[发明专利]燃料电池电动汽车启停过程智能控制装置及控制方法

说明书

本发明属于电动汽车控制技术领域，具体涉及一种燃料电池电动汽车启停过程智能控制装置及控制方法。控制装置包括质子交换膜燃料电池堆、燃料电控阀门、压力调节器、三通阀门、逆变器、短路电控开关、可调虚拟负载、空气压力传感器、氢气压力传感器、空气排气门电控阀门、空气进气压缩机、燃料循环泵、控制器。本发明在质子交换膜燃料电池堆启停过程中，采用了接入可调虚拟负载的方法有效减小电池过电位等问题，进一步采用模糊控制算法获得更优的虚拟负载值，有效减小了电池堆启停过程中的衰减；通过在燃料进气侧采用反馈模糊控制算法，控制燃料进气的压力调节器，使得燃料供给更加平稳，大大提高了质子交换膜燃料电池的耐久性与可靠性。

技术领域

本发明属于燃料电池电动汽车控制技术领域，具体涉及一种燃料电池电动汽车启停过程智能控制装置及控制方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池技术经过二十余年的持续研发和不断突破，使得燃料电池汽车性能基本满足了商业化指标要求，并成为当前备受瞩目的新能源汽车。然而，质子交换膜燃料电池伴随实际车况变化会经历燃料供应、湿度、温度、电流、电压等复杂循环过程，造成燃料电池的关键材料衰减加速，并且车用燃料电池的耐久性问题棘手且涉及面广。通过燃料电池汽车的大量示范运行，人们发现车用燃料电池的关键材料和部件的劣化工况主要有六种:

(1)频繁的启动停止引起的高电位造成催化剂碳载体的腐蚀；

(2)低温循环所伴随的胀缩造成膜电极机械损伤；

(3)低负荷运行导致质子交换膜分解；

(4)反复加减速引起的电位循环造成催化剂铂颗粒粗大化；

(5)深功率放电引起质子交换膜、催化剂以及载体的衰减加速；

(6)杂质引起电池催化剂毒化以及膜质子传导能力衰减。

国际上已经获得了质子交换膜燃料电池启停保护的相关专利。韩国现代汽车公司申请的专利USP:2005026022-A1提出关闭进气阀，外加负载，消耗残留氧气，从而降低阴极电位，起到保护电堆的目的。Bekkedahl于2002年申请的专利USP:6913845-B2，提出了一种“短路”的解决策略。该策略通过在电堆中的每个单电池之间设置一个分路器，从而提高每个单电池承受阴极高电位的能力。例如通过旋转的或者热控制的弹簧致动短路机构可以仅在燃料电池堆的启动和关闭期间“短路”燃料电池堆中的每个单电池。Dine于2001年申请了专USP:6514635-B2，提出了通过部分关闭阳极排气回收系统，切断外部电路的主要负载，停止阴极的空气供给，用外加负载减少或限制电池电压，从而降低阴极电位。当停止燃料供应时，继续阳极气体循环，利用存在的氧气将氢气转化为水，一直持续到将所有氢气移除。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题和不足，本发明的目的是基于质子交换膜燃料电池启停过程的衰减机理，提供一种燃料电池电动汽车启停过程智能控制装置，控制质子交换膜在电动汽车启动、停止过程的运行参数，提高车用质子交换膜燃料电池的耐久性与可靠性。

为实现上述技术目的，本发明采用以下的技术方案：燃料电池电动汽车启停过程智能控制装置，包括质子交换膜燃料电池堆、燃料电控阀门、压力调节器、三通阀门、逆变器、短路电控开关、可调虚拟负载、空气压力传感器、氢气压力传感器、空气排气门电控阀门、空气进气压缩机、燃料循环泵、控制器；

所述质子交换膜燃料电池堆由电池堆体、电池正极、空气出口、空气流道、空气进口、燃料出口、燃料流道、燃料进口、电池负极构成；

氢气供给与燃料进口连接，中间依次串联燃料电控阀门、压力调节器、三通阀门，燃料出口与三通阀门连接，中间串联燃料循环泵，所述氢气压力传感器安装在燃料流道内壁；

空气供给与空气进口连接，中间串联空气进气压缩机，空气出口安装空气排气门电控阀门；