CN114024004A - 燃料电池冷启动装置及其控制方法、车辆 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种燃料电池冷启动装置及其控制方法、车辆，燃料电池冷启动装置控制方法包括：获取电池堆所处的环境温度；判断环境温度是否小于预设温度，生成第一判断结果；在第一判断结果为是时，控制第一三通阀、第二三通阀和空气压缩机对氢气进行加热；在第一判断结果为否时，控制第一三通阀和第二三通阀使空气和氢气进入电池堆。本申请能够根据燃料电池的状态实时控制高温气体的流量进而控制加热氢气的温度，提升燃料电池的冷启动性能。

Description

燃料电池冷启动装置及其控制方法、车辆
技术领域
本申请涉及电动汽车技术领域，具体而言，涉及一种燃料电池冷启动装置及其控制方法、车辆。
背景技术
现有技术中为了提升燃料电池冷启动的性能，采取的对氢气进行加热的方式有电加热和燃料电池冷却液加热两种主要方法。电加热方式需增加额外的供电设备和加热装置，增加了***的复杂度和成本。采用燃料电池出口处冷却液进行加热的方式，在燃料电池低温冷启动初始阶段并无法实施，此时燃料电池***温度较低，无法产生多余的热量对氢气进行加热。
现有利用空气对氢气进行加热的装置，无法对氢气加热温度进行有效的控制。空压机出来的高温空气全部经过氢-空热交换器，无法实现对加热氢气温度的精确调节和控制，且空气需全部经过氢-空热交换器才能进入电堆，这样增大了空气的阻力，在一定程度上降低了进堆前空气的压力，间接导致了空压机能耗的增大。并且无法对需加热的氢气的量进行控制。
发明内容
本申请旨在解决上述技术问题的至少之一。
为此，本申请的第一目的在于提供一种燃料电池冷启动装置控制方法。
本申请的第二目的在于提供一种燃料电池冷启动装置。
本申请的第三目的在于提供一种车辆。
为实现本申请的第一目的，本申请第一方面的技术方案提供了一种燃料电池冷启动装置控制方法，用于车辆，车辆包括车体和第一三通阀、第二三通阀、空气压缩机、换热器、电池堆和旁通阀，第一三通阀、第二三通阀、空气压缩机、换热器、电池堆和旁通阀设置于车体上，燃料电池冷启动装置控制方法包括：获取电池堆所处的环境温度；判断环境温度是否小于预设温度，生成第一判断结果；在第一判断结果为是时，控制第一三通阀、第二三通阀、换热器和空气压缩机对氢气进行加热；在第一判断结果为否时，控制第一三通阀和第二三通阀使空气和氢气进入电池堆。
根据本申请提供的燃料电池冷启动装置控制方法，通过燃料电池***或整车所配置的温度传感器得出当前电池堆所处的环境温度，根据该温度判断当前是否处于低温冷启动状态。若处于低温冷启动状态，则控制第一三通阀、第二三通阀、换热器和空气压缩机对氢气进行加热，从而提升燃料电池低温冷启动的性能。若处于常温状态，则控制第一三通阀和第二三通阀的开度，使空气和氢气直接进入电池堆，不对氢气进行加热。通过控制第一三通阀和第二三通阀的开度，可以控制高温气体的流量，进而控制加热氢气的温度。还可根据电池堆的状态实时控制需进行加热的氢气的量，从而更加精确的控制进入电池堆的氢气的温度，进一步提升燃料电池的低温冷启动性能。
另外，本申请提供的技术方案还可以具有如下附加技术特征：
上述技术方案中，在第一判断结果为是时，控制第一三通阀、第二三通阀和空气压缩机对氢气进行加热，具体包括：获取进入电池堆的氢气温度，控制空气压缩机运行在额定转速状态；根据氢气温度与预设温度的偏差，调节第一三通阀、第二三通阀的开度，使氢气温度达到预设温度；判断氢气温度是否达到预设温度，生成第二判断结果；在第二判断结果为是时，调节空气压缩机、第一三通阀、第二三通阀和旁通阀，回到正常的工作状态。
在该技术方案中，在低温冷启动状态，根据***检测到的进入电池堆的氢气温度，调节第一三通阀的开度，使其合理分配流向换热器的高温空气流量，从而保证有足够的空气加热氢气使其达到需求的温度，并在这个过程中根据进入电池堆的氢气的温度以及燃料电池堆的温度，实时控制调节第一三通阀的状态。还通过控制第二三通阀，使一部分氢气流经换热器进行加热。通过监测燃料电池堆温度以及环境温度的变化，实时控制第二三通阀流经换热器的氢气流量，即控制需加热的氢气的流量，从而使进入燃料电池堆的氢气达到最佳温度。在燃料电池启动过程中，为了保证空气压缩机出口的空气温度，控制空气压缩机在燃料电池启动阶段就工作在其额定转速下。
上述技术方案中，在第一判断结果为是时，控制第一三通阀、第二三通阀和空气压缩机对氢气进行加热，具体包括：获取进入电池堆的氢气温度，控制空气压缩机运行在额定转速状态；获取电池堆所需空气流量；根据电池堆所需空气流量与第一空气流量计和第二空气流量计的偏差，调节旁通阀的开度，使第二空气流量计流量等于电池堆所需空气流量。
在该技术方案中，由于在启动阶段，燃料电池所需的空气流量不是很大，空气压缩机在额定转速下的排气量大于燃料电池所需的空气量，燃料电池控制器实时计算当前状态所需的空气流量，并通过监测第一空气流量计和第二空气流量计的数值控制旁通阀，将多余的空气排出***外。
为实现本申请的第二目的，本申请第二方面的技术方案提供了一种燃料电池冷启动装置，包括：电池堆；储氢瓶；空气压缩机；换热器，换热器的一端设有氢气进气口和空气进气口，换热器的另一端设有氢气出气口和空气出气口，氢气进气口与储氢瓶连接，氢气出气口、空气出气口均与电池堆连通；第一三通阀，第一三通阀包括第一进气通路、第一出气通路和第二出气通路，空气压缩机与第一进气通路连通，第一出气通路与电池堆连通，第二出气通路连通与空气进气口连通。
根据本申请提供的燃料电池冷启动装置，包括电池堆、储氢瓶、空气压缩机、换热器和第一三通阀。空气压缩机用于将大气空气进行增压处理，加压后的空气温度较高，一般情况下可以达到120℃-180℃。换热器的一端设置有氢气进气口和空气进气口，储氢瓶输出氢气通过氢气进气口进入换热器，空气压缩机压缩后的高温空气通过空气进气口进入换热器，在换热器内进行热量交换，对氢气进行加热。空气压缩机与换热器之间设有第一三通阀，第一三通阀将增压后的空气进行分流。第一三通阀包括第一进气通路、第一出气通路和第二出气通路，第一进气通路与空气压缩机连通，第一出气通路与电池堆连通，第二出气通路与换热器的空气进气口连通，从而使空气压缩机压缩后的高温空气能够部分进入换热器对氢气进行加热。通过调节第一三通阀的开度，控制流经换热器的高温空气流量，进而控制需加热氢气的温度，提升燃料电池低温冷启动的性能。并且空气经过第一三通阀分流，减小了空气的阻力，从而提升了进堆前空气的压力，降低了空气压缩机的能耗。
上述技术方案中，燃料电池冷启动装置还包括第二三通阀，第二三通阀包括第二进气通路、第三出气通路和第四出气通路，第二进气通路与储氢瓶连通，第三出气通路与氢气进气口连通，第四出气通路与电池堆连通。
在该技术方案中，燃料电池冷启动装置还包括第二三通阀。第二三通阀用于使储氢瓶和换热器、电池堆连通。第二三通阀包括第二进气通路、第三出气通路和第四出气通路，第二进气通路与储氢瓶连通，第三出气通路与氢气进气口连通，第四出气通路与电池堆连通。通过调节第二三通阀的开度，能够对需加热的氢气的量进行控制，进而提升燃料电池的低温冷启动性能。
上述技术方案中，燃料电池冷启动装置还包括：减压阀，减压阀设于储氢瓶和第二进气通路，减压阀用于对储氢瓶输出的氢气减压。
在该技术方案中，燃料电池冷启动装置还包括减压阀，减压阀安装在第二进气通路上，储氢罐中放出的氢气在减压阀中进行减压。安装减压阀后，储氢罐内可以储存高压氢气，增加氢气的储存能力。
上述技术方案中，燃料电池冷启动装置还包括：第一空气支路，第一空气支路的第一端与第一出气通路相连；第二空气支路，换热器设在第二空气支路上，第二空气支路的第一端与第二出气通路相连；空气主路，空气主路的一端分别与第一空气支路的第二端、第二空气支路的第二端连通，空气主路的另一端与电池堆连通。
在该技术方案中，燃料电池冷启动装置还包括第一空气支路、第二空气支路和空气主路。第一空气支路的第一端与第一出气通路相连，第二空气支路的第一端与第二出气通路相连，空气主路的一端分别与第一空气支路的第二端、第二空气支路的第二端连通，空气主路的另一端与电池堆连通，其中，换热器设在第二空气支路上，经过第一三通阀的空气一部分进入第一空气支路，再进入空气主路，另一部分进入第二空气支路，经过换热器对氢气加热，排出换热器进入空气主路，从而实现对流经换热器的空气流量的控制。
上述技术方案中，燃料电池冷启动装置还包括：旁通阀，设于空气主路上，旁通阀用于排出空气。
在该技术方案中，旁通阀设于空气主路上，用于排出空气。由于在启动阶段，燃料电池所需的空气流量不是很大，空气压缩机在额定转速下的排气量大于燃料电池所需的空气量，旁通阀能够将多余的空气排出，从而控制燃料电池所需的空气流量进入电池堆。
上述技术方案中，燃料电池冷启动装置还包括：第一空气流量计，设于空气压缩机的进气端；第二空气流量计，设于空气主路上，并位于旁通阀与电池堆之间。
在该技术方案中，第一空气流量计安装在空气压缩器的进气端，用于检测进入空气压缩器的空气流量。第二空气流量计安装在空气主路上，位于旁通阀和电池堆之间，用于检测进入电池堆中的空气流量。具体地，根据第一流量计、第二流量计检测到的空气流量和电池堆当前状态所需的空气流量，控制旁通阀将多余的空气排出，从而使第二流量计检测到的空气流量达到电池堆所需的空气流量。
上述技术方案中，燃料电池冷启动装置还包括：中冷器，设于空气主路上，并位于第二空气流量计与电池堆之间；增湿器，设于空气主路上，并位于中冷器与电池堆之间。
在该技术方案中，燃料电池冷启动装置还包括中冷器和增湿器。中冷器和增湿器依次设于空气主路上，并位于第二流量计与电池堆之间。中冷器用于对进入电池堆前的空气进行降温，增湿器对进入电池堆的空气进行增湿处理。
上述技术方案中，燃料电池冷启动装置还包括：第一氢气支路，第一氢气支路的第一端与第四出气通路相连；第二氢气支路，换热器设在第二氢气支路上，第二氢气支路的第一端与第三出气通路相连；氢气主路，氢气主路的一端与第一氢气支路的第二端、第二氢气支路的第二端连通，氢气主路的另一端与电池堆连通。
在该技术方案中，燃料电池冷启动装置还包括第一氢气支路、第二氢气支路和氢气主路。第一氢气支路的第一端与第四出气通路相连，第二氢气支路的第一端与第三出气通路相连，氢气主路的一端分别与第一氢气支路的第二端、第二氢气支路的第二端连通，氢气主路的另一端与电池堆连通。其中，换热器设在第二氢气支路上，经过第二三通阀的氢气一部分进入第一氢气支路，再进入氢气主路，另一部分进入第二氢气支路，经过换热器对氢气加热，排出换热器进入氢气主路，从而实现对流经换热器的氢气流量的控制。
上述技术方案中，燃料电池冷启动装置还包括：温度传感器，温度传感器设于氢气主路上。
在该技术方案中，燃料电池冷启动装置还包括温度传感器，温度传感器设于氢气主路上，用于检测进入电池堆的氢气的温度，从而根据该温度，控制第一三通阀和第二三通阀，使进入燃料电池堆的氢气达到最佳温度。
为实现本申请的第三目的，本申请第三方面的技术方案提供了一种车辆，包括：车体；如本申请上述第二方面中任一技术方案的燃料电池冷启动装置，设于车体内。
根据本申请提供的车辆，包括车体和如本申请上述第二方面中任一技术方案的燃料电池冷启动装置，因而其具有如本申请上述第二方面中任一技术方案的燃料电池冷启动装置的全部有益效果，在此不再赘述。
本申请的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本申请一个实施例的燃料电池冷启动装置控制方法的工作流程示意图；
图2为本申请一个实施例的燃料电池冷启动装置控制方法的工作流程示意图；
图3为本申请一个实施例的燃料电池冷启动装置控制方法的工作流程示意图；
图4为本申请一个实施例的燃料电池冷启动装置的工作原理示意图；
图5为本申请一个实施例的车辆的结构示意框图。
其中，图1至图5中附图标记与部件名称之间的对应关系为：
10：燃料电池冷启动装置；100：电池堆；110：空气压缩机；120：换热器；130：第一三通阀；140：第二三通阀；150：减压阀；160：旁通阀；170：第一空气流量计；180：第二空气流量计；190：中冷器；200：增湿器；210：温度传感器；220：储氢瓶；30：车辆；300：车体。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本申请进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是，本申请还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本申请的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
下面参照图1至图5描述根据本申请提供的一些实施例。
如图1所示，本实施例提供了一种燃料电池冷启动装置控制方法，用于车辆，车辆包括车体和第一三通阀、第二三通阀、空气压缩机、换热器、电池堆和旁通阀，第一三通阀、第二三通阀、空气压缩机、换热器、电池堆和旁通阀设置于车体上，燃料电池冷启动装置控制方法包括以下步骤：
步骤S102：获取电池堆所处的环境温度；
步骤S104：判断环境温度是否小于预设温度，生成第一判断结果；
步骤S106：在第一判断结果为是时，控制第一三通阀、第二三通阀、换热器和空气压缩机对氢气进行加热；
步骤S108：在第一判断结果为否时，控制第一三通阀和第二三通阀使空气和氢气进入电池堆。
根据本实施例提供的燃料电池冷启动装置控制方法，通过燃料电池***或整车所配置的温度传感器得出当前电池堆所处的环境温度，根据该温度判断当前是否处于低温冷启动状态。若处于低温冷启动状态，则控制第一三通阀、第二三通阀、换热器和空气压缩机对氢气进行加热，从而提升燃料电池低温冷启动的性能。若处于常温状态，则控制第一三通阀和第二三通阀的开度，使空气和氢气直接进入电池堆，不对氢气进行加热。通过控制第一三通阀和第二三通阀的开度，可以控制高温气体的流量，进而控制加热氢气的温度。还可根据电池堆的状态实时控制需进行加热的氢气的量，从而更加精确的控制进入电池堆的氢气的温度，进一步提升燃料电池的低温冷启动性能。
如图2所示，根据本申请提出的一个实施例的燃料电池冷启动装置控制方法，在第一判断结果为是时，控制第一三通阀、第二三通阀和空气压缩机对氢气进行加热，具体包括以下流程步骤：
步骤S202：获取进入电池堆的氢气温度，控制空气压缩机运行在额定转速状态；
步骤S204：根据氢气温度与预设温度的偏差，调节第一三通阀、第二三通阀的开度，使氢气温度达到预设温度；
步骤S206：判断氢气温度是否达到预设温度，生成第二判断结果；
步骤S208：在第二判断结果为是时，调节空气压缩机、第一三通阀、第二三通阀和旁通阀，回到正常的工作状态。
在该实施例中，在低温冷启动状态，根据***检测到的进入电池堆的氢气温度，调节第一三通阀的开度，使其合理分配流向换热器的高温空气流量，从而保证有足够的空气加热氢气使其达到需求的温度，并在这个过程中根据进入电池堆的氢气的温度以及燃料电池堆的温度，实时控制调节第一三通阀的状态。还通过控制第二三通阀，使一部分氢气流经换热器进行加热。通过监测燃料电池堆温度以及环境温度的变化，实时控制第二三通阀流经换热器的氢气流量，即控制需加热的氢气的流量，从而使进入燃料电池堆的氢气达到最佳温度。在燃料电池启动过程中，为了保证空气压缩机出口的空气温度，控制空气压缩机在燃料电池启动阶段就工作在其额定转速下。
如图3所示，根据本申请提出的一个实施例的燃料电池冷启动装置控制方法，在第一判断结果为是时，控制第一三通阀、第二三通阀和空气压缩机对氢气进行加热，具体包括以下流程步骤：
步骤S302：获取进入电池堆的氢气温度，控制空气压缩机运行在额定转速状态；
步骤S304：获取电池堆所需空气流量；
步骤S306：根据电池堆所需空气流量与第一空气流量计和第二空气流量计的偏差，调节旁通阀的开度，使第二空气流量计流量等于电池堆所需空气流量。
在该实施例中，由于在启动阶段，燃料电池所需的空气流量不是很大，空气压缩机在额定转速下的排气量大于燃料电池所需的空气量，燃料电池控制器实时计算当前状态所需的空气流量，并通过监测第一空气流量计和第二空气流量计的数值控制旁通阀，将多余的空气排出***外。
如图4所示，本发明的另一个实施例提供了一种燃料电池冷启动装置10，包括电池堆100、储氢瓶220、空气压缩机110、换热器120和第一三通阀130。具体地，换热器120的一端设有氢气进气口和空气进气口，换热器120的另一端设有氢气出气口和空气出气口，氢气进气口与储氢瓶220连接，氢气出气口、空气出气口均与电池堆100连通。第一三通阀130包括第一进气通路、第一出气通路和第二出气通路，空气压缩机110与第一进气通路连通，第一出气通路与电池堆100连通，第二出气通路连通与空气进气口连通。
根据本实施例提供的燃料电池冷启动装置10，包括电池堆100、储氢瓶220、空气压缩机110、换热器120和第一三通阀130。空气压缩机110用于将大气空气进行增压处理，加压后的空气温度较高，一般情况下可以达到120℃-180℃。换热器120的一端设置有氢气进气口和空气进气口，储氢瓶220输出氢气通过氢气进气口进入换热器120，空气压缩机110压缩后的高温空气通过空气进气口进入换热器120，在换热器120内进行热量交换，对氢气进行加热。空气压缩机110与换热器120之间设有第一三通阀130，第一三通阀130将增压后的空气进行分流。第一三通阀130包括第一进气通路、第一出气通路和第二出气通路，第一进气通路与空气压缩机110连通，第一出气通路与电池堆100连通，第二出气通路与换热器120的空气进气口连通，从而使空气压缩机110压缩后的高温空气能够部分进入换热器120对氢气进行加热。通过调节第一三通阀130的开度，控制流经换热器120的高温空气流量，进而控制需加热氢气的温度，提升燃料电池低温冷启动的性能。并且空气经过第一三通阀130分流，减小了空气的阻力，从而提升了进堆前空气的压力，降低了空气压缩机110的能耗。
其中，换热器120为氢气-空气热交换器。
进一步地，燃料电池冷启动装置10还包括第二三通阀140。第二三通阀140用于使储氢瓶220和换热器120、电池堆100连通。第二三通阀140包括第二进气通路、第三出气通路和第四出气通路，第二进气通路与储氢瓶220连通，第三出气通路与氢气进气口连通，第四出气通路与电池堆100连通。通过调节第二三通阀140的开度，能够对需加热的氢气的量进行控制，进而提升燃料电池的低温冷启动性能。
在上述实施例中，燃料电池冷启动装置10还包括减压阀150，减压阀150安装在第二进气通路上，储氢罐中放出的氢气在减压阀150中进行减压。安装减压阀150后，储氢罐内可以储存高压氢气，增加氢气的储存能力。
在上述实施例中，燃料电池冷启动装置10还包括第一空气支路、第二空气支路和空气主路。第一空气支路的第一端与第一出气通路相连，第二空气支路的第一端与第二出气通路相连，空气主路的一端分别与第一空气支路的第二端、第二空气支路的第二端连通，空气主路的另一端与电池堆100连通，其中，换热器120设在第二空气支路上，经过第一三通阀130的空气一部分进入第一空气支路，再进入空气主路，另一部分进入第二空气支路，经过换热器120对氢气加热，排出换热器120进入空气主路，从而实现对流经换热器120的空气流量的控制。
在一些实施例中，燃料电池冷启动装置10还包括旁通阀160。旁通阀160设于空气主路上，用于排出空气。由于在启动阶段，燃料电池所需的空气流量不是很大，空气压缩机110在额定转速下的排气量大于燃料电池所需的空气量，旁通阀160能够将多余的空气排出，从而控制燃料电池所需的空气流量进入电池堆100。
在上述实施例中，燃料电池冷启动装置10还包括第一空气流量计170和第二空气流量计180。第一空气流量计170安装在空气压缩器的进气端，用于检测进入空气压缩器的空气流量。第二空气流量计180安装在空气主路上，位于旁通阀160和电池堆100之间，用于检测进入电池堆100中的空气流量。具体地，根据第一流量计、第二流量计检测到的空气流量和电池堆100当前状态所需的空气流量，控制旁通阀160将多余的空气排出，从而使第二流量计检测到的空气流量达到电池堆100所需的空气流量。
进一步地，燃料电池冷启动装置10还包括中冷器190和增湿器200。中冷器190和增湿器200依次设于空气主路上，并位于第二流量计与电池堆100之间。中冷器190用于对进入电池堆100前的空气进行降温，增湿器200对进入电池堆100的空气进行增湿处理。
在上述实施例中，燃料电池冷启动装置10还包括第一氢气支路、第二氢气支路和氢气主路。第一氢气支路的第一端与第四出气通路相连，第二氢气支路的第一端与第三出气通路相连，氢气主路的一端分别与第一氢气支路的第二端、第二氢气支路的第二端连通，氢气主路的另一端与电池堆100连通。其中，换热器120设在第二氢气支路上，经过第二三通阀140的氢气一部分进入第一氢气支路，再进入氢气主路，另一部分进入第二氢气支路，经过换热器120对氢气加热，排出换热器120进入氢气主路，从而实现对流经换热器120的氢气流量的控制。
进一步地，燃料电池冷启动装置10还包括温度传感器210，温度传感器210设于氢气主路上，用于检测进入电池堆100的氢气的温度，从而根据该温度，控制第一三通阀130和第二三通阀140，使进入燃料电池堆100的氢气达到最佳温度。
如图5所示，本申请的又一个实施例提供了一种车辆30，包括车体300和如上述任一实施例的燃料电池冷启动装置10，燃料电池冷启动装置10设于车体300内。
根据本申请的实施例提供的车辆30，包括车体300和如上述任一实施例的燃料电池冷启动装置10，因而其具有如上述任一实施例的燃料电池冷启动装置10的全部有益效果，在此不再赘述。
如图4所示，根据本申请一个具体实施例的燃料电池冷启动装置10，包括氢气路和空气路以及和两个气路都有连接的氢气-空气热交换器。氢气路包括储氢瓶220、减压阀150、第二三通阀140、氢气-空气热交换器、温度传感器210，第二三通阀140分别连接经减压后的氢气、无需加热的氢气以及需进入氢气-空气热交换器进行加热的氢气。储氢瓶220提供所需的氢气源，减压阀150将储氢瓶220存储的高压氢气减压至适合的压力。空气路主要包括第一空气流量计170、第二空气流量计180、空气压缩机110、第一三通阀130、旁通阀160、中冷器190、氢气-空气热交换器、增湿器200等。第一空气流量计170、第二空气流量计180用于监测采集进入空气压缩机110以及电池堆100的空气流量。空气压缩机110将大气空气进行增压处理，加压后的空气温度较高，一般情况下可以达到120℃-180℃。第一三通阀130将增压后的空气进行分流，分别流经氢气-空气热交换器和电堆进气路。旁通阀160将多余的空气直接排出***内外部，中冷器190对进堆前的空气进行降温，增湿器200对进入电池堆的空气进行增湿处理。氢气-空气热交换器左端连接高温空气和低温氢气，右端为从氢气-空气热交换器流出的氢气和空气。
通过燃料电池***或整车所配置的温度传感器210得出当前燃料电池所处的环境温度，根据该温度判断当前是否处于低温冷启动状态。若处于低温冷启动状态，则控制第一三通阀130、第二三通阀140以及空气压缩机110对氢气进行加热。若处于常温状态，则通过控制第一三通阀130和第二三通阀140的开度，使空气和氢气直接进入电池堆100而不再通过氢气-空气热交换器。
具体原理为：在低温冷启动状态，在空气路，根据***检测到的进入电池堆100的氢气温度，调节第一三通阀130的开度，使其合理分配流向氢气-空气热交换器的高温空气流量，从而保证有足够的空气加热氢气使其达到需求的温度，并在这个过程中根据进入电池堆的氢气的温度以及电池堆100的温度，实时控制调节第一三通阀130的状态。在燃料电池启动过程中，为了保证空气压缩机110出口的空气温度，控制空气压缩机110在燃料电池启动阶段就工作在其额定转速下。由于在启动阶段，燃料电池所需的空气流量不是很大，空气压缩机110在额定转速下的排气量大于燃料电池所需的空气量，燃料电池控制器实时计算当前状态所需的空气流量，并通过监测第一空气流量计170、第二空气流量计180的数值控制空气路旁通阀160，将多余的空气排出***外。
在氢气路，低温冷启动状态下，通过控制第二三通阀140，使一部分氢气流经氢气-空气热交换器进行加热。通过监测燃料电池堆100温度以及环境温度的变化，实时控制第二三通阀140流经氢气-空气热交换器的氢气流量，即控制需加热的氢气的流量，从而使进入电池堆100的氢气达到最佳温度。
综上，本申请实施例的有益效果为：
1.可根据燃料电池的状态实时控制高温气体的流量进而控制加热氢气的温度。
2.可根据燃料电池的状态实时控制需进行加热的氢气的量，从而更加精确的控制进入燃料的坚持堆的氢气的温度，进而提升燃料电池的冷启动性能。
在本申请中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本申请的限制。
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种燃料电池冷启动装置控制方法，用于车辆，其特征在于，所述车辆包括车体和第一三通阀、第二三通阀、空气压缩机、换热器、电池堆和旁通阀，所述第一三通阀、所述第二三通阀、所述空气压缩机、所述换热器、所述电池堆和所述旁通阀设置于所述车体上，所述燃料电池冷启动装置控制方法包括：
获取电池堆所处的环境温度；
判断所述环境温度是否小于预设温度，生成第一判断结果；
在所述第一判断结果为是时，控制第一三通阀、第二三通阀和空气压缩机对氢气进行加热；
在所述第一判断结果为否时，控制第一三通阀和第二三通阀使空气和氢气进入所述电池堆。
2.根据权利要求1所述的燃料电池冷启动装置控制方法，其特征在于，所述在所述第一判断结果为是时，控制第一三通阀、第二三通阀和空气压缩机对氢气进行加热，具体包括：
获取进入电池堆的氢气温度，控制所述空气压缩机运行在额定转速状态；
根据所述氢气温度与预设温度的偏差，调节所述第一三通阀、所述第二三通阀的开度，使所述氢气温度达到所述预设温度；
判断所述氢气温度是否达到所述预设温度，生成第二判断结果；
在所述第二判断结果为是时，调节所述空气压缩机、所述第一三通阀、所述第二三通阀和旁通阀，回到正常的工作状态。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池冷启动装置控制方法，其特征在于，所述在所述第一判断结果为是时，控制第一三通阀、第二三通阀和空气压缩机对氢气进行加热，具体包括：
获取进入电池堆的氢气温度，控制所述空气压缩机运行在额定转速状态；
获取电池堆所需空气流量；
根据电池堆所需空气流量与第一空气流量计和第二空气流量计的偏差，调节所述旁通阀的开度，使第二空气流量计流量等于电池堆所需空气流量。
4.一种燃料电池冷启动装置，其特征在于，包括：
电池堆(100)；
储氢瓶(220)；
空气压缩机(110)；
换热器(120)，所述换热器(120)的一端设有氢气进气口和空气进气口，所述换热器(120)的另一端设有氢气出气口和空气出气口，所述氢气进气口与所述储氢瓶(220)连接，所述氢气出气口、所述空气出气口均与所述电池堆(100)连通；
第一三通阀(130)，所述第一三通阀(130)包括第一进气通路、第一出气通路和第二出气通路，所述空气压缩机(110)与所述第一进气通路连通，所述第一出气通路与所述电池堆(100)连通，所述第二出气通路连通与所述空气进气口连通。
5.根据权利要求4所述的燃料电池冷启动装置，其特征在于，所述燃料电池冷启动装置还包括：
第二三通阀(140)，所述第二三通阀(140)包括第二进气通路、第三出气通路和第四出气通路，所述第二进气通路与所述储氢瓶(220)连通，所述第三出气通路与所述氢气进气口连通，所述第四出气通路与所述电池堆(100)连通。
6.根据权利要求5所述的燃料电池冷启动装置，其特征在于，所述燃料电池冷启动装置还包括：
减压阀(150)，所述减压阀(150)设于所述储氢瓶(220)和所述第二进气通路，所述减压阀(150)用于对所述储氢瓶(220)输出的氢气减压。
7.根据权利要求4所述的燃料电池冷启动装置，其特征在于，所述燃料电池冷启动装置还包括：
第一空气支路，所述第一空气支路的第一端与所述第一出气通路相连；
第二空气支路，所述换热器(120)设在所述第二空气支路上，所述第二空气支路的第一端与所述第二出气通路相连；
空气主路，所述空气主路的一端分别与所述第一空气支路的第二端、所述第二空气支路的第二端连通，所述空气主路的另一端与所述电池堆(100)连通。
8.根据权利要求7所述的燃料电池冷启动装置，其特征在于，所述燃料电池冷启动装置还包括：
旁通阀(160)，设于所述空气主路上，所述旁通阀(160)用于排出空气。
9.根据权利要求8所述的燃料电池冷启动装置，其特征在于，所述燃料电池冷启动装置还包括：
第一空气流量计(170)，设于所述空气压缩机(110)的进气端；
第二空气流量计(180)，设于所述空气主路上，并位于所述旁通阀(160)与所述电池堆(100)之间。
10.根据权利要求9所述的燃料电池冷启动装置，其特征在于，所述燃料电池冷启动装置还包括：
中冷器(190)，设于所述空气主路上，并位于所述第二空气流量计(180)与所述电池堆(100)之间；
增湿器(200)，设于所述空气主路上，并位于所述中冷器(190)与所述电池堆(100)之间。
11.根据权利要求5所述的燃料电池冷启动装置，其特征在于，所述燃料电池冷启动装置还包括：
第一氢气支路，所述第一氢气支路的第一端与所述第四出气通路相连；
第二氢气支路，所述换热器(120)设在所述第二氢气支路上，所述第二氢气支路的第一端与所述第三出气通路相连；
氢气主路，所述氢气主路的一端与所述第一氢气支路的第二端、所述第二氢气支路的第二端连通，所述氢气主路的另一端与所述电池堆(100)连通。
12.根据权利要求11所述的燃料电池冷启动装置，其特征在于，所述燃料电池冷启动装置还包括：
温度传感器(210)，所述温度传感器(210)设于所述氢气主路上。
13.一种车辆，其特征在于，包括：
车体(300)；
如权利要求4至12中任一项所述的燃料电池冷启动装置，设于所述车体(300)内。
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