燃料电池车辆的起动控制方法与流程

本发明涉及燃料电池车辆的起动控制方法，并且更具体而言，本发明涉及这样的起动控制方法和系统：其通过存储燃料电池车辆在低温状态下停车时的关于车辆状态的信息并且将该信息应用于再起动过程中的再起动步骤，能够保障在随后起动时的运行稳定性。

背景技术：

一般而言，燃料电池通过氢(其是燃料)和空气中的氧之间的电化学反应来产生电力，并且生成热量和水作为反应副产物。由此，在较冷的天气条件下，当车辆停车时间较长时，留在装配有燃料电池的燃料电池车辆中的燃料电池堆中的水会在低于零度的环境条件下冻结。这会使冷起动性显著变差。

因此，当环境温度很低时，除非在点火开关断开操作(key-offoperation)期间将留存在燃料电池堆中的水移除，否则由于冻结的水，会难以进行接下来的冷起动操作。换句话说，当车辆在形成在燃料电池堆中的冰没有融化的情况下起动时，冰堵塞或阻挡用于供应氢和空气的路径，从而导致起动故障。因此，会很难使燃料电池正常工作。

相应地，已提出了各种控制方法来在燃料电池停止工作期间执行冷关闭(coldshutdown，csd)功能，所述冷关闭功能通过在一定时间内将大量的空气供应向空闲状态的燃料电池堆来将水从燃料电池堆中排出和移除。相关技术中已开发出的方法提出了一种燃料电池车辆的冷起动停止方法：其能够在低温状态下从燃料电池堆中移除冰。

然而，这种方法的问题在于，必须增高燃料电池堆的温度以从燃料电池堆中移除冰，因此，由于燃料电池堆温度的瞬时升高所导致的潜热会引发问题。特别地，当车辆在除冰步骤中再次起动时，驾驶员会无法精确地知道燃料电池堆的温度。因此，即使在冷运行模式更为合适的情况下，驾驶员也会不合期望地以正常运行模式来操作车辆。

前述内容仅旨在于帮助理解本发明的背景，而并不旨在使本发明落入本领域技术人员所已知的现有技术的范围内。

技术实现要素：

因此，本发明提供这样一种燃料电池车辆的起动控制方法和系统：即使燃料电池车辆在低温下停车，其也能够在再起动步骤使用停车时的信息来安全地再起动车辆。

为了实现上述目标，本发明旨在提供一种燃料电池车辆的起动控制方法，其可以包括：在车辆的停车期间通过控制器检测冷运行模式条件，冷运行模式条件包括燃料电池冷却剂温度；通过控制器确定冷却剂的温度是否小于预设在存储器中的第一设定值；以及当冷却剂的温度小于第一设定值时，使用在车辆的停车期间关于车辆状态的信息，通过控制器在存储器中设定车辆再起动过程。

本方法可以进一步包括，在确定冷却剂温度是否小于第一设定值之后，当冷却剂温度等于或大于第一设定值时，通过控制器删除设定在存储器中的车辆再起动过程。本方法可以进一步包括：在设定车辆再起动过程后，响应于通过控制器接收到车辆的再起动信号，获取从车辆停车到接收到再起动信号所经过的时间；通过控制器确定从车辆停车到接收到再起动信号所经过的时间是否小于预设在存储器中的参考时间；以及当从车辆停车到接收到再起动信号所经过的时间小于参考时间时，通过控制器保持设定在存储器中的车辆再起动过程。

本方法可以进一步包括：在保持车辆再起动过程之后，在再起动期间，根据设定在存储器中的车辆再起动过程来通过控制器再起动车辆；以及通过控制器将车辆驱动模式设定为冷运行模式。再起动过程可以包括：通过控制器确定车辆停车时检测到的冷却剂温度是否小于第二设定值，该第二设定值小于预设在存储器中的第一设定值；以及当冷却剂温度小于第二设定值时通过控制器增高燃料电池堆的温度。

本方法可以进一步包括，在确定从车辆停车到接收到再起动信号所经过的时间是否小于参考时间后，当从车辆停车到接收到再起动信号所经过的时间超过参考时间时，通过控制器删除设定在存储器中的车辆再起动过程。本方法可以进一步包括：在删除过程之后，在车辆再起动时，通过控制器检测燃料电池冷却剂的温度；通过控制器确定冷却剂的温度是否小于第二设定值，所述第二设定值小于预设在存储器中的第一设定值；当车辆的冷却剂温度小于第二设定值时，通过控制器增高燃料电池堆的温度；以及通过控制器将车辆驱动模式设定为冷运行模式。

本方法可以进一步包括：当车辆的冷却剂温度等于或大于第二设定值时，通过控制器确定冷却剂的温度是否小于预设在存储器中的第一设定值；以及当车辆的冷却剂温度小于第一设定值时，通过控制器将车辆驱动模式设定为冷运行模式。本方法可以进一步包括：当车辆的冷却剂温度等于或大于第一设定值时，通过控制器将车辆驱动模式设定为正常模式。

此外，本发明还旨在提出一种燃料电池车辆的起动控制系统，所述系统可以包括：获取单元，其配置为获取包括燃料电池的冷却剂温度的冷运行模式条件；存储器单元，其配置为存储车辆再起动过程和第一设定值；以及控制器，其配置为比较冷却剂温度与设定在存储器中的第一设定值，随后当冷却剂温度小于第一设定值时，使用在车辆停车期间关于车辆状态的信息而在存储器中设定车辆再起动过程。该系统的各个单元可以通过控制器来执行。

附图说明

根据下述结合附图给出的具体实施方式，本发明的上述及其它目标、特征和优点将会得到更清晰的理解，其中：

图1是示出了根据本发明的示例性实施方案的燃料电池车辆的起动控制方法的流程图；以及

图2是示出了根据本发明的示例性实施方案的燃料电池车辆的起动控制系统的配置的框图。

具体实施方式

应当理解，此处所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语包括一般机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(suv)、大客车、卡车、各种商用车辆的乘用汽车，包括各种舟艇、船舶的船只，航空器等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、可插式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆(例如源于非石油的能源的燃料)。正如此处所提到的，混合动力车辆是具有两种或更多动力源的车辆，例如汽油动力和电力动力两者的车辆。

尽管所描述的示例性实施方案使用多个单元来进行示例性过程，但是应当理解，该示例性过程也可以通过一个或多个模块来进行。此外，应当理解，术语“控制器”指示包括存储器和处理器的硬件设备。存储器配置为存储模块，而处理器特定地配置为执行所述模块，以进行在下文进一步描述的一个或多个过程。

此外，本发明的控制逻辑可以以下述形式实现：在包含通过处理器、控制器等执行的可执行程序指令的计算机可读媒介上的非易失性计算机可读介质。计算机可读媒介的示例包括但不限于：rom、ram、光盘(cd)-rom、磁带、软盘、闪存盘、智能卡和光学数据存储设备。计算机可读记录媒介还可以分布在网络联结的计算机系统中，从而计算机可读介质以分布式方式存储和执行，例如，通过远程信息处理服务器或控制器局域网络(can)。

本文所使用的术语仅用于描述特定实施方案的目的并且不旨在限制本发明。正如本文所使用的，单数形式“一个(a)”和“该(the)”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确的指示。还应当理解，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，指明所记述的特征、整数(integers)、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但是不排除存在或加入一种或多种其他的特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其集合。如在此所使用的，术语“和/或”包括相关的列出项目的一个或多个的任意和全部组合。

除非特别声明或者从上下文显而易见的，如在此所使用的，术语“大约”应理解为在本领域的正常容许的范围内，例如在平均值的2个标准差之内。“约”可被理解为在指定值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％之内。除非另外在上下文中有明确的说明，本文提供的所有数值均受到术语“大约”修饰。

下面将参考所附附图对本发明的示例性实施方案进行描述。

如图1所示，根据本发明的起动控制方法可以包括：通过控制器检测冷运行模式条件(s100)，所述冷运行模式条件包括在车辆停车期间的燃料电池冷却剂温度；通过控制器确定冷却剂温度是否小于预设在存储器中的第一设定值(s200)；以及当冷却剂的温度小于第一设定值时，使用车辆停车期间的关于车辆状态的信息，通过控制器来在存储器中设定车辆再起动过程(s220)。

在检测步骤s100，冷运行模式条件可以使用各种因素，例如燃料电池堆的热量值或燃料电池堆的估计温度，以及冷却剂温度。可以使用各种方法来检测冷却剂温度。可以附接传感器来直接感测燃料电池冷却剂的温度，并随后将关于该温度的信息直接地传输至控制器。可选地，控制器可以配置为使用用于获取冷却剂温度的各种变量(例如，诸如燃料电池堆的电流的信息)来获取冷却剂温度。因为本发明使用燃料电池冷却剂的温度来设定再起动过程，所以应当对燃料电池冷却剂的温度进行精确测量。因此，可以使用能够直接检测冷却剂温度的传感器。

当使用上述方法已经检测到冷却剂温度时，可以比较所检测到的冷却剂温度值是否小于设定在存储器中的第一设定值。特别地，可以基于车辆的类型而对第一设定值进行不同的设定。然而，第一设定值通常指示燃料电池车辆不在正常模式下驱动时的冷却剂温度的值。

在燃料电池车辆中，因为燃料电池车辆配置为根据氢氧反应的原理来产生能量，所以作为氢氧反应的副产物的水总是存在于燃料电池中，因此燃料电池堆的温度是重要因素。所以，当燃料电池温度降至水的冻结点之下时，留存在燃料电池中的水冻结并且燃料电池的效率变差。因此，在燃料电池车辆的温度很低(例如，低于特定温度)的情况下，当车辆起动时，车辆不会直接进入正常运行模式而是进入冷模式，从而增加燃料电池的效率并确保车辆的运行稳定性。

因此，在本发明中，第一设定值可以是这样的值：在该冷却剂温度，燃料电池中的水冻结且因此使燃料电池车辆的效率变差。因为水的冻结点通常为0℃，所以第一设定值可以确定为0℃。然而，由控制器检测到的温度不是燃料电池堆的温度，而是燃料电池冷却剂的温度。因此，第一设定值可以设定为0℃以外的值。

如上所述，当通过控制器检测到的冷却剂温度小于第一设定值时，在车辆停车期间，车辆的运行状态是不正常的(例如，异常、有操作故障等)。因而，由于在停车后进行的给定步骤，在车辆再起动时，因为驾驶员可能会根据关于车辆状态的信息而通过控制器错误地确定车辆的实际状态，所以当车辆再起动时，需要将停车时的信息输入到控制器中。

例如，可以假设，当车辆必须经过低温状态(即，冷运行模式)时，燃料电池车辆的起动为on，随后当车辆没有进入正常运行模式时，车辆可以停车。特别地，因为车辆没有进入正常模式，所以即使当车辆再起动时，车辆也必须经过一定时间的冷运行模式。但是，在停车后，燃料电池车辆可以激活设置在燃料电池车辆中的电阻，从而减小燃料电池堆的电压。此外，可以驱动冷却剂泵以避免电阻过热，并且可以使冷却剂进行循环(冷却剂的温度可能由此而升高)。因此，由于冷却剂的温度的升高，控制器可以配置为确定车辆在车辆再起动时可以正常地运行或运转(例如，没有故障)，由此车辆可能不合期望地进入正常运行模式而不会经过冷运行模式。

因此，为了避免该问题，本发明的方法包括：使用在车辆停车期间关于车辆状态的信息而在存储器中设定车辆再起动过程。如图1所示，该方法可以进一步包括：当冷却剂温度等于或大于第一设定值时，通过控制器来删除设定在存储器中的车辆再起动过程(s260)。

如上所述，当冷却剂温度等于或大于第一设定值时，可以确定为当停车时车辆已经正常运行。因而，在再起动期间不会由于停车之后的一系列步骤而引起意外错误或故障。因此，当冷却剂温度等于或大于第一设定值时，车辆可以使用起动状态的车辆信息而进行起动过程。相应地，可以删除在存储器中设定的起动过程。

此外，响应于确定冷却剂温度小于第一设定值，并且因此执行车辆再起动过程的设定(s220)，如图1所示，可以执行下述步骤：响应于通过控制器接收到车辆的再起动信号，获取从车辆停车到接收到再起动信号所经过的时间的量(s240)；通过控制器而确定从车辆停车到接收到再起动信号所经过的时间是否小于预设在存储器中的参考时间(s300)；以及当从车辆停车到接收到再起动信号所经过的时间小于参考时间时，通过控制器保持(例如，暂停)设定在存储器中的车辆再起动过程(s320)。

可以将许多情形采用为本发明的经过时间获取过程中的再起动信号。例如，驾驶员向车辆输入点火开关连通信号可以被用作再起动信号，确定车辆的驱动单元的主继电器连通可以被用作再起动信号，以及燃料电池的激活可以被用作再起动信号。因此，这可以基于车辆的类型和状态而通过控制器进行各种设定。同样地，可以对被采用作为车辆的停车的时刻进行各种设定，例如，车辆接收点火开关断开信号的时刻，驱动单元的主继电器关闭的时刻，或者燃料电池的激活关闭的时刻。

当确定被采用为车辆的再起动信号的时刻和被采用为车辆的停车的时刻时，获取从车辆停车至接收到再起动信号所经过的时间，可以进行时间比较过程s300，且随后可以确定该经过的时间是否小于预设在存储器中的参考时间。具体而言，当从停车到再起动经过的时间很长(例如，大于预定时间段)时，可以省略使用停车时关于车辆状态的信息的再起动过程。如上所述，本发明提供了使用停车期间关于车辆状态的信息的再起动过程，以消除再起动期间的潜在故障，尤其是涉及燃料电池冷却剂的温度的故障。然而，当从停车到再起动经过的时间很长时，可以避免这种故障。

另外，在停车之后，由于电阻的工作所导致的冷却剂温度的升高可能是暂时的。因此，当停车后经过足够的时间时，可以假设冷却剂温度已恢复至最初的温度。因而，可以省略使用再起动过程的再起动。因此，如图1所示，当从车辆停车到接收到再起动信号所经过的时间超过参考时间时，本发明提供了删除在存储器中设定的车辆再起动过程(s260)。特别地，参考时间可以设置为各种值，且可以根据各种因素(包括燃料电池冷却剂的流速、燃料电池堆的性能等)进行计算。

此外，当从停车到接收到再起动信号所经过的时间小于参考时间时，会出现不同的情形。因为停车以后没有经过足够的时间，由于电阻的工作等而改变的冷却剂温度的值可能没有恢复至初始值。因此，可以使用在设定步骤s220设定在存储器中的车辆再起动过程来再起动车辆。因此，当从车辆停车到接收到再起动信号所经过的时间小于参考时间时，本发明提供了保持在存储器中设定的车辆再起动过程的步骤(s320)。

在保持步骤s320之后，如图1所示，在再起动期间，本发明可以根据在存储器中设定的车辆再起动过程而执行再起动车辆的再起动步骤s340。特别地，再起动过程包括在除了正常运行模式以外的状态下进行起动。基于燃料电池的类型和车辆的类型，可以呈现各种步骤。举例而言，可以通过向燃料电池堆施加一定的负载来监控燃料电池堆的性能。在除了正常运行模式以外的状态下(例如，低温状态)，燃料电池堆的性能会变差。因而，为了检测燃料电池堆的性能是否正常，该方法可以包括：向燃料电池堆施加一定的负载，检测燃料电池堆的性能，并且完成起动。

另外，本发明可以包括用于稳定地再起动车辆的额外步骤。特别地，该方法可以包括：通过控制器确定车辆停车时检测到的冷却剂温度是否小于第二设定值，该第二设定值小于预设在存储器中的第一设定值(s400)；当冷却剂的温度小于第二设定值时，通过控制器增高燃料电池堆的温度(s420)。

在确定冷却剂温度是否小于第二设定值的步骤s400中，出现了新的值(即，第二设定值)。第二设定值可以设定为小于第一设定值。如上所述，设定在存储器中的第一设定值可以是冷却剂温度的参考值，该冷却剂温度的参考值用于区分停车期间在正常运行模式中的车辆和停车期间在冷运行模式中的车辆。因而，第二参考值(其小于第一参考值)还可以是车辆处于冷运行模式时的冷却剂温度的值。因为冷却剂温度可以分为低温状态和极低温状态，所以设置有第二设定值。

当燃料电池车辆在室温(例如，大约15至30℃)时，冷却剂温度不太可能处于极低温状态。然而，在特别地情形下，例如，在冬天(例如，较冷的天气条件)或者当周围环境的温度相当低时，冷却剂的温度会相应地降低。因此，有必要将燃料电池车辆在该种情形下的再起动程序与在一般情形下的再起动程序区分开来。因此，本发明单独提供第二设定值，第二设定值成为用于通过控制器确定冷却剂温度是否相当低的参考值。

由于可以设置第二设定值(其是用于确定极低温状态的参考值)来保护燃料电池，所以只要第二设定值小于第一设定值，第二设定值可以进行各种的设定，而不必限制于特定的值。一般而言，燃料电池展现出高效性能的低温范围可以是设定第二设定值时的重要标准。

响应于检测到停车期间的车辆处于极低温状态，用于保护燃料电池的过程增加至上述再起动过程s340。相应地，本发明的方法可以包括通过控制器来增高燃料电池堆的温度(s420)。因此，根据本发明，即使当燃料电池堆温度小于第二设定值时，也可以增高燃料电池堆的温度，从而增加燃料电池的耐久性和效率。

根据本发明，无论控制器检测到的冷却剂温度是否小于第一设定值或第二设定值，控制器都可以因此配置为将车辆的驱动模式设定为冷运行模式。当在设定的冷运行模式下将车辆驱动预定时间之后，响应于确定燃料电池堆的热量值和性能达到正常范围，可以由控制器将模式改变为正常运行模式。

上述燃料电池车辆的起动控制方法采用了设定在存储器中的车辆再起动过程。因此，当已经删除再起动过程后，即，当在第一设定值比较步骤s200检测到的冷却剂温度等于或大于第一设定值，并且当在时间比较步骤s300从车辆停车到接收到再起动信号所经过的时间超过参考时间时，不会执行如上所述的起动控制方法。

因而，如图1所示，本发明的方法可以包括：当车辆再起动时检测燃料电池冷却剂的温度(s280)，并确定冷却剂的温度是否小于第二设定值(s500)，第二设定值小于预设在存储器中的第一设定值。

因此，即使当存储器中不存在车辆再起动过程时，控制器也可以配置为以上述方式检测燃料电池的冷却剂温度，并且确定所检测到的冷却剂温度的值是否小于第二设定值。具体而言，当冷却剂温度小于如上所述的第二设定值时，燃料电池会处于极低温状态，并且因此，会执行单独的过程来更稳定地起动车辆。因此，如图1所示，当车辆的冷却剂温度小于第二设定值时，可以通过控制器增高燃料电池堆的温度(s420)，车辆驱动模式可以设定为冷运行模式(s700)。

另外，当车辆的冷却剂温度等于或大于第二设定值时，方法可以包括：确定冷却剂的温度是否小于在存储器中预设的第一设定值(s600)。特别地，第一设定值可以确立为冷却剂温度的上限，第二设定值可以确立为冷却剂温度的下限，这是因为，第一设定值对应于用于对燃料电池车辆的正常运行模式和燃料电池车辆的冷运行模式进行区分的参考值，而第二设定值对应于用于确定燃料电池是否在极低温状态的参考值。

因此，响应于确定车辆的冷却剂温度小于第一设定值并且等于或大于第二设定值，控制器可以配置为将车辆驱动模式设定为冷运行模式，确保车辆的运行稳定性。最后，响应于确定车辆的冷却剂温度等于或大于第一设定值，车辆驱动模式可以设定为正常模式(s800)。燃料电池冷却剂的温度等于或大于第一设定值的现象表明，即使当驱动模式直接变为正常模式而不经过冷驱动模式，燃料电池的输出也可以实现。因此，可以在起动的同时将车辆的运行模式设定为正常运行模式，而无需单独的起动程序。

如图2所示，根据本发明的燃料电池车辆的起动控制系统可以包括：获取单元100，其配置为获取(感测)燃料电池的冷却剂温度；存储器单元300，其配置为存储车辆再起动过程和第一设定值；以及控制器200，其配置为比较冷却剂温度与设定在存储器中的第一设定值，并且当冷却剂温度小于第一设定值时，使用车辆停车期间关于车辆状态的信息而将车辆再起动过程设定至存储器。控制器200可以配置为操作获取单元100和存储器单元300。获取单元100可以是配置为测量冷却剂温度的传感器。

特别地，根据本发明的示例性实施方案，存储器单元300可以配置为存储第二设定值、参考时间、车辆再起动过程等以及第一设定值。控制器200可以配置为执行各个步骤，除了比较冷却剂温度和第一设定值之外，还包括比较冷却剂温度和第二设定值、删除车辆再起动过程以及比较经过的时间和参考时间。

上述配置可以实现下述效果。

第一，在停车期间的车辆状态可以应用于车辆再起动时的起动过程，从而，即使之前的起动过程不是正常状态(例如冷模式)，随后的起动操作也会反映之前的起动过程的状态，从而能够在随后起动中保证运行稳定性。

第二，现有模式可以基于冷却剂的温度而分为低温模式和极低温模式，因此，可以基于模式而应用不同的再起动步骤，从而改善燃料电池堆的耐久性。

尽管出于说明的目的已公开了本发明的示例性实施方案，但是本领域技术人员应当理解，在不脱离所附权利要求中所公开的本发明的范围和精神的情况下，各种修改、增加和删减是可能的。