CN110690483B - 一种燃料电池冷启动装置及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种燃料电池冷启动装置及控制方法，属汽车技术领域，包括通过管路依次连接形成第一循环回路的第一循环泵、第一换热器和第一电加热机构以及通过管路依次连接形成第二循环回路的第二循环泵、第二换热器和第二电加热机构，第一换热器能够对动力电池进行加热，第二换热器能够对燃料电池加热。还包括***控制器和动力电机，***控制器分别与燃料电池、动力电池、第一循环泵、第一电加热机构、第二循环泵、第二电加热机构以及动力电机电连接。相比于现有技术，能够在燃料电池的温度低于零度的情况下，实现燃料电池以较大输出功率工作，并且对燃料电池进行加热升温，避免燃料电池内生成的水结冰，进而实现快速冷启动，提高整车性能。

Description

一种燃料电池冷启动装置及控制方法
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，尤其涉及一种燃料电池冷启动装置及控制方法。
背景技术
燃料电池汽车的燃料电池是一种能够将燃料中的化学能直接转化为电能的装置，相比于内燃机和发电机组成的发电机组，能量转化环节减少，因此效率高，并且能量转化的产物只能有电能和水，可以做到零污染，但是因为燃料电池无法进行制动能量的回收，因此，燃料电池汽车一般还配备有动力电池，以对制动能量进行回收。
由于燃料电池的化学反应在质子交换膜上进行，并且会生成水，如果环境温度较低，水结冰会覆盖住质子交换膜，影响化学反应进行，导致燃料电池无法工作。因此，燃料电池在冷启动过程中，为了使燃料电池能够正常工作且迅速升温，需要燃料电池输出较大的功率，工作过程中产生的热量阻止生成的水结冰，但是在低温条件下，动力电池的充电功率受限，并且当动力电机驱动功率需求较低时，动力电池无法完全吸收燃料电池在冷启动过程中输出的电功率，燃料电池只能降低输出功率，导致燃料电池产生的热量无法阻止生成的水结冰，反应无法进行，冷启动不成功，降低整车性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种燃料电池冷启动装置及控制方法，以实现在低温环境下，燃料电池能够实现快速冷启动，提高整车性能。
如上构思，本发明所采用的技术方案是：
一种燃料电池冷启动装置，包括通过管路依次连接形成第一循环回路的第一循环泵、第一换热器和第一电加热机构以及通过管路依次连接形成第二循环回路的第二循环泵、第二换热器和第二电加热机构，所述第一换热器能够对动力电池进行加热，所述第二换热器能够对燃料电池加热，所述燃料电池冷启动装置还包括***控制器及动力电机，所述***控制器分别与所述燃料电池、所述动力电池、所述第一循环泵、所述第一电加热机构、所述第二循环泵、所述第二电加热机构以及所述动力电机电连接。
为实现上述目的，本发明还提供一种上述所述的燃料电池冷启动装置的控制方法，包括：在T＜0，t＜T1时，当所述***控制器采集到驱动指令后，计算所述动力电机的需求驱动功率P，若P≤P0-P2，所述***控制器控制所述动力电机以驱动功率P工作，控制所述动力电池的充电功率为p0，控制所述第二电加热机构和所述第一电加热机构分别以加热功率P2和(P0-P2-P)工作，同时控制所述第二循环泵和所述第一循环泵工作；
T为所述燃料电池启动时的初始温度；T1为第一预设温度；t为所述动力电池启动时的初始温度；P0为T＜0时，所述燃料电池的输出功率；p0为t＜T1时，所述动力电池的许用充电功率，p0＝0；P2为所述第二电加热机构的最大加热功率。
进一步地，若P＞P0-P2，所述***控制器控制所述动力电池的放电功率为(P-P0-P2)，控制所述动力电机以驱动功率P工作，控制所述第二电加热机构以加热功率P2工作，同时控制所述第二循环泵工作。
进一步地，还包括：在T＜0，T1＜t＜T2时，当所述***控制器采集到驱动指令后，计算所述动力电机的需求驱动功率P，若P≤P0-P2-p1，所述***控制器控制所述动力电机以驱动功率P工作，控制所述动力电池的充电功率为p1，控制所述第二电加热机构和所述第一电加热机构分别以P2和(P0-P2-p1-P)工作，并同时控制所述第二循环泵和所述第一循环泵工作；
T2为第二预设温度，T2＞T1，p1为T1＜t＜T2时动力电池的许用充电功率，0＜p1＜P0-P2。
进一步地，若P0-P2-p1＜P≤P0-P2，所述***控制器控制所述动力电机以驱动功率P工作，控制所述动力电池的充电功率为(P0-P2-P)，控制所述第二电加热机构以加热功率P2工作，同时控制所述第二循环泵工作。
进一步地，若P＞P0-P2，所述***控制器控制所述动力电池的放电功率为(P-P0-P2)，控制所述动力电机以驱动功率P工作，控制所述第二电加热机构以加热功率P2工作，同时控制所述第二循环泵工作。
进一步地，还包括：在T＜0，t≥T2时，所述***控制器采集到驱动指令后，计算所述动力电机的需求驱动功率P，若P≤P0-P2，所述***控制器控制所述动力电池的充电功率为(P0-P2-P)，控制所述第二电加热机构以加热功率P2工作，同时控制所述第二循环泵工作；
若P＞P0-P2，所述***控制器控制所述动力电池的放电功率为(P-P0+P2)，控制所述第二电加热机构以加热功率P2工作，同时控制所述第二循环泵工作。
进一步地，所述燃料电池冷启动装置的控制方法还包括：在t＜T1时，在车辆行驶过程中，当所述***控制器采集到制动指令后，控制所述动力电机对车辆制动并回收制动能量，并采集所述动力电机的输出电功率PZ，若PZ≤P1+P2-P0，则所述***控制器控制所述动力电池的充电功率为p0，所述***控制器控制所述第二电加热机构和所述第一电加热机构分别以加热功率P2和(P0+PZ-P2)工作，并控制所述第二循环泵和所述第一循环泵工作；
若PZ＞P1+P2-P0，则所述***控制器控制所述动力电池的充电功率为p0，所述***控制器控制所述第二电加热机构和所述第一电加热机构分别以加热功率P2和所P1工作，并控制所述第二循环泵和所述第一循环泵工作；
p0为t＜T1时动力电池的许用充电功率，p0＝0。
进一步地，所述燃料电池冷启动装置的控制方法还包括：在T＜0，T1＜t＜T2时，在车辆行驶过程中，当所述***控制器采集到制动指令后，控制所述动力电机对车辆制动并回收制动能量，并采集所述动力电机的输出电功率PZ，若PZ＜(P1+P2+p1-P0)，所述***控制器控制所述动力电池的充电功率为p1，控制第二电加热机构和所述第一电加热机构分别以加热功率P2和(P0+P-P2-p1)工作，同时控制所述第一循环泵和所述第二循环泵工作；
若PZ≥(P1+P2+p1-P0)，所述***控制器控制所述动力电池的充电功率为p1，控制第二电加热机构和所述第一电加热机构分别以加热功率P2和P1工作，同时控制所述第一循环泵和所述第二循环泵工作；
p1为T1＜t＜T2时动力电池的许用充电功率，0＜p1＜P0-P2，P1为第一电加热机构的最大加热功率。
进一步地，所述燃料电池冷启动装置的控制方法还包括：在T＜0，t≥T2时，在车辆行驶过程中，当所述***控制器采集到制动指令后，控制所述动力电机对车辆制动并回收制动能量，并采集所述动力电机的输出电功率PZ，所述***控制器控制所述动力电池的充电功率为(P0-P2+PZ)，控制所述第二电加热机构以加热功率P2工作，同时控制所述第二循环泵工作。
本发明的有益效果为：
本发明提出的燃料电池冷启动装置及其控制方法，通过设置第一循环回路和第二循环回路，相比于现有技术，能够在燃料电池的温度低于零度的情况下，实现燃料电池以较大输出功率工作，并且对燃料电池进行加热升温，避免燃料电池内生成的水结冰，进而实现快速冷启动，提高整车性能。
附图说明
图1是本发明提供的燃料电池冷启动装置的示意图。
图中：
101、膨胀水箱；102、第一循环泵；103、第一电加热机构；104、第一换热器；105、第一温度检测器；106、第二循环泵；107、第二电加热机构；108、第二换热器；109、第二温度检测器；
201、燃料电池；202、动力电池；203、动力电机；
301、***控制器。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
如图1所示，本实施例提供了一种燃料电池冷启动装置，该燃料电池冷启动装置包括通过管路依次连接形成第一循环回路的第一循环泵102、第一换热器104和第一电加热机构103以及通过管路依次连接形成第二循环回路的第二循环泵106、第二换热器108和第二电加热机构107。第一循环回路和第二循环回路内均充设有工作介质，在本实施例中，工作介质为水，当然在其他实施例中，工作介质还可以为冷媒。该燃料电池冷启动装置还包括膨胀水箱101，膨胀水箱101分别通过管路连接于第一循环回路和第二循环回路，能够向第一循环回路和第二循环回路内补充水。
上述第一换热器104能够对动力电池202进行加热，当第一电加热机构103工作时，能够对第一循环回路内的工作介质进行加热，随后工作介质在第一循环泵102的带动下在第一循环回路内循环流动，从而能够通过第一换热器104对动力电池202进行加热。当然在第一电加热机构103不工作时，工作介质还能够通过第一换热器104对动力电池202进行降温。第二换热器108能够对燃料电池201进行加热，工作过程与上述第一换热器104相同，不再重复赘述。
该燃料电池冷启动装置还包括***控制器301和动力电机203，***控制器301分别与燃料电池201、动力电池202、第一循环泵102、第二循环泵106、第一电加热机构103、第二电加热机构107、动力电机203电连接。动力电池202和燃料电池201相连接，燃料电池201能够对动力电池202充电，并且动力电池202和燃料电池201均连接于动力电机203、第一循环泵102、第二循环泵106、第一电加热机构103、第二电加热机构107电连接。在本实施例中，上述电加热机构可以为水冷电阻、PTC加热器等，本实施例不做具体限制。
***控制器301能够控制动力电机203驱动车辆前进或后退，并且能够控制动力电机203回收制动能量。具体地，***控制器301采集到制动指令后，***控制器301控制动力电机203产生负扭矩，对车辆进行制动，同时驱动电机203对制动能量进行回收。利用动力电机203回收制动能量为成熟的现有技术，在此不再详细赘述。
通过设置第一循环回路和第二循环回路，能够在燃料电池201处于较低温度下时，通过燃料电池201或者燃料电池201和动力电池202共同为第二电加热机构107和动力电机203供电，使得燃料电池201的温度升高，从而通过动力电机203驱动车辆，实现燃料电池201的快速冷启动，提高车辆的性能。
上述燃料电池冷启动装置还包括温度检测器，温度检测器设置有两个，分别为第一温度检测器105和第二温度检测器109，其中，第一温度检测器105设置于第一循环回路上，用于检测第一循环回路内的工作介质的温度。具体地，沿工作介质的流动方向，第一温度检测器105设置于第一换热器104的上游，从而检测进入到第一换热器104内的工作介质的温度，避免动力电池202的温度过高或过低。第二温度检测器109设置于第二循环回路上，用于检测第二循环回路内的工作介质的温度。具体地，沿工作介质的流动方向，第二温度检测器109设置于第二换热器108的上游，从而检测进入到第二换热器108内的工作介质的温度，避免燃料电池201的温度过高或过低。
本实施例还提供了一种燃料电池冷启动装置的控制方法，该燃料电池冷启动装置的控制方法包括：
1、在T＜0，t＜T1时，当***控制器301采集到驱动指令后，计算动力电机203的需求驱动功率P。
(1)、若P＜P0-P2，***控制器301控制动力电机203以驱动功率P工作，***控制器301控制第二电加热机构107和第一电加热机构103分别以加热功率P2和(P0-P2-P)工作，同时控制第二循环泵106和所述第一循环泵102工作；
T为燃料电池201启动时的初始温度，T1为第一预设温度，t为动力电池202启动时的初始温度；p0为t＜T1时，所述动力电池202的许用充电功率，p0＝0；P2为第二电加热机构107的最大加热功率；P0为在T＜0时，燃料电池201的输出功率。燃料电池201在冷启动过程中，输出功率的数值是由燃料电池201本身决定的，不受***控制器301的控制，冷启动结束后，燃料电池201的输出功率才能响应***控制器301的需求。上述T和t可分别通过设置在燃料电池和动力电池上的温度传感器来获取，温度传感器连接于***控制器301。
具体地，在燃料电池201的启动时的初始温度小于零时，动力电池202启动时的初始温度小于T1时，此时由于温度过低，动力电池202的许用充电功率p0等于零，此时无法对动力电池202充电，因此在启动车辆时，燃料电池201功率就会相应地的降低，使得冷启动困难，甚至无法完成。在上述情况下，当***控制器301采集到驱动指令后，计算驱动电机203的需求驱动功率P，若P≤P0-P2，则说明此时燃料电池201的放电功率能够满足驱动电机203以驱动功率P驱动车辆，同时还能向第二电加热机构107和第一电加热机构103供电，此时***控制器301控制燃料电池201分别向驱动电机203、第二电加热机构107和第一电加热机构103供电。具体地，***控制器301控制驱动电机203以驱动功率P驱动车辆启动，***控制器301控制第二电加热机构107以加热功率P2工作，控制第一电加热机构103以加热功率(P0-P2-P)工作，同时控制第二循环泵106和第一循环泵102工作，此时能够通过第二电加热机构107对第二循环回路内的工作介质加热，从而对燃料电池201进行加热，使得燃料电池201快速升温，阻止燃料电池201内生成的水结冰，实现快速冷启动，同时通过第一电加热机构103对第一循环回路内的工作介质加热，从而对动力电池202进行加热，提高动力电池202的工作性能。
(2)、若P≥P0-P2，***控制器301控制动力电池202的放电功率为(P-P0+P2)，并控制所述动力电机203以驱动功率P工作，***控制器301控制第二电加热机构107以加热功率P2工作，同时控制第二循环泵106工作。
具体地，若P≥P0-P2，则说明此时仅凭燃料电池201无法同时满足动力电机203和第二电加热机构107，因此此时***控制器301控制动力电池202的放电功率为(P-P0+P2)，也就是说动力电池202和燃料电池201同时供电，***控制器301控制动力电机203以驱动功率P驱动车辆启动，同时控制第二电加热机构107以加热功率P2工作，并且控制第二循环泵106工作，此时能够通过第二电加热机构107对第二循环回路内的工作介质加热，从而对燃料电池201进行加热，使得燃料电池201快速升温，阻止燃料电池201内生成的水结冰，实现快速冷启动。此时则不再对第一电加热机构103供电，当然也可通过动力电池202向第一电加热机构103供电，但此时车辆已经能够启动，本着降低能量损耗的原则，因此在本实施例中不再对第一电加热机构103供电。
如果在冷启动过程中，***控制器301检测到第二循环泵106和/或第二电加热机构107出现故障，则***控制器301控制燃料电池201禁止启动。如果***控制器301检测到第一循环泵102和/或第一电加热机构103出现故障，此时，当***控制器301采集到驱动指令后，计算动力电机203的需求驱动功率P，若P＜P0-P2，则***控制器301控制燃料电池201禁止启动。若P≥P0-P2，则***控制器301控制动力电池202的放电功率为(P-P0+P2)，控制动力电机203以驱动功率P驱动车辆启动，控制第二电加热机构107以加热功率P2工作，同时控制第二循环泵106工作，以对燃料电池201进行加热。
2、在T＜0，T1＜t＜T2时，当***控制器301采集到驱动指令后，计算动力电机203的需求驱动功率P。
(1)、若P＜P0-P2-p1，***控制器301控制动力电机203以驱动功率P工作，控制动力电池202的充电功率为p1，控制第二电加热机构107和第一电加热机构103分别以P2和(P0-P2-p1-P)工作，并同时控制第二循环泵106和第一循环泵102工作。T2为第二预设温度，T2＞T1，p1为T1＜t＜T2时动力电池202的许用充电功率，0＜p1＜P0-P2。
具体地，在燃料电池201的启动时的初始温度小于零时，动力电池202启动时的初始温度大于T1且小于T2，此时动力电池202的许用充电功率为p1，也就是说在冷启动时，燃料电池201能够对动力电池202进行充电。在上述情况下，当***控制器301采集到驱动指令后，计算驱动电机203的需求驱动功率P，若P＜P0-P2-p1，则说明燃料电池201的放电功率能够满足驱动电机203以驱动功率P驱动车辆，同时还能够满足动力电池202的充电功率为p1以及第二电加热机构107以加热功率P2工作，而剩余的电量则可供给第一电加热103机构。因此，***控制器301控制动力电池202的充电功率为p1，控制驱动电机203以驱动功率P驱动车辆启动，控制第二电加热机构107和第一电加热机构103分别以P2和(P0-P2-p1-P)工作，同时控制第二循环泵106和第一循环泵102工作，对燃料电池201和动力电池202进行加热，实现快速冷启动。
(2)、若P0-P2-p1≤P≤P0-P2，***控制器301控制动力电机203以驱动功率P工作，控制动力电池202的充电功率为(P0-P2-P)，控制第二电加热机构107以加热功率P2工作，同时控制第二循环泵106工作。
具体地，若P0-P2-p1≤P≤P0-P2，则说明此时燃料电池201单独供电能够同时满足动力电机203以驱动功率P工作和第二电加热机构107以加热功率P2工作，那么此时动力电池202需要放电，因此***控制器301控制动力电池202的充电电功率为(P0-P2-P)，控制动力电机203以驱动功率P驱动车辆启动，控制第二电加热机构107以加热功率P2工作，同时控制第二循环泵106工作。通过第二电加热机构107和第二循环泵106对燃料电池201进行加热，避免燃料电池201生成的会结冰，实现燃料电池201的冷启动。
(3)、若P＞P0-P2，***控制器301控制动力电池202的放电功率为(P-P0+P2)，控制动力电机203以驱动功率P工作，控制第二电加热机构107以加热功率P2工作，同时控制第二循环泵106工作。
具体地，若P＞P0-P2，则说明此时燃料电池201单独供电无法同时满足动力电机203以驱动功率P工作和第二电加热机构107以加热功率P2工作，那么此时动力电池202需要放电，因此***控制器301控制动力电池202的放电功率为(P-P0+P2)，控制动力电机203以驱动功率P驱动车辆启动，控制第二电加热机构107以加热功率P2工作，同时控制第二循环泵106工作。通过第二电加热机构107和第二循环泵106对燃料电池201进行加热，避免燃料电池201生成的水结冰，实现燃料电池201的冷启动。此时则不再对第一电加热机构103供电，当然也可通过动力电池202向第一电加热机构103供电，但此时车辆已经能够启动，本着降低能量损耗的原则，因此在本实施例中不再对第一电加热机构103供电。
在上述冷启动过程中，如果***控制器301检测到第二循环泵106和/或第二电加热机构107出现故障，则***控制器301控制燃料电池201禁止启动。如果***控制器301检测到第一循环泵102和/或第一电加热机构103出现故障，此时，当***控制器301采集到驱动指令后，计算动力电机203的需求驱动功率P，若P＜P0-P2-p1，则***控制器301控制燃料电池201禁止启动。若P0-P2-p1≤P≤P0-P2，则***控制器301控制动力电机203以驱动功率P驱动车辆，控制动力电池202的充电功率为(P0-P2-P)，控制第二电加热机构107以加热功率P2工作，同时控制第二循环泵106工作。若P＞P0-P2，则***控制器301控制动力电池202的放电功率为(P-P0+P2)，控制动力电机203以驱动功率P驱动车辆，控制第二电加热机构107以加热功率P2工作，同时控制第二循环泵106工作。
3、在T＜0，t≥T2时，***控制器301采集到驱动指令后，计算动力电机203的需求驱动功率P。
(1)若P≤P0-P2，***控制器301控制动力电机203的驱动功率为P，控制动力电池202的充电功率为(P0-P2-P)，控制第二电加热机构107以加热功率P2工作，同时控制第二循环泵106工作。
具体地，在动力电池202的温度大于等于T2时，动力电池202的许用充电功率为p2，此时动力电池202的许用充电功率不受限制，p2＞P0-P2。因此若P≤P0-P2，则说明燃料电池201的放电功率能够满足驱动电机203以驱动功率P驱动车辆，同时还能向第二电加热机构107供电和对动力电池202进行充电，因此，***控制器301控制动力电机203的驱动功率为P，控制动力电池202的充电功率为(P0-P2-P)，控制第二电加热机构107以加热功率P2工作，同时控制第二循环泵106工作。通过第二电加热机构107和第二循环泵106对燃料电池201进行加热升温，实现快速冷启动。
(2)若P＞P0-P2，***控制器301控制动力电机203的驱动功率为P，控制动力电池202的放电功率为(P-P0+P2)，控制第二电加热机构107以加热功率P2工作，同时控制第二循环泵106工作。
具体地，若P＞P0-P2，则说明此时仅凭燃料电池201无法同时满足动力电机203和第二电加热机构107，因此此时***控制器301控制动力电池202的放电功率为(P-P0+P2)，也就是说动力电池202和燃料电池201同时供电，***控制器301控制动力电机203以驱动功率P驱动车辆启动，同时控制第二电加热机构107以加热功率P2工作，并且控制第二循环泵106工作。通过第二电加热机构107和第二循环泵106对燃料电池201进行加热，实现快速冷启动。
在上述冷启动过程中，如果***控制器301检测到第二循环水泵106出现故障，则***控制器301控制燃料电池201禁止启动。如果***控制器301检测到第二电加热机构107出现故障，此时，当***控制器301采集到驱动指令后，计算动力电机203的需求驱动功率P，则若P＜P0，则***控制器301控制动力电机203以驱动功率P驱动车辆，并且控制动力电池202的充电功率为(P0-P)。若P＞P0，则***控制器301控制动力电池202的放电功率为(P-P0)，控制控制动力电机203以驱动功率P驱动车辆。这是因为在t≥T2时，动力电池202的许用充电功率不受限制，因此可以使得燃料电池201以输出功率P0启动，多余的电量可对动力电池202进行充电。
如果***控制器301检测到第一循环水泵102和/或第一电加热机构103出现故障，则此时，当***控制器301采集到驱动指令后，计算动力电机203的需求驱动功率P，若P≤P0-P2，则***控制器301控制动力电机203以驱动功率P驱动车辆，并且控制动力电池202的充电功率为(P0-P-P2)，控制第二电加热机构107以加热功率P2工作，同时控制第二循环泵106工作。若P＞P0-P2，则***控制器301控制动力电机203以驱动功率P驱动车辆，控制动力电池202的放电功率为(P-P0+P2)，控制第二电加热机构107以加热功率P2工作，同时控制第二循环泵106工作。
4、在t＜T1时，在车辆行驶过程中，当***控制器301采集到制动指令后，控制动力电机203对车辆制动并回收制动能量，并采集动力电机203的输出电功率PZ，若PZ＜P1+P2-P0，则***控制器301控制动力电池202的充电功率为p0，***控制器301控制第二电加热机构107和第一电加热机构103分别以加热功率P2和(P0+PZ-P2)工作，并控制第二循环泵106和第一循环泵102工作；
若PZ≥P1+P2-P0，***控制器301控制动力电池202的充电功率为p0，***控制器301控制第二电加热机构107和第一电加热机构103分别以加热功率P2和P1工作，并控制第二循环泵106和第一循环泵102工作，p0为t＜T1时动力电池202的许用充电功率，此时p0＝0。
具体地，若PZ＜P1+P2-P0，由于燃料电池201无法充电，而此时动力电池202的许用充电功率为零，在这种情况下，***控制器301控制动力电池202的充电功率为p0，以延长动力电池202的使用寿命，同时***控制器301控制动力电机203回收的制动能量和燃料电池201共同向第二电加热机构107和第一电加热机构103供电，也就是第二电加热机构107和第一电加热机构103分别以加热功率P2和(P0+PZ-P2)工作，同时***控制器301控制第二循环泵106和第一循环泵102工作，以对动力电池202和燃料电池201进行加热，实现对制动能量的回收利用。若PZ≥P1+P2-P0，则说明此时回收的制动能量及燃料电池201能够满足第二电加热机构107和第一电加热机构103均以各自的最大加热功率工作，同时***控制器301控制第二循环泵106和第一循环泵102工作，实现对动力电池202和燃料电池201进行加热。
5、在T＜0，T1＜t＜T2时，在车辆行驶过程中，当***控制器301采集到制动指令后，控制动力电机203对车辆制动并回收制动能量，并采集动力电机203的输出电功率PZ，若PZ＜(P1+P2+p1-P0)，***控制器301控制动力电池202的充电功率为p1，控制第二电加热机构107和所述第一电加热机构103分别以加热功率P2和(P0+P-P2-p1)工作，同时控制第一循环泵102和第二循环泵106工作；
若PZ≥(P1+P2+p1-P0)，***控制器301控制动力电池202的充电功率为p1，控制第二电加热机构107和第一电加热机构103分别以加热功率P2和P1工作，同时控制第一循环泵102和第二循环泵106工作，p1为T1＜t＜T2时动力电池202的许用充电功率，0＜p1＜P0-P2，P1为第一电加热机构的最大加热机构。
具体地，在T1＜t＜T2时，动力电池202的充电功率为p1，则制动能量首先对动力电池202进行充电，随后依次供给第二电加热机构107和第一电加热机构103。若PZ＜(P1+P2+p1-P0)，则动力电机203回收的制动能量和燃料电池201不能同时满足动力电池202的充电功率为p1，第二电加热结构107以加热功率P2工作以及第一电加热机构103以加热功率P1工作，因此，***控制器301控制动力电池202的充电功率为p1，控制第二电加热机构107以加热功率P2工作，控制第一电加热机构103以加热功率(P0+PZ-P2-p1)工作。
若PZ≥(P1+P2+p1-P0)，则制动能量和燃料电池201能同时满足动力电池202的充电功率为p1，第二电加热结构107以加热功率P2工作以及第一电加热机构103以加热功率P1工作，因此，***控制器301控制动力电池202的充电功率为p1，控制第二电加热机构107以加热功率P2工作，控制第一电加热机构103以加热功率片P1工作。
6、在T＜0，t≥T2时，在车辆行驶过程中，当***控制器301采集到制动指令后，控制动力电机203对车辆进行制动并回收制动能量，并采集动力电机203输出电功率PZ，***控制器301控制动力电池202的充电功率为(P0-P2+PZ)，控制第二电加热机构107以加热功率P2工作，同时控制第二循环泵106工作。
具体地，在t≥T2时，动力电池202的充电功率不受限制，无需再为动力电池202加热，因此制动能量回收***回收的制动能量和燃料电池201共同工作，使得第二电加热机构107以加热功率P2工作，剩余的电量则全部用于以充电功率为(P0-P2+PZ)对动力电池202充电。
综上，本实施例提供的燃料电池冷启动装置及其控制方法，通过设置第一循环回路和第二循环回路，相比于现有技术，能够在燃料电池201的温度低于零度的情况下，实现燃料电池201以较大输出功率工作，并且对燃料电池201进行加热升温，避免燃料电池201内生成的水结冰，进而实现快速冷启动，提高整车性能。
以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实施方式限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种燃料电池冷启动装置的控制方法，其特征在于，燃料电池冷启动装置包括通过管路依次连接形成第一循环回路的第一循环泵(102)、第一换热器(104)和第一电加热机构(103)以及通过管路依次连接形成第二循环回路的第二循环泵(106)、第二换热器(108)和第二电加热机构(107)，所述第一换热器(104)能够对动力电池(202)进行加热，所述第二换热器(108)能够对燃料电池(201)加热，所述燃料电池(201)冷启动装置还包括***控制器(301)及动力电机(203)，所述***控制器(301)分别与所述燃料电池(201)、所述动力电池(202)、所述第一循环泵(102)、所述第一电加热机构(103)、所述第二循环泵(106)、所述第二电加热机构(107)以及所述动力电机(203)电连接；
燃料电池冷启动装置的控制方法包括：在T＜0，t＜T1时，当所述***控制器(301)采集到驱动指令后，计算所述动力电机(203)的需求驱动功率P，若P＜P0-P2，所述***控制器(301)控制所述动力电机(203)以驱动功率P工作，控制所述动力电池(202)的充电功率为p0，控制所述第二电加热机构(107)和所述第一电加热机构(103)分别以加热功率P2和(P0-P2-P)工作，同时控制所述第二循环泵(106)和所述第一循环泵(102)工作；若P≥P0-P2，所述***控制器(301)控制所述动力电池(202)的放电功率为(P-P0+P2)，控制所述动力电机(203)以驱动功率P工作，控制所述第二电加热机构(107)以加热功率P2工作，同时控制所述第二循环泵(106)工作；
T为所述燃料电池(201)启动时的初始温度；T1为第一预设温度；t为所述动力电池(202)启动时的初始温度；P0为T＜0时，所述燃料电池(201)的输出功率；p0为t＜T1时，所述动力电池(202)的许用充电功率，p0＝0；P2为所述第二电加热机构(107)的最大加热功率；
在冷启动过程中，如果***控制器(301)检测到第二循环泵(106)和/或第二电加热机构(107)出现故障，则***控制器(301)控制燃料电池(201)禁止启动；如果***控制器(301)检测到第一循环泵(102)和/或第一电加热机构(103)出现故障，当***控制器(301)采集到驱动指令后，计算动力电机(203)的需求驱动功率P，若P＜P0-P2，则***控制器(301)控制燃料电池(201)禁止启动； 若P≥P0-P2，则***控制器(301)控制动力电池(202)的放电功率为(P-P0+P2)，控制动力电机(203)以驱动功率P驱动车辆启动，控制第二电加热机构(107)以加热功率P2工作，同时控制第二循环泵(106)工作。
2.根据权利要求1所述的燃料电池冷启动装置的控制方法，其特征在于，还包括：在T＜0，T1＜t＜T2时，当所述***控制器(301)采集到驱动指令后，计算所述动力电机(203)的需求驱动功率P，若P＜P0-P2-p1，所述***控制器(301)控制所述动力电机(203)以驱动功率P工作，控制所述动力电池(202)的充电功率为p1，控制所述第二电加热机构(107)和所述第一电加热机构(103)分别以P2和(P0-P2-p1-P)工作，并同时控制所述第二循环泵(106)和所述第一循环泵(102)工作；
T2为第二预设温度，T2＞T1，p1为T1＜t＜T2时动力电池(202)的许用充电功率，0＜p1＜P0-P2。
3.根据权利要求2所述的燃料电池冷启动装置的控制方法，其特征在于，若P0-P2-p1≤P≤P0-P2，所述***控制器(301)控制所述动力电机(203)以驱动功率P工作，控制所述动力电池(202)的充电功率为(P0-P2-P)，控制所述第二电加热机构(107)以加热功率P2工作，同时控制所述第二循环泵(106)工作。
4.根据权利要求3所述的燃料电池冷启动装置的控制方法，其特征在于，若P＞P0-P2，所述***控制器(301)控制所述动力电池(202)的放电功率为(P-P0+P2)，控制所述动力电机(203)以驱动功率P工作，控制所述第二电加热机构(107)以加热功率P2工作，同时控制所述第二循环泵(106)工作。
5.根据权利要求2所述的燃料电池(201)冷启动装置的控制方法，其特征在于，还包括：在T＜0，t≥T2时，所述***控制器(301)采集到驱动指令后，计算所述动力电机(203)的需求驱动功率P，若P≤P0-P2，所述***控制器(301)控制所述动力电池(202)的充电功率为(P0-P2-P)，控制所述第二电加热机构(107)以加热功率P2工作，同时控制所述第二循环泵(106)工作；
若P＞P0-P2，所述***控制器(301)控制所述动力电池(202)的放电功率为(P-P0+P2)，控制所述第二电加热机构(107)以加热功率P2工作，同时控制所述第二循环泵(106)工作。
6.根据权利要求1-5任一项所述的燃料电池冷启动装置的控制方法，其特征在于，所述燃料电池冷启动装置的控制方法还包括：在t＜T1时，在车辆行驶过程中，当所述***控制器(301)采集到制动指令后，控制动力电机(203)对车辆制动并回收制动能量，并采集所述动力电机(203)的输出电功率PZ，若PZ＜P1+P2-P0，则所述***控制器(301)控制所述动力电池(202)的充电功率为p0，所述***控制器(301)控制所述第二电加热机构(107)和所述第一电加热机构(103)分别以加热功率P2和(P0+PZ-P2)工作，并控制所述第二循环泵(106)和所述第一循环泵(102)工作；
若PZ≥P1+P2-P0，则所述***控制器(301)控制所述动力电池(202)的充电功率为p0，所述***控制器(301)控制所述第二电加热机构(107)和所述第一电加热机构(103)分别以加热功率P2和所P1工作，并控制所述第二循环泵(106)和所述第一循环泵(102)工作。
7.根据权利要求6所述的燃料电池冷启动装置的控制方法，其特征在于，所述燃料电池冷启动装置的控制方法还包括：在T＜0，T1＜t＜T2时，在车辆行驶过程中，当所述***控制器(301)采集到制动指令后，控制所述动力电机(203)对车辆制动并回收制动能量，并采集所述动力电机(203)的输出电功率PZ，若PZ＜(P1+P2+p1-P0)，所述***控制器(301)控制所述动力电池(202)的充电功率为p1，控制第二电加热机构(107)和所述第一电加热机构(103)分别以加热功率P2和(P0+PZ-P2-p1)工作，同时控制所述第一循环泵(102)和所述第二循环泵(106)工作；
若PZ≥(P1+P2+p1-P0)，所述***控制器(301)控制所述动力电池(202)的充电功率为p1，控制第二电加热机构(107)和所述第一电加热机构(103)分别以加热功率P2和P1工作，同时控制所述第一循环泵(102)和所述第二循环泵(106)工作；
p1为T1＜t＜T2时动力电池(202)的许用充电功率，0＜p1＜P0-P2，P1为第一电加热机构的最大加热功率。
8.根据权利要求7所述的燃料电池冷启动装置的控制方法，其特征在于，所述燃料电池冷启动装置的控制方法还包括：在T＜0，t≥T2时，在车辆行驶过程中，当所述***控制器(301)采集到制动指令后，控制所述动力电机(203)对车辆制动并回收制动能量，并采集所述动力电机(203)的输出电功率PZ，所述***控制器(301)控制所述动力电池(202)的充电功率为(P0-P2+PZ)，控制所述第二电加热机构(107)以加热功率P2工作，同时控制所述第二循环泵(106)工作。
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