CN117766811A - 用于燃料电池***的启动方法和*** - Google Patents
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Abstract
本申请涉及用于燃料电池***的启动方法和***，所述启动方法包括首次启动步骤和持续启动步骤。所述首次启动步骤包括：加热所述燃料电池***；在加热之后判断所述燃料电池***是否存在冻结；并且在所述燃料电池***存在冻结的情况下，执行所述持续启动步骤。所述持续启动步骤包括：加热所述燃料电池***；并且在加热的同时持续地判断所述燃料电池***是否存在冻结，以及在所述燃料电池***不存在冻结的情况下，停止所述燃料电池***的加热。本申请的启动方法和***降低了燃料电池***在低温冻结状态下的启动时间，有效节省了启动燃料电池***所需的能量。
Description
技术领域
本申请涉及电池领域，具体而言，涉及用于燃料电池***的启动方法和***。
背景技术
燃料电池是一种主要通过氧化还原反应，直接将燃料中的化学能转换成电能的发电装置。
最常见的燃料电池是氢燃料电池（质子交换膜燃料电池）。氢燃料电池工作时，阳极的氢气在催化剂的作用下分解出氢离子和电子，氢离子通过质子交换膜到达阴极，电子则沿着外部电路到达阴极（正极）产生电流，而在阴极，空气中的氧气与氢离子、电子反应生成水。氢燃料电池只需要提供稳定的氢气和氧气，即可连续不断的提供稳定电能。
燃料电池由于具有零污染、高效率、续航里程长的优点而被广泛应用于汽车领域。与传统燃油车上的发动机相同，当采用燃料电池用作汽车动力源时，也需要相应的辅助***，因此，燃料电池及其相应的辅助***可以被称为燃料电池***。燃料电池车上的燃料电池***也称为燃料电池发动机，主要由燃料电池电堆、空气供应***、氢气供应***、冷却***、配电管理***和控制器等组成。
然而，在低温条件下，燃料电池的***核心零部件燃料电池电堆将直面冰冻，电堆膜电极上的催化剂及质子交换膜一旦被冰覆盖，燃料电池的启动反应性能就受到直接影响。如冷冻情况严重，燃料电池甚至会完全无法发生反应，并造成膜电极不可恢复性的损坏。
发明内容
本申请提供了一种用于燃料电池***的启动方法和***，其能够有效降低燃料电池***在低温冻结状态下的启动时间，节省启动燃料电池***所需的能量。
根据本申请的第一方面，提供一种用于燃料电池***的启动方法，所述启动方法包括首次启动步骤和持续启动步骤；
所述首次启动步骤包括：使所述燃料电池***加热；在所述燃料电池***加热之后确定所述燃料电池***是否存在冻结；并且在所述燃料电池***存在冻结的情况下，执行所述持续启动步骤；以及
所述持续启动步骤包括：使所述燃料电池***加热；并且在所述燃料电池***加热的同时持续地确定所述燃料电池***是否存在冻结，以及在所述燃料电池***不存在冻结的情况下，停止所述燃料电池***的加热。
在本申请的第一方面的实施例中，可选地，确定所述燃料电池***是否存在冻结包括：检查所述燃料电池***是否能够正常启动。
在本申请的第一方面的实施例中，可选地，所述燃料电池***包括燃料电池电堆和加热器；以及所述加热所述燃料电池***包括：利用所述加热器对所述燃料电池电堆进行加热。
在本申请的第一方面的实施例中，可选地，所述加热器设置在所述燃料电池电堆的阴极侧和阳极侧，并且所述加热器是低压加热器。
在本申请的第一方面的实施例中，可选地，确定所述燃料电池***是否存在冻结包括：检查所述燃料电池电堆的阳极和阴极的功能是否正常。根据本申请的第二方面，提供一种用于燃料电池***的启动***，所述启动***包括首次启动模块和持续启动模块，所述首次启动模块与所述持续启动模块通信地连接；
所述首次启动模块配置成：使所述燃料电池***加热；在所述燃料电池***加热之后确定所述燃料电池***是否存在冻结；并且在所述燃料电池***存在冻结的情况下，激活所述持续启动模块；以及
所述持续启动模块配置成：使所述燃料电池***加热；并且在所述燃料电池***加热的同时持续地确定所述燃料电池***是否存在冻结，以及在所述燃料电池***不存在冻结的情况下，停止所述燃料电池***的加热。
在本申请的第二方面的实施例中，可选地，确定所述燃料电池***是否存在冻结包括：检查所述燃料电池***是否能够正常启动。
在本申请的第二方面的实施例中，可选地，所述燃料电池***包括燃料电池电堆和加热器；以及加热所述燃料电池***包括：利用所述加热器对所述燃料电池电堆进行加热。
在本申请的第二方面的实施例中，可选地，所述加热器设置在所述燃料电池电堆的阴极侧和阳极侧，并且所述加热器是低压加热器。
在本申请的第二方面的实施例中，可选地，确定所述燃料电池***是否存在冻结包括：检查所述燃料电池电堆的阳极和阴极的功能是否正常。根据本申请的第三方面，提供一种用于燃料电池***的启动***，所述启动***包括存储器和处理器。所述存储器配置成存储指令，所述处理器配置成执行所述指令使得所述启动***执行如上文第一方面所述的任意一种启动方法。
根据本申请的第四方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当所述指令由处理器执行时，使得所述处理器执行如上文第一方面所述的任意一种启动方法。
根据本申请的第五方面，提供一种燃料电池***，所述燃料电池***包括如上文第二方面和第三方面所述的任意一种启动***。
根据本申请的第六方面，提供一种车辆，所述车辆包括如上文第五方面所述的燃料电池***。
本申请的用于燃料电池***的启动方法和***利用改进的启动策略，将燃料电池***在低温冻结状态下的启动步骤分成首次启动步骤和持续启动步骤，从而有效地降低了启动时间，节省了启动燃料电池***所需的能量。
附图说明
从结合附图的以下详细说明中，将会使本申请的上述和其他目的及优点更加完整清楚，其中，相同或相似的要素采用相同的标号表示。
图1示出了根据本申请的一个实施例的用于燃料电池***的启动方法的流程图；
图2示出了根据对照实施例的用于燃料电池***的启动对照方法的流程图；
图3示出了根据本申请的一个实施例的用于燃料电池***的启动***的示意图；
图4示出了根据本申请的另一个实施例的用于燃料电池***的启动***的示意图。
具体实施方式
出于简洁和说明性目的，本文主要参考其示范实施例来描述本申请的原理。但是，本领域技术人员将容易地认识到相同的原理可等效地应用于所有类型的用于燃料电池***的启动方法和***，并且可以在其中实施这些相同或相似的原理，任何此类变化不背离本申请的真实精神和范围。
下文参考本申请实施例的***和方法的框图说明、框图和/或流程图来描述本申请。将理解这些流程图说明和/或框图的每个框、以及流程图说明和/或框图的组合可以由计算机程序指令来实现。可以将这些计算机程序指令提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理设备的处理器以构成机器，以便由计算机或其它可编程数据处理设备的处理器执行的这些指令创建用于实施这些流程图和/或框和/或一个或多个流程框图中指定的功能/操作的部件。
可以将这些计算机程序指令存储在计算机可读存储器中，这些指令可以指示计算机或其它可编程处理器以特定方式实现功能，以便存储在计算机可读存储器中的这些指令构成包含实施流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/操作的指令部件的制作产品。
可以将这些计算机程序指令加载到计算机或其它可编程数据处理器上以使一系列的操作步骤在计算机或其它可编程处理器上执行，以便构成计算机实现的进程，以使计算机或其它可编程数据处理器上执行的这些指令提供用于实施此流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能或操作的步骤。还应该注意在一些备选实现中，框中所示的功能/操作可以不按流程图所示的次序来发生。例如，依次示出的两个框实际可以基本同时地执行或这些框有时可以按逆序执行，具体取决于所涉及的功能/操作。
燃料电池***可以作为燃料电池发动机应用于车辆中，为车辆提供动力源。燃料电池***的发电需要一套相对复杂的***。燃料电池***可以包括燃料电池电堆，其中燃料电池电堆是发生电化学反应的场所，也是燃料电池***的核心部分。燃料电池电堆可以由多个单体电池以串联方式层叠组合构成，其中，单体电池可以由阳极板、膜电极（MEA）以及阴极板组成。在一些实施例中，相邻的两个单体电池的一个阳极板和一个阴极板可以合并看成是一个双极板。双极板是燃料电池电堆的核心部件，在燃料电池电堆中起到了膜电极结构支撑、分隔氢气和氧气、收集电子、传导热量、提供氢气和氧气通道、排出反应生成的水、提供冷却液流道等诸多重要作用。
由于燃料电池电堆中化学反应的生成物是水，因此，在环境气温低于冰点的情况下，燃料电池电堆面临冻结的可能。当燃料电池电堆中存在冻结时，燃料电池***的启动反应性能就会受到影响。本文中所称的“冻结”的情况包括：低温条件下燃料电池中出现冰冻的情况，例如，燃料电池电堆膜电极上的催化剂及质子交换膜被冰覆盖。
为了消除燃料电池电堆中的冻结情况，以使得燃料电池***即使在低温下也能够正常启动，本申请的燃料电池***还包括加热器。在一些实施例中，加热器可以布置在燃料电池电堆的阴极侧和阳极侧，从而能够分别对燃料电池电堆的阴极侧和阳极侧进行加热。在一些实施例中，加热器可以是低压加热器。根据燃料电池***的布局，可以布置有不同数量的低压加热器。在一些实施例中，可以在阴极侧布置1-10中任意数量个（例如，6个）低压加热器，在阳极侧布置1-10中任意数量个（例如，5个）低压加热器。加热器在阴极侧和阳极侧分别布置的数量可以是不同的。加热器在燃料电池***中布置的数量可以根据燃料电池***所应用的环境的温度状态来调整。例如，在非常寒冷的环境温度下，燃料电池电堆结冰的可能性很高，可以在阴极侧和阳极侧布置更多数量的低压加热器。
为了优化燃料电池***的低温启动性能，本申请提供了一种启动方法，以通过改进启动策略来缩短燃料电池***的低温启动时间，并且降低低温启动能耗。即使在例如-30℃的很低的温度下，本申请的启动方法也能够使得燃料电池***的启动更加高效且节能。
下面，将结合图1来说明根据本申请的一个实施方式的用于燃料电池***的启动方法100。
图1示出了根据本申请的一个实施例的用于燃料电池***的启动方法100的流程图。如图1所示，用于燃料电池***的启动方法100包括步骤S110至S150。
启动方法100开始于步骤S110。开始步骤S110之后，启动方法100执行步骤S120，以使燃料电池***加热。在一些实施例中，使燃料电池***加热的方式包括：利用加热器对燃料电池电堆进行加热。可选地，利用设置在阴极侧和阳极侧的低压加热器对燃料电池电堆进行加热。也就是说，在对燃料电池发动机的冷冻启动期间，作为第一步，可以先加热阴极和阳极侧的低压加热器，以尽可能地融化燃料电池电堆中结的冰。
步骤S120中对燃料电池***加热的时长可以根据现场条件等因素进行调整。例如，可以根据环境温度来设置步骤S120中的加热的时长，其中环境温度越低，预先设置的加热时长的越长。在使燃料电池***加热达预先设置的时长后，启动方法100转入步骤S130。
在步骤S130中，确定燃料电池***是否存在冻结。如果存在冻结，则启动方法100转入步骤S140；如果不存在冻结，则启动方法100转入步骤S150，以结束本次对燃料电池***的启动。
在一些实施例中，可以通过检查燃料电池电堆的阳极和阴极位置处是否处于冻结状态来确定燃料电池***是否存在冻结。例如，当检查到阳极和阴极中任意一个电极位置处存在冻结状态时，可以确定燃料电池***存在冻结；而当检查到阳极和阴极位置处均不存在冻结状态时，可以确定燃料电池***不存在冻结。可选地，通过检查阳极和阴极的功能组件是否能够正常工作来确定燃料电池***是否存在冻结。
在一些实施例中，可以基于检查燃料电池***是否能够正常启动来确定燃料电池***是否存在冻结。例如，在步骤S120中对燃料电池***的加热完成后，尝试启动燃料电池***，当燃料电池***能够正常启动时，可以确定燃料电池***不存在冻结；而当燃料电池***不能够正常启动时，可以确定燃料电池***存在冻结。
步骤S120和步骤S130可以统称为首次启动步骤。在首次启动步骤中，首先对燃料电池***加热，然后在燃料电池***的首次加热完成之后确定燃料电池***是否存在冻结。启动方法100经首次启动步骤之后，如果确定燃料电池***不存在冻结，则直接结束本次启动操作，不再进行其它操作；如果确定燃料电池***存在冻结，则转入步骤S140。
在步骤S140中，使燃料电池***加热，并且在燃料电池***加热的同时，持续地确定燃料电池***是否存在冻结。步骤S140可以称为持续启动步骤。在持续启动步骤中，燃料电池***的加热操作和确定是否存在冻结的操作是同时进行的。
在一些实施例中，步骤S140中使燃料电池***加热的方式可以与步骤S120中使燃料电池***加热的方式相类似，步骤S140中确定燃料电池***是否存在冻结的方式可以与步骤S130中确定燃料电池***是否存在冻结的方式相类似，在此不再赘述。不同的是，步骤S130的确定是在步骤S120的加热完成之后才进行的，而在步骤S140中，确定与加热同时进行。
在一些实施例中，如果步骤S140确定出燃料电池***存在冻结，则持续执行步骤S140的加热以及确定；而如果步骤S140确定出燃料电池***不存在冻结，则持续启动步骤停止，停止对燃料电池***的加热和确定。在步骤S140完成之后，启动方法100转入步骤S150，以结束本次对燃料电池***的启动。
本申请的启动方法100将对燃料电池***的启动步骤划分为两个阶段，并且在第一阶段中执行首次启动步骤，在第二阶段中执行持续启动步骤。其中，执行首次启动步骤与执行持续启动步骤所需要花费的时间以及所需要消耗的功率可以是不同的。
接下来，将结合图2来说明对照实施例的用于燃料电池***的启动对照方法200。
图2示出了对照实施例的用于燃料电池***的启动对照方法200的流程图。注意的是，启动对照方法200被描述来与启动方法100进行比较。如图2所示，用于燃料电池***的启动对照方法200包括步骤S210至S250。
启动对照方法200开始于步骤S210。开始步骤S210之后，启动对照方法200执行步骤S220，以使燃料电池***加热。步骤S220的加热时长可以根据现场环境等因素预先设定。在使燃料电池***加热达预先设置的时长后，步骤S220完成加热操作，启动对照方法200转入步骤S230，以确定燃料电池***是否存在冻结。如果步骤S230中检查出存在冻结，则启动对照方法200转入步骤S220，以依次循环执行步骤S220和S230；如果不存在冻结，则启动对照方法200转入步骤S240，以结束本次对照方法的对燃料电池***的启动。
在启动对照方法200中，步骤S220加上步骤S230可以被称为启动步骤。启动对照方法200对燃料电池***进行初次启动和后续的启动的步骤是相同的，不存在分阶段执行的步骤。在启动对照方法200中，由于启动循环中每次使燃料电池***加热的时长保持不变，因而无法根据单次循环的情况来调节每次加热的时间，可能导致燃料电池***过热的情况出现。另外，采用如启动对照方法200这样的循环执行的加热策略，启动时间增加的概率很高，可能要消耗不必要的用于启动的能量，诸如12V或24V电池能量。
与启动对照方法200相比，本申请的启动方法100可以划分成包括首次启动步骤和持续启动步骤在内的两个执行阶段。其中，首次启动步骤可以包括在初次加热完成之后检查燃料电池***存在冻结，持续启动步骤可以包括同时加热和检查燃料电池***。本申请的启动方法100无需执行重复的加热循环，其可以在持续启动步骤中根据燃料电池***的实际冻结情况来确定是否继续加热，从而能够有效地缩短燃料电池***的启动时间，节省用于启动的能量。
本申请的用于燃料电池***的启动方法100可以避免不必要的加热循环。采用本申请的启动方法100执行启动操作，其第一次启动时间和后面的连续启动时间可以不同，并且第一次启动和下一次启动期间请求的功率也可以不同，从而有效缩短了启动燃料电池***的总时间，降低了启动燃料电池***所消耗的功率。
接下来，结合图3来说明本申请的一个实施例的用于燃料电池***的启动***300。
图3示出了根据本申请的一个实施例的用于燃料电池***的启动***300示意图。启动***300可以执行如图1所述的启动步骤100。如图3所示，用于燃料电池***的启动***300包括首次启动模块310和持续启动模块320，其中首次启动模块310与持续启动模块320通信地连接。
首次启动模块310可以配置成：使燃料电池***加热；在燃料电池***完成本次加热之后判断燃料电池***是否存在冻结；并且在燃料电池***存在冻结的情况下，激活持续启动模块320。在一些实施例中，使燃料电池***加热的具体方式可以参照说明书中针对启动方法100的步骤S120来执行，在燃料电池***完成加热之后判断燃料电池***是否存在冻结的具体方式可以参照说明书中针对启动方法100的步骤S130来执行，在此不再赘述。
持续启动模块320可以配置成：使燃料电池***加热；并且在燃料电池***加热的同时持续地判断燃料电池***是否存在冻结。在一些实施例中，使燃料电池***加热并且在燃料电池***加热的同时持续地判断燃料电池***是否存在冻结的具体方式可以参照说明书中针对启动方法100的步骤S140来执行，在此不再赘述。
接下来，结合图4来说明本申请的另一个实施例的用于燃料电池***的启动***300。
图4示出了根据本申请的另一个实施例的用于燃料电池***的启动***400示意图。如图4所示，用于燃料电池***的启动***400可以包括存储器410和处理器420。其中，存储器410可以配置成存储指令，处理器420可以配置成执行存储器410中存储的指令，以使得启动***400执行如上文任意一种用于燃料电池***的启动方法100。
根据本申请的另一方面，提供一种计算机可读存储介质，其中存储有指令，当所述指令由处理器执行时，使得所述处理器执行如上文所述的任意一种用于燃料电池***的启动方法100。本申请中所称的计算机可读介质包括各种类型的计算机存储介质，可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。举例而言，计算机可读介质可以包括RAM、ROM、EPROM、E2PROM、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM或其他光盘存储器、磁盘存储器或其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码单元并能够由通用或专用计算机、或者通用或专用处理器进行存取的任何其他临时性或者非临时性介质。如本文所使用的盘通常磁性地复制数据，而碟则用激光来光学地复制数据。上述的组合也应当包括在计算机可读介质的保护范围之内。示例性存储介质耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读写信息。在替换方案中，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在用户终端中。在替换方案中，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。
本申请还提供了一种燃料电池***，其包括如上文所述的任意一种启动***300和400。
本申请另外还提供了一种车辆，其包括如上文所述的任意一种燃料电池***300和400。本申请中所称的车辆意在表示具有至少由电池、功率变换设备以及驱动电机组成的驱动***的任何适当的车辆，例如，混合动力汽车、电动车等。混合动力汽车是一种具有两个或更多功率源的车辆，例如汽油动力和电动车辆。本申请的启动方法100和***300、400利用改进的启动策略，可以在低温下缩短燃料电池***的启动时间，为车辆提供优化的低温运行性能。
以上仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此。本领域的技术人员可以根据本申请所披露的技术范围想到其他可行的变化或替换，此等变化或替换皆涵盖于本申请的保护范围之中。在不冲突的情况下，本申请的实施方式及实施方式中的特征还可以相互组合。本申请的保护范围以权利要求的记载为准。
Claims (10)
1.一种用于燃料电池***的启动方法（100），其特征在于，所述启动方法（100）包括首次启动步骤和持续启动步骤；
所述首次启动步骤包括：
使所述燃料电池***加热；
在所述燃料电池***加热之后确定所述燃料电池***是否存在冻结；并且
在所述燃料电池***存在冻结的情况下，执行所述持续启动步骤；以及
所述持续启动步骤包括：
使所述燃料电池***加热；并且
在所述燃料电池***加热的同时持续地确定所述燃料电池***是否存在冻结，以及在所述燃料电池***不存在冻结的情况下，停止所述燃料电池***的加热。
2. 根据权利要求1所述的启动方法（100），其特征在于，确定所述燃料电池***是否存在冻结包括：检查所述燃料电池***是否能够正常启动。
3.根据权利要求1所述的启动方法（100），其特征在于，所述燃料电池***包括燃料电池电堆和加热器；以及
所述使所述燃料电池***加热包括：利用所述加热器对所述燃料电池电堆进行加热，其中，所述加热器设置在所述燃料电池电堆的阴极侧和阳极侧，并且所述加热器是低压加热器。
4.根据权利要求3所述的启动方法（100），其特征在于，确定所述燃料电池***是否存在冻结包括：检查所述燃料电池电堆的阳极和阴极的功能是否正常。
5.一种用于燃料电池***的启动***（300），其特征在于，所述启动***（300）包括首次启动模块（310）和持续启动模块（320），所述首次启动模块（310）与所述持续启动模块（320）通信地连接；
所述首次启动模块（310）配置成：
使所述燃料电池***加热；
在所述燃料电池***加热之后确定所述燃料电池***是否存在冻结；并且
在所述燃料电池***存在冻结的情况下，激活所述持续启动模块；以及
所述持续启动模块（320）配置成：
使所述燃料电池***加热；并且
在所述燃料电池***加热的同时持续地确定所述燃料电池***是否存在冻结，以及在所述燃料电池***不存在冻结的情况下，停止所述燃料电池***的加热。
6. 根据权利要求5所述的启动***（300），其特征在于，确定所述燃料电池***是否存在冻结包括：检查所述燃料电池***是否能够正常启动。
7.根据权利要求5所述的启动***（300），其特征在于，所述燃料电池***包括燃料电池电堆和加热器；以及
加热所述燃料电池***包括：利用所述加热器对所述燃料电池电堆进行加热，其中，所述加热器设置在所述燃料电池电堆的阴极侧和阳极侧，并且所述加热器是低压加热器。
8. 一种用于燃料电池***的启动***（400），其特征在于，所述启动***（400）包括：
存储器（410），所述存储器（410）配置成存储指令；和
处理器（420），所述处理器（420）配置成执行所述指令使得所述启动***（400）执行如权利要求1-4中任一项所述的启动方法（100）。
9.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，其特征在于，当所述指令由处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1-4中任一项所述的启动方法。
10.一种燃料电池***，其特征在于，所述燃料电池***包括如权利要求5-8所述的启动***（300；400）。
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| CN202211136270.6A CN117766811A (zh) | 2022-09-19 | 2022-09-19 | 用于燃料电池***的启动方法和*** |
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Family Applications (1)
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2022
- 2022-09-19 CN CN202211136270.6A patent/CN117766811A/zh active Pending
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| PB01 | Publication | ||
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