[发明专利]燃料电池零下启动的电控方法与系统

说明书

本公开提供的燃料电池零下启动的电控方法与系统，属于燃料电池技术领域。本方法使用交互氢泵反应进行零下启动，首先采用电压控制模式，将电压幅值控制在电压上限；当电压控制模式中的电流峰值达到电流上限，切换为电流控制模式，将电流幅值控制在电流上限直至交互氢泵运行结束。本系统包括电流供应与控制装置、电流方向转换装置、交互频率控制装置和供氢装置，电流方向转换装置和交互频率控制装置用于将施加于燃料电池电堆的直流电切换为交互电并调控交互电的频率。本公开针对交互式氢泵零下启动方法的功率控制优化问题，基于车载电控系统实现向燃料电池施加交互电，并在具有电流和电压上限的情况下，提高零下启动的平均产热功率。

技术领域

本公开涉及燃料电池技术领域，具体的说是一种燃料电池零下启动的电控方法与系统。

背景技术

燃料电池作为氢能社会中承担由化学能到电能的能量转化载体，具有高效、环境友好、安静、可靠性高等优点，具有广阔的应用前景。其中质子交换膜燃料电池凭借其功率密度高、对负载变化响应快等优势，成为燃料电池汽车的车载动力的首要选择。燃料电池汽车向商用车发展以及使用场景向温寒带推广，对质子交换膜燃料电池的零下启动能力提出了更为严苛的要求。

满足要求的零下启动方法，在能够实现成功启动的前提下，还需要具有高能量效率、不造成严重老化和不更改电堆与系统结构等特点。丰田汽车公司采用自启动的方法，将电压控制在0.1V附近并通入不足量的空气，在其燃料电池乘用车FCHV-adv上成功实现野外-37℃启动(Kojima K,Morita T.Development of fuel cell hybrid vehicle inTOYOTA[J].ECS Transactions,2008,16(2):185-198.)。然而该方法存在产热上限，在燃料电池商用车上难以实现-30℃启动。这是由于商用车的寿命要求高于乘用车，常采用耐久性更好但热容更高的石墨基双极板，而非广泛用于乘用车的金属基双极板。

已有技术(CN201811347849.0)，公布了一种燃料零下启动方法及装置，包括为燃料电池阴阳两个电极提供含氢气的氛围，然后对燃料电池施加交互电流或电压控制，利用交互式氢泵反应的产热来实现电池温度的快速提升。该方法适用温度范围广，可成功实现-50℃-0℃温度的零下启动；不需要加热媒介，能量效率高；同时，交互式氢泵反应不产生水，避免了生成水结冰导致的老化问题。因此该方法具有广阔的应用前景。然而，交互式氢泵方法需要向燃料电池施加交互电压和电流，这在目前常规的燃料电池电控系统下难以实现；同时，该方法并未针对车载燃料电池的实际工况，即存在电压上限和电流上限的情况下开发优化的电控方法。

发明内容

本公开旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本公开第一方面实施例提供的燃料电池零下启动的电控方法，旨在克服交互式氢泵方法在实车应用上无法实现向燃料电池电堆施加交互电、以及未针对实际工况优化电控方法不足等问题，可以基于车载电控系统实现向燃料电池施加交互电，并在具有电流和电压上限的情况下，提高零下启动的平均功率。

本公开第一方面实施例提供的燃料电池零下启动的电控方法，包括：

1)在零下启动起始阶段，采用电压控制模式对燃料电池进行交互式氢泵，电压幅值控制在电压上限；

2)当电压控制模式中的电流峰值达到电流上限，切换为电流控制模式对燃料电池进行交互氢泵，电流幅值控制在电流上限，直至交互氢泵运行结束。

在一些实施例中，若零下启动起始阶段时，所述电压上限与燃料电池电阻的比值大于所述电流上限，则跳过步骤1)的电压控制模式，直接从步骤2)的电流控制模式开始进行零下启动。

在一些实施例中，步骤1)中所述电压控制模式的交互频率控制在电压施加主体所能承受的最高频率。