CN115172816B - 一种燃料电池的冷启动方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及了一种燃料电池的冷启动方法和装置，该方法包括：在冷启动模式下，加载电流使电堆运行，并开启计时；当计时达到第一预设时长时，点动水泵，并获取燃料电池中冷却液的温度，得到第一温度；当计时达到第二预设时长时，再次点动水泵，并再次获取冷却液的温度，得到第二温度；根据第二温度与第一温度、预设的第三温度之间的大小关系，确定下一次点动水泵所需要等待的预期时长，以按照预期时长循环点动水泵，直到根据当前温度确定的预期时长小于预设的时长阈值时，确定燃料电池完成冷启动。本方案通过获取冷却液的温度来确定点动水泵的时间点，使得电堆可以维持较高的温度和较高的功率，能以较短的时间来完成燃料电池的冷启动。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池的冷启动方法和装置。
背景技术
燃料电池***在冷启动过程中，用于冷却路中的冷却液温度低、容量大，而在低温条件下电堆性能较差，无法在大功率下运行，从而导致冷启动时间较长。因此为了快速完成燃料电池***冷启动，需要制定相应的控制策略以减少冷启动时间。
现有的冷启动过程中电堆内部温度长时间处于低温状态，燃料电池***不能快速的在高功率工作，以至冷启动时间较长。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明第一方面提出一种燃料电池的冷启动方法，所述方法包括：
在燃料电池的冷启动模式下，加载电流使所述燃料电池中的电堆运行，并开启计时；
当所述计时达到第一预设时长时，点动水泵，并获取所述燃料电池中冷却液的温度，得到第一温度；所述第一预设时长为所述冷却液的温度达到所述冷却液正常运行温度的预设比例范围时所需要的时长；
当所述计时达到第二预设时长时，再次点动水泵，并再次获取所述冷却液的温度，得到第二温度；所述第二预设时长为所述第一预设时长的两倍；
根据所述第二温度与所述第一温度、预设的第三温度之间的大小关系，确定下一次点动水泵所需要等待的预期时长，以按照所述预期时长循环点动水泵，直到根据当前温度确定的预期时长小于预设的时长阈值时，确定所述燃料电池完成冷启动；
其中，所述第三温度小于所述第一温度。
可选的，所述根据所述第二温度与所述第一温度、预设的最低运行温度之间的大小关系，确定下一次点动水泵所需要等待的预期时长，包括：
若所述第二温度处于所述第一温度和所述第三温度之间，则设置下一次点动水泵所需要等待的预期时长为所述第一预设时长；
若所述第二温度大于所述第一温度，则设置所述预期时长为第二时长，所述第二时长小于所述第一预设时长。
若所述第二温度小于所述第三温度，则设置所述预期时长为第三时长，所述第三时长大于所述第一预设时长。
可选的，相邻两次所述预期时长之间的变化幅度为预设幅度。
可选的，所述第三温度为所述正常运行温度的40％。
可选的，所述预设比例范围为60％-80％。
可选的，所述第一预设时长t1的确定方法如下：
其中，C为所述电堆和所述冷却液的比热容，m为所述电堆和所述冷却液的总质量，U为加载电流时的电堆电压，I为加载电流时的电堆电流，T0为冷启动开启时所述冷却液的初始温度，T1为所述第一温度范围的中间值。
本发明第二方面提出一种燃料电池的冷启动装置，所述装置包括：
加载电流模块，用于在燃料电池的冷启动模式下，加载电流使所述燃料电池中的电堆运行，并开启计时；
第一温度获取模块，用于当所述计时达到第一预设时长时，点动水泵，并获取所述燃料电池中冷却液的温度，得到第一温度；所述第一预设时长为所述冷却液的温度达到所述冷却液正常运行温度的预设比例范围时所需要的时长；
第二温度获取模块，用于当所述计时达到第二预设时长时，再次点动水泵，并再次获取所述冷却液的温度，得到第二温度；所述第二预设时长为所述第一预设时长的两倍；
预期时长确定模块，用于根据所述第二温度与所述第一温度、预设的第三温度之间的大小关系，确定下一次点动水泵所需要等待的预期时长，以按照所述预期时长循环点动水泵，直到根据当前温度确定的预期时长小于预设的时长阈值时，确定所述燃料电池完成冷启动；
其中，所述第三温度小于所述第一温度。
可选的，所述预期时长确定模块具体用于：
若所述第二温度处于所述第一温度和所述第三温度之间，则设置下一次点动水泵所需要等待的预期时长为所述第一预设时长；
若所述第二温度大于所述第一温度，则设置所述预期时长为第二时长，所述第二时长小于所述第一预设时长。
若所述第二温度小于所述第三温度，则设置所述预期时长为第三时长，所述第三时长大于所述第一预设时长。
可选的，相邻两次所述预期时长之间的变化幅度为预设幅度。
本发明第三方面提出一种电子设备，所述电子设备包括处理器和存储器，所述存储器种存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或指令集由所述处理器加载并执行以实现如第一方面所述的燃料电池的冷启动方法。
本发明第四方面提出一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或指令集由处理器加载并执行以实现如第一方面所述的燃料电池的冷启动方法。
本发明实施例具有以下有益效果：
在本发明实施例中，在燃料电池的冷启动模式下，加载电流使所述燃料电池中的电堆运行，并开启计时；当所述计时达到第一预设时长时，点动水泵，并获取所述燃料电池中冷却液的温度，得到第一温度；当所述计时达到第二预设时长时，再次点动水泵，并再次获取所述冷却液的温度，得到第二温度；根据所述第二温度与所述第一温度、预设的第三温度之间的大小关系，确定下一次点动水泵所需要等待的预期时长，以按照所述预期时长循环点动水泵，直到根据当前温度确定的预期时长小于预设的时长阈值时，确定所述燃料电池完成冷启动。本方案通过点动水泵使冷却液进行瞬时循环，在提高冷却液的温度的同时不会将电堆中的温度较大幅度的降低，同时通过获取冷却液的温度来确定点动水泵的时间点，使得电堆可以维持较高的温度和较高的功率，最终能以较短的时间来完成燃料电池的冷启动。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。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，还能够根据这些附图获得其它附图。
图1为本发明实施例提供的一种燃料电池的冷启动方法的步骤流程图；
图2为本发明实施例提供的一种燃料电池的冷启动装置的结构框图。
具体实施方式
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的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本说明书提供了如实施例或流程图所述的方法操作步骤，但基于常规或无创造性的劳动可以包括更多或者更少的操作步骤。在实际中的***或服务器产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境)。
图1为本发明实施例提供的一种燃料电池的冷启动方法的步骤流程图。该方法可以包括如下步骤：
步骤101、在燃料电池的冷启动模式下，加载电流使所述燃料电池中的电堆运行，并开启计时。
燃料电池是利用氢气与氧气进行电化学反应产生电能的电池，其产物为水，在0℃下会结冰，会造成燃料电池无法启动。
在燃料电池中，电堆是核心组成组分，燃料电池产生的水在0℃以下结冰后，会导致电堆的关键组件催化剂、气体扩散层等堵塞，无法正常进行电化学反应，造成燃料电池无法启动。燃料电池低温启动***一般采用外部预热、内部升温等方式来提高燃料电池温度。
发动机的冷却***中，水泵为冷却液提供循环动能，是发动机实现与空气热交换的零部件。在冷启动过程中，电堆加载电流后，发动机***快速升温。为了防止发动机温度过高，需要开启水泵为冷却液提供循环动能，达到为发动机内的部件散热的目的。
发明人在研究相关技术的过程中发现，现有的冷启动方法在冷启动的整个过程中一直运行水泵，导致电堆需要加热的冷却液较多，电堆无法在高功率状态下运行，以致冷启动时间较长。
在本发明实施例中，在冷启动模式下，加载电流使电堆运行，但水泵不运行。然后开始计时，等待时间合适后再点动水泵。
步骤102、当所述计时达到第一预设时长时，点动水泵，并获取所述燃料电池中冷却液的温度，得到第一温度；所述第一预设时长为所述冷却液的温度达到所述冷却液正常运行温度的预设比例范围时所需要的时长。
第一预设时长为冷却液的温度达到冷却液正常运行温度的预设比例范围时所需要的时长，冷却液的正常运行温度的预设比例范围可以为：正常运行温度的60％至正常运行温度的80％。
点动水泵，就是给水泵瞬时给电后断开，这样水泵转速不会升高，只是动一下然后靠惯性转一会儿。点动水泵可以为冷却液提供循环动能，使冷却液在发动机内进行瞬时循环，这样，在提高冷却液的温度的同时不会将电堆中的温度较大幅度的降低。
同时，在计时达到第一预设时长时，测量燃料电池中冷却液的温度，得到第一温度。
并且，在这个过程中，一直保持加载电流的状态，而水泵在被点动之后处于停转状态。
步骤103、当所述计时达到第二预设时长时，再次点动水泵，并再次获取所述冷却液的温度，得到第二温度；所述第二预设时长为所述第一预设时长的两倍。
在本发明实施例中，第二预设时长为第一预设时长的两倍，也就是说，在步骤102中点动水泵之后，当时间再过第一预设时长，则计时达到第二预设时长。
在计时达到第二预设时长时，与步骤102操作相同，即再次点动水泵、再次测量冷却液的温度，得到第二温度。
步骤104、根据所述第二温度与所述第一温度、预设的第三温度之间的大小关系，确定下一次点动水泵所需要等待的预期时长，以按照所述预期时长循环点动水泵，直到根据当前温度确定的预期时长小于预设的时长阈值时，确定所述燃料电池完成冷启动；其中，所述第三温度小于所述第一温度。
在本发明实施例中，在水泵被点动后，冷却液在电堆中循环，使得电堆的温度下降，而同时电堆一直处于加载电流状态，使得电堆的温度也在升高。在点动水泵和加载电流的双重作用下，电堆的温度整体处于升高还是下降状态，需要根据第二温度来判定。
电堆和温度和冷却液的温度几乎相等，通过测量冷却液的温度，可以得到电堆的温度。
第一温度为冷却液正常运行温度的预设比例范围内的一个值，而第三温度小于第一温度。例如，第一温度可以为冷却液正常运行温度的60％-80％，第三温度可以为冷却液正常运行温度的40％。
根据第二温度与第一温度和第三温度进行比较的结果，确定电堆需要较长时间的加热，还是需要较短时间的加热，从而确定下一次点动水泵所需要等待的预期时长。
当达到预期时长时，点动水泵，再一次获取冷却液温度，并再一次根据冷却液温度确定下一次的预期时长，并在达到预期时长时点动水泵，循环执行上述步骤，直到某一次确定的预期时长小于预设的时长阈值，则认为冷却液的温度已经达到较高的水平，此时，确定燃料电池完成冷启动。
时长阈值可以设置为一个较短的时长，例如0.1秒。这样，预设时长根据每一次测得的第二温度有规律的变化，直到某一次确定的预期时长小于预设的时长阈值时，说明电堆目前的温度非常接近于正常运行温度，此时，可以认为燃料电池完成了冷启动。
在一种可能的实施方式中，所述根据所述第二温度与所述第一温度、预设的最低运行温度之间的大小关系，确定下一次点动水泵所需要等待的预期时长，包括以下步骤1041-步骤1043：
步骤1041、若所述第二温度处于所述第一温度和所述第三温度之间，则设置下一次点动水泵所需要等待的预期时长为所述第一预设时长；
步骤1042、若所述第二温度大于所述第一温度，则设置所述预期时长为第二时长，所述第二时长小于所述第一预设时长；
步骤1043、若所述第二温度小于所述第三温度，则设置所述预期时长为第三时长，所述第三时长大于所述第一预设时长。
在步骤1041-步骤1043中，将第二温度与第一温度、第三温度进行比较，若第二温度处于第三温度和第一温度之间，则说明此时第二温度合适，不需要进行预期时长的调整，将第一预设时长作为预期时长即可。
若第二温度大于第一温度，则说明第二温度较高，此时为了避免电堆温度超过安全温度，可以将一次点动水泵所需要等待的预期时长进行缩短，以提前进行点动水泵。因此设置第二时长小于第一预设时长。
若第二温度小于第三温度，则说明第二温度较低，将下一次点动水泵所需要等待的预期时长进一步延长，以延迟点动水泵对温度的降低影响，使电堆长时间的运行以提高电堆温度。因此设置第二时长大于第一预设时长。
在一种可能的实施方式中，相邻两次所述预期时长之间的变化幅度为预设幅度；
在本发明实施例中，相邻两次预设时长之间的变化幅度为预设幅度，每一次循环中确定的预期时长可以是按照第一预设时长的预设幅度进行升高或降低。
该预设幅度可以设置为10％。这样，第二时长比第一预设时长小10％，第三时长比第一预设时长大10％。
这样，可以使每次时长变化的幅度不会太大，以免一次性使电堆的温度升高太多以而烧坏器件，或，一次性使电堆的温度下降太多而延长了电池冷启动的时间。
在一种可能的实施方式中，所述第三温度为所述正常运行温度的40％。
在本发明实施例中，第三温度是比较低的温度，将其设置为正常运行温度的40％。这样，在第二温度高于第三温度时，可以设置较长的预期时长，使电堆长时间的运行以提高电堆温度。
在一种可能的实施方式中，所述预设比例范围为60％-80％。
在本发明实施例中，第一温度是比较高的温度，将其设置为正常运行温度的60％-80％。这样，在第二温度高于第一温度时，说明电堆温度已经接近于正常运行温度，可以设置较短的预期时长，便可使电堆温度达到正常运行温度。
在一种可能的实施方式中，所述第一预设时长t1的确定方法如下：
其中，C为所述电堆和所述冷却液的比热容；m为所述电堆和所述冷却液的总质量；U为加载电流时的电堆电压；I为加载电流时的电堆电流；T0为冷启动开启时所述冷却液的初始温度，T1为所述第一温度范围的中间值。
在本发明实施例中，比热容C的单位为J/(kg·℃)，总质量m的单位为kg，电堆电压U的单位为V，电堆电流I的单位为A，初始温度T0的单位为℃，中间值T1的单位为℃。
综上，在本发明实施例中，在燃料电池的冷启动模式下，加载电流使所述燃料电池中的电堆运行，并开启计时；当所述计时达到第一预设时长时，点动水泵，并获取所述燃料电池中冷却液的温度，得到第一温度；当所述计时达到第二预设时长时，再次点动水泵，并再次获取所述冷却液的温度，得到第二温度；根据所述第二温度与所述第一温度、预设的第三温度之间的大小关系，确定下一次点动水泵所需要等待的预期时长，以按照所述预期时长循环点动水泵，直到根据当前温度确定的预期时长小于预设的时长阈值时，确定所述燃料电池完成冷启动。本方案通过点动水泵使冷却液进行瞬时循环，在提高冷却液的温度的同时不会将电堆中的温度较大幅度的降低，同时通过获取冷却液的温度来确定点动水泵的时间点，使得电堆可以维持较高的温度和较高的功率，最终能以较短的时间来完成燃料电池的冷启动。
图2为本发明实施例提供的一种燃料电池的冷启动装置的结构框图。该装置200包括：
加载电流模块201，用于在燃料电池的冷启动模式下，加载电流使所述燃料电池中的电堆运行，并开启计时；
第一温度获取模块202，用于当所述计时达到第一预设时长时，点动水泵，并获取所述燃料电池中冷却液的温度，得到第一温度；所述第一预设时长为所述冷却液的温度达到所述冷却液正常运行温度的预设比例范围时所需要的时长；
第二温度获取模块203，用于当所述计时达到第二预设时长时，再次点动水泵，并再次获取所述冷却液的温度，得到第二温度；所述第二预设时长为所述第一预设时长的两倍；
预期时长确定模块204，用于根据所述第二温度与所述第一温度、预设的第三温度之间的大小关系，确定下一次点动水泵所需要等待的预期时长，以按照所述预期时长循环点动水泵，直到根据当前温度确定的预期时长小于预设的时长阈值时，确定所述燃料电池完成冷启动；
其中，所述第三温度小于所述第一温度。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的***，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本发明提供的又一实施例中，还提供了一种设备，所述设备包括处理器和存储器，所述存储器种存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或指令集由所述处理器加载并执行以实现本发明实施例中所述的燃料电池的冷启动方法。
在本发明提供的又一实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或指令集由处理器加载并执行以实现本发明实施例中所述的燃料电池的冷启动方法。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘Solid State Disk(SSD))等。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于***实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种燃料电池的冷启动方法，其特征在于，所述方法包括：
在燃料电池的冷启动模式下，加载电流使所述燃料电池中的电堆运行，并开启计时；
当所述计时达到第一预设时长时，点动水泵，并获取所述燃料电池中冷却液的温度，得到第一温度；所述第一预设时长为所述冷却液的温度达到所述冷却液正常运行温度的预设比例范围时所需要的时长；所述预设比例范围为60%-80%；
当所述计时达到第二预设时长时，再次点动水泵，并再次获取所述冷却液的温度，得到第二温度；所述第二预设时长为所述第一预设时长的两倍；
根据所述第二温度与所述第一温度、预设的第三温度之间的大小关系，确定下一次点动水泵所需要等待的预期时长，以按照所述预期时长循环点动水泵，直到根据当前温度确定的预期时长小于预设的时长阈值时，确定所述燃料电池完成冷启动；
其中，所述第三温度小于所述第一温度；
所述根据所述第二温度与所述第一温度、预设的第三温度之间的大小关系，确定下一次点动水泵所需要等待的预期时长，包括：
若所述第二温度处于所述第一温度和所述第三温度之间，则设置下一次点动水泵所需要等待的预期时长为所述第一预设时长；
若所述第二温度大于所述第一温度，则设置所述预期时长为第二时长，所述第二时长小于所述第一预设时长；
若所述第二温度小于所述第三温度，则设置所述预期时长为第三时长，所述第三时长大于所述第一预设时长。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，相邻两次所述预期时长之间的变化幅度为预设幅度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第三温度为所述正常运行温度的40%。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第一预设时长t1的确定方法如下：
其中，C为所述电堆和所述冷却液的比热容，m为所述电堆和所述冷却液的总质量，U为加载电流时的电堆电压，I为加载电流时的电堆电流，T0为冷启动开启时所述冷却液的初始温度，T1为第一温度范围的中间值。
5.一种燃料电池的冷启动装置，其特征在于，所述装置包括：
加载电流模块，用于在燃料电池的冷启动模式下，加载电流使所述燃料电池中的电堆运行，并开启计时；
第一温度获取模块，用于当所述计时达到第一预设时长时，点动水泵，并获取所述燃料电池中冷却液的温度，得到第一温度；所述第一预设时长为所述冷却液的温度达到所述冷却液正常运行温度的预设比例范围时所需要的时长；所述预设比例范围为60%-80%；
第二温度获取模块，用于当所述计时达到第二预设时长时，再次点动水泵，并再次获取所述冷却液的温度，得到第二温度；所述第二预设时长为所述第一预设时长的两倍；
预期时长确定模块，用于根据所述第二温度与所述第一温度、预设的第三温度之间的大小关系，确定下一次点动水泵所需要等待的预期时长，以按照所述预期时长循环点动水泵，直到根据当前温度确定的预期时长小于预设的时长阈值时，确定所述燃料电池完成冷启动；
其中，所述第三温度小于所述第一温度；
所述预期时长确定模块具体用于：
若所述第二温度处于所述第一温度和所述第三温度之间，则设置下一次点动水泵所需要等待的预期时长为所述第一预设时长；
若所述第二温度大于所述第一温度，则设置所述预期时长为第二时长，所述第二时长小于所述第一预设时长；
若所述第二温度小于所述第三温度，则设置所述预期时长为第三时长，所述第三时长大于所述第一预设时长。
6.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或指令集由所述处理器加载并执行以实现如权利要求1-4任一项所述的燃料电池的冷启动方法。
7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或指令集由处理器加载并执行以实现如权利要求1-4任一项所述的燃料电池的冷启动方法。
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