的目标需求功率确定目标空气进气流量；其中，进气系统的目标需求功率基于油门踏板的位移确定；

第一预设压力确定单元，用于根据目标空气进气流量和当前压缩机的转速确定压缩机出口目标压力，并将压缩机出口目标压力作为第一预设压力；

根据第一预设压力以及第二预设压力与第一预设压力的预设差值确定第二预设压力。

本发明实施例所提供的燃料电池进气增压系统的控制装置可执行本发明任意实施例所提供的燃料电池进气增压系统的控制方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。

本发明实施例还提供了一种燃料电池进气增压系统，参考图2，燃料电池进气增压系统包括：

进气系统，用于将氢气和空气输送至燃料电堆151进行化学反应产生电能；

自循环冷却系统，用于在燃料电堆冷却液的温度小于第一预设温度时，对燃料电堆151进行降温；

冷却增压系统，用于在燃料电堆冷却液的温度大于第二预设温度时，对燃料电堆151进行降温，并给进气系统中的空气压缩机112提供动力。

具体的，进气系统包括：空气滤清器111、空气压缩机112、增压中冷器113、储氢罐121、氢气减压阀122、进气增压电机141、逆变器142、低压电池143、DCDC转换器144、燃料电堆151和高压电池160。

空气滤清器111用于过滤进气空气的杂质，并将过滤后的清洁空气输出给空气压缩机112；空气压缩机112用于接受进气增压电机141或膨胀机135输出的旋转扭矩，对进气空气进行增压；增压中冷器113用于冷却增压后的空气；储氢罐121用于存储高压氢气；氢气减压阀122用于对高压氢气进行泄压，把高压氢气转化为低压氢气，并输送至燃料电堆151；进气增压电机141用于接受逆变器142输出的交流电，把电能转化为机械能，输出旋转扭矩；逆变器142用于实现交流电和直流电的相互转化；低压电池143用于为进气增压电机141和其他低压附属件提供动力源；DCDC转换器144用于将高压电池160产生的高压电转化为低压电，进而为低压电池143充电；燃料电堆151用于将高纯度氢气和氧气进行化学反应，产生电能，并将电能输出给高压电池160；高压电池160用于储存高压电能。

自循环冷却系统包括：燃料电堆151、冷却工质泵152、三通阀153和热交换器132。

冷却工质泵152用于实现冷却工质在自循环冷却系统内的循环；三通阀153用于控制冷却工质的流向。

冷却增压系统包括：工质循环泵131、热交换器132、流量控制阀133、膨胀机135和冷凝器136。

工质循环泵131用于将液态有机工质输送给热交换器132进行热交换；热交换器132用于将燃料电堆151产生的余热转移到冷却增压系统中；流量控制阀133用于控制进入膨胀机135的气态有机工质的流量；膨胀机135用于为空气压缩机112提供动力；冷凝器136用于对流经其内部的有机工质进行散热，将低压有机工质由气态转化为液态。

本发明实施例提供的燃料电池进气增压系统由本发明任意实施例所述的燃料电池进气增压系统的控制方法进行控制。具有相同的技术效果，这里不再赘述。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种燃料电池进气增压系统的控制方法，其特征在于，燃料电池进气增压系统包括：进气系统、自循环冷却系统和冷却增压系统；所述控制方法包括：

获取燃料电堆冷却液温度，并将所述燃料电堆冷却液温度与第一预设温度和第二预设温度进行比较；其中，所述第二预设温度大于所述第一预设温度；

若所述燃料电堆冷却液温度小于所述第一预设温度，则控制自循环冷却系统对所述燃料电堆冷却液降温，并由低压电池为进气增压电机供电，以控制所述进气增压电机为空气压缩机提供动力；所述进气系统包括所述低压电池、所述进气增压电机和所述空气压缩机；

若所述燃料电堆冷却液温度大于所述第二预设温度，则获取所述空气压缩机的出口压力，将所述空气压缩机的出口压力与第一预设压力和第二预设压力进行比较；其中，第二预设压力大于所述第一预设压力；

若所述空气压缩机的出口压力小于所述第一预设压力，则控制冷却增压系统对所述燃料电堆冷却液降温，并由所述冷却增压系统与所述进气增压电机为所述空气压缩机提供动力；

若所述空气压缩机的出口压力大于所述第二预设压力，则控制冷却增压系统对所述燃料电堆冷却液降温，并通过所述进气增压电机将所述冷却增压系统产生的多余机械能转化为电能，为所述低压电池充电。

2.根据权利要求1所述的燃料电池进气增压系统的控制方法，其特征在于，通过所述进气增压电机将所述冷却增压系统产生的多余机械能转化为电能，为所述低压电池的电能充电之后，还包括：

获取所述低压电池的电荷量，将所述低压电池的电荷量与第一目标电荷量和第二目标电荷进行比较；其中，所述第二目标电荷量大于所述第一目标电荷量；

若所述低压电池的电荷量小于第一目标电荷量，则控制所述进气增压电机持续将所述进气增压电机冷却增压系统产生的多余机械能转化为电能，为所述低压电池充电；

若所述低压电池的电荷量大于所述第二目标电荷量，则控制所述进气增压电机停止将所述冷却增压系统产生的多余机械能转化电能为所述低压电池充电，并控制所述冷却增压系统降低为所述空气压缩机提供的动力，调节所述空气压缩机的出口压力等于所述第一预设压力。

3.根据权利要求2所述的燃料电池进气增压系统的控制方法，其特征在于，控制所述冷却增压系统降低为所述空气压缩机提供动力，包括：

控制所述冷却增压系统中的流量控制阀打开，降低流入膨胀机中的有机工质的流量；其中，所述冷却增压系统包括：工质循环泵、热交换器、流量控制阀、膨胀机和冷凝器；所述工质循环泵的出口端与所述热交换器的第一进口端连接，所述工质循环泵用于将液态有机工质输送给热交换器进行热交换；所述热交换器的第一出口端分别与所述流量控制阀的第一端和所述膨胀机的进口端连接，所述流量控制阀用于控制进入所述膨胀机的气态有机工质的流量，所述膨胀机用于为所述空气压缩机提供动力；所述流量控制阀的第二端和所述膨胀机的出口端与所述冷凝器的进口端连接，所述冷凝器的出口端与所述工质循环泵的进口端连接。

4.根据权利要求3所述的燃料电池进气增压系统的控制方法，其特征在于，所述控制冷却增压系统对所述燃料电堆冷却液降温，包括：

控制所述工质循环泵打开，将液态有机工质泵入所述热交换器进行热量交换，并使交换热量后形成的气态有机工质输出给所述冷凝器，经所述冷凝器冷却后传送给所述工质循环泵，进行下一阶段循环。

5.根据权利要求1所述的燃料电池进气增压系统的控制方法，其特征在于，由所述冷却增压系统与所述进气增压电机为所述空气压缩机提供动力之后，还包括：

检测所述空气压缩机的出口压力，并在所述空气压缩机的出口压力大于所述第一预设压力时，控制降低低压电池的供电输出功率。

6.根据权利要求3所述的燃料电池进气增压系统的控制方法，其特征在于，所述控制自循环冷却系统对冷却液降温，包括：

根据所述燃料电堆冷却液的温度调整所述自循环冷却系统中冷却工质泵的转速；其中，所述自循环冷却系统包括：燃料电堆、冷却工质泵、三通阀和所述热交换器；所述燃料电堆的冷却工质出口端与所述冷却工质泵的进口端连接；所述冷却工质泵的出口端与所述三通阀的第一端连接；所述三通阀的第二端与所述热交换器的第二进口端连接；所述三通阀的第三端与所述热交换器的第二出口端以及与所述燃料电堆的冷却工质进口端连接。

7.根据权利要求1所述的燃料电池进气增压系统的控制方法，其特征在于，将所述空气压缩机的出口压力与第一预设压力和第二预设压力进行比较之前，还包括；

根据所述燃料电堆冷却液温度和进气系统的需求目标功率确定所述第一预设压力和第二预设压力的压力值。

8.根据权利要求7所述的燃料电池增压控制方法，其特征在于，根据所述燃料电堆冷却液温度和进气系统的需求目标功率确定所述第一预设压力和第二预设压力的压力值，包括：

根据所述燃料电堆冷却液的温度和所述进气系统的目标需求功率确定目标空气进气流量；其中，所述进气系统的目标需求功率基于油门踏板的位移确定；

根据所述目标空气进气流量和当前压缩机的转速确定压缩机出口目标压力，并将所述压缩机出口目标压力作为所述第一预设压力；

根据所述第一预设压力以及第二预设压力与所述第一预设压力的预设差值确定所述第二预设压力。

9.一种燃料电池进气增压系统的控制装置，其特征在于，包括：

冷却液温度获取模块，用于获取燃料电堆冷却液温度，并将所述燃料电堆冷却液温度与第一预设温度和第二预设温度进行比较；其中，所述第二预设温度大于所述第一预设温度；

自循环冷却模块，用于在所述燃料电堆冷却液温度小于所述第一预设温度时，控制自循环冷却系统对所述燃料电堆冷却液降温，并由低压电池为进气增压电机供电，以控制所述进气增压电机为空气压缩机提供动力；

出口压力获取模块，用于在所述燃料电堆冷却液温度大于所述第二预设温度时，获取所述空气压缩机的出口压力，将所述空气压缩机的出口压力与第一预设压力和第二预设压力进行比较；其中，第二预设压力大于所述第一预设压力；

冷却增压模块，用于在所述空气压缩机的出口压力小于所述第一预设压力时，控制冷却增压系统对所述燃料电堆冷却液降温，并由所述冷却增压系统与所述进气增压电机为所述空气压缩机提供动力；

低压电池充电模块，用于在所述空气压缩机的出口压力大于所述第二预设压力时，控制冷却增压系统对所述燃料电堆冷却液降温，并通过所述进气增压电机将所述冷却增压系统产生的多余机械能转化为电能，为所述低压电池充电。

10.一种燃料电池进气增压系统，其特征在于，包括：

进气系统，用于将氢气和空气输送至燃料电堆进行化学反应产生电能；所述进气系统包括低压电池、进气增压电机和空气压缩机；

自循环冷却系统，用于在燃料电堆冷却液的温度小于第一预设温度时，对所述燃料电堆进行降温；

冷却增压系统，用于在燃料电堆冷却液的温度大于第二预设温度时，对所述燃料电堆进行降温，并给进气系统中的空气压缩机提供动力。