一种车载燃料电池发动机的加热控制方法及系统与流程

1.本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种车载燃料电池发动机的加热控制方法。


背景技术：

2.燃料电池发动机具有无污染排放的优点，目前，各汽车公司都在大力发展燃料电池系统。燃料电池系统的热管理控制主要分为散热控制与加热控制。在冬季，燃料电池系统需要在0℃以下启动，因此要提前对尾排路进行加热，防止尾排气路中有冰阻塞，导致排水排气功能故障。
3.由于有了冷启动加热需求，整车电量消耗会增加，当车辆无法及时断掉低压电源时，会出现由于电量消耗过多蓄电池亏电的情况，继而导致整车无法再次启动。


技术实现要素：

4.鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种车载燃料电池发动机的加热控制方法及系统，用以解决现有加热控制方法在车载燃料电池发动机冷启动加热时容易导致蓄电池亏电的问题。
5.一方面，本发明实施例提供了一种车载燃料电池发动机的加热控制方法，包括如下步骤：识别低压电源启动、燃料电池发动机待机后，获取当前时刻的环境温度，并与设定值t1进行比较，如果环境温度低于设定值t1，执行下一步，否则，对燃料电池发动机不执行加热；获取低压电源的输出电压，判断其是否高于设定的电压阈值；如果是，对燃料电池发动机执行加热，并执行下一步；否则，对燃料电池发动机不执行加热；持续监测燃料电池发动机的实时温度，将所述温度与预设的温度阈值范围进行比较，直到所述温度超出阈值上限t2时，停止上述加热。
6.上述技术方案的有益效果如下：与现有技术相比，不仅能够满足原有的加热需求，同时由于引入了对供电电路电压的判断，在特定情况下整车无法断开低压电源时，监测到低压电源的输出电压低于设定阈值时，也不会启动，进而保护了蓄电池，避免出现过放电情况。
7.基于上述方法的进一步改进，该方法还包括：加热设定时间后，如果燃料电池发动机的实时温度低于温度阈值范围的阈值下限t3，获取设定时间结束时刻低压电源的输出电压；再次判断上述电压是否高于设定的电压阈值，如果是，继续对燃料电池发动机执行加热，否则，立即停止上述加热，不再执行后续对燃料电池发动机的加热。
8.上述进一步方案的有益效果如下：增加了启动加热后供电电路电压的判断。加热启动后，如果燃料电池发动机的实时温度低于温度阈值范围的阈值下限t3，需要再次检测
低压电源的输出电压，进而保护蓄电池，进一步避免过放电情况的发生。
9.进一步，所述设定值t1、阈值上限t2、阈值下限t3满足t1＜t3＜t2。
10.上述进一步方案的有益效果如下：通过上述设置，增加了温度控制逻辑，结合供电电路的判断，可以有效加热，同时保护蓄电池。
11.进一步，上述加热至少包括：对燃料电池发动机的尾排管路进行加热，以及，对燃料电池发动机的冷却液进行加热。
12.上述进一步方案的有益效果如下：可以在低温冷启动时，有效对燃料电池发动机加热，使其启动迅速。
13.进一步，通过如下步骤识别低压电源启动、燃料电池发动机待机：实时获取低压电源、燃料电池发动机的输出电流；判断是否满足低压电源的输出电流幅值高于预设电流阈值，且燃料电池发动机的输出电流为零；如果是，判定低压电源启动、燃料电池发动机待机成立，否则，判定低压电源启动、燃料电池发动机待机不成立，下一时刻继续上述低压电源、燃料电池发动机的输出电流的判断。
14.上述进一步方案的有益效果如下：通过上述方法，可以有效识别识别低压电源启动、燃料电池发动机待机状态。
15.另一方面，本发明实施例提供了一种车载燃料电池发动机的加热控制系统，包括：数据获取模块，用于实时获取环境温度、低压电源的输出电压、燃料电池发动机的实时温度，将其发送至数据处理与控制模块；数据处理与控制模块，用于识别低压电源启动、燃料电池发动机待机后，将当前时刻的环境温度与设定值t1进行比较，如果环境温度不低于设定值t1，对燃料电池发动机不执行加热，如果环境温度低于设定值t1，进一步获取低压电源的输出电压，判断其是否高于设定的电压阈值，如果否，对燃料电池发动机不执行加热，如果是，向执行机构发出启动加热指令，并持续监测燃料电池发动机的实时温度，将所述温度与预设的温度阈值范围进行比较，直到所述温度超出阈值上限t2时，向执行机构发出停止加热指令；执行机构，用于接收到数据处理与控制模块发出的启动加热指令后，对燃料电池发动机执行加热；以及，接收到数据处理与控制模块发出的停止加热指令后，停止对燃料电池发动机的加热。
16.上述技术方案的有益效果如下：与现有技术相比，不仅能够满足原有的加热需求，同时由于引入了对供电电路电压的判断，在特定情况下整车无法断开低压电源时，监测到低压电源的输出电压低于设定阈值时，也不会启动，进而保护了蓄电池，避免出现过放电情况。
17.基于上述系统的进一步改进，所述数据处理与控制模块，还用于加热设定时间后，将燃料电池发动机的实时温度与温度阈值范围的阈值下限t3进行比较，如果燃料电池发动机的实时温度低于温度阈值范围的阈值下限t3，获取设定时间结束时刻低压电源的输出电压，再次判断上述电压是否高于设定的电压阈值，如果是，向执行机构发出继续加热指令，否则，向执行机构发出停止加热指令，并不再向执行机构发出启动加热指令或继续加热指令；执行机构，还用于接收到数据处理与控制模块发出的继续加热指令后，继续对燃
料电池发动机执行加热。
18.上述进一步方案的有益效果如下：增加了启动加热后供电电路电压的判断。加热启动后，如果燃料电池发动机的实时温度低于温度阈值范围的阈值下限t3，需要再次检测低压电源的输出电压，进而保护蓄电池，进一步避免过放电情况的发生。
19.进一步，所述设定值t1、阈值上限t2、阈值下限t3满足t1＜t3＜t2。
20.上述进一步方案的有益效果如下：通过上述设置，增加了温度控制逻辑，结合供电电路的判断，可以有效加热，同时保护蓄电池。
21.进一步，所述数据获取模块进一步包括：环境温度传感器，设于整车车厢内，用于实时获取环境温度；电压电流一体传感器，设于低压电源的输出端，用于实时获取低压电源的输出电压和输出电流；电流传感器，设于燃料电池发动机的供电端，用于实时获取燃料电池发动机的输出电流；液体温度传感器，设于燃料电池发动机的冷却液输出端，用于实时获取燃料电池发动机的冷却液温度，作为燃料电池发动机的实时温度。
22.上述进一步方案的有益效果如下：通过上述设置，可以有效获取数据处理与控制模块需要的输入数据。
23.进一步，所述执行机构进一步包括：电加热器，设于燃料电池发动机的冷却液循环回路上，其输入端与燃料电池发动机的冷却液输出端连接，其输出端与燃料电池发动机的冷却液输入端连接，其控制端与数据处理与控制模块的输出端连接；加热尾排电磁阀，设于燃料电池发动机的尾排管路上，其控制端与数据处理与控制模块的输出端连接，用于对布设位置处的尾排管路进行加热。
24.上述进一步方案的有益效果如下：通过上述设置，可以有效地对燃料电池发动机电堆的内部和外部进行加热。
25.提供发明内容部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。发明内容部分无意标识本公开的重要特征或必要特征，也无意限制本公开的范围。
附图说明
26.通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
27.图1示出了实施例1车载燃料电池发动机的加热控制方法步骤示意图；图2示出了实施例2车载燃料电池发动机的加热控制方法原理示意图；图3示出了实施例3车载燃料电池发动机的加热控制系统组成示意图。
28.附图标记：t1
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设定值t1；t2
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阈值上限t2；t3
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阈值下限t3；v1
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设定的电压阈值。
具体实施方式
29.下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
30.在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。
31.为了更好地帮助技术人员理解本发明实施例中的具体技术方案，接下来，首先介绍方案中涉及的技术术语。
32.燃料电池发动机：一种基于氧化还原反应，把燃料的化学能转化为电能的装置，其燃料主要是氢气和氧气。氢气主要来自含有已提纯氢气的高压气瓶。氧气则主要来源是自然界的空气。影响氧化还原反应的主要因素是燃料气体的温度、压力和湿度。
33.冷启动：指在环境温度低于0℃以下时，燃料电池发动机的启动过程。
34.尾排阀: 安装在燃料电池发动机的尾排管路上的电磁阀。
35.实施例1本发明的一个实施例，公开了一种车载燃料电池发动机的加热控制方法，如图1所示，包括如下步骤：s1.识别低压电源启动、燃料电池发动机待机后，获取当前时刻的环境温度，并与设定值t1进行比较，如果环境温度低于设定值t1，执行下一步，否则，对燃料电池发动机不执行加热；s2.获取低压电源的输出电压，判断其是否高于设定的电压阈值；如果是，对燃料电池发动机执行加热，并执行下一步；否则，对燃料电池发动机不执行加热；s3.持续监测燃料电池发动机的实时温度，将所述温度与预设的温度阈值范围进行比较，直到所述温度超出阈值上限t2时，停止上述加热。
36.具体地，设定值t1为环境判定温度阈值，其单位为℃。阈值上限t2为加热判定温度阈值一，也是预设的温度阈值范围的上限，其单位为℃。设定的电压阈值为电源电压的判定阈值v1，其单位为v。
37.上述燃料电池发动机为现有技术，具体结构可参见现有的专利cn201920667362.4中描述，与低压电源（低压配电箱）、蓄电池（镍氢电池）的关系参见专利cn201821664393.6中描述。
38.上述对燃料电池发动机执行加热的途径分为对电堆外部和内部的加热。其中，对电堆外部的加热，例如对尾排管路加热，参见专利cn201510135012.x；对电堆内部的加热，例如采用双极板参见cn201920040611.7，或者通过冷却液加热参见专利cn201110367137.7。
39.与现有技术相比，本实施例提供的方法不仅能够满足原有的加热需求，同时由于引入了对供电电路电压的判断，在特定情况下整车无法断开低压电源时，监测到低压电源
的输出电压低于设定阈值时，也不会启动，进而保护了蓄电池，避免出现过放电情况。
40.实施例2在实施例1的基础上进行改进，该方法还包括如下步骤：s4.加热设定时间后，如果燃料电池发动机的实时温度低于温度阈值范围的阈值下限t3，获取设定时间结束时刻低压电源的输出电压；s5.再次判断上述电压是否高于设定的电压阈值，如果是，继续对燃料电池发动机执行加热，否则，立即停止上述加热，不再执行后续对燃料电池发动机的加热。
41.该方法的原理可参见图2所示，通过上述加热控制策略可以有效防止整车低压蓄电池过放电情况。
42.优选地，所述设定值t1、阈值上限t2、阈值下限t3满足t1＜t3＜t2。
43.优选地，上述加热至少包括：对燃料电池发动机的尾排管路进行加热，以及，对燃料电池发动机的冷却液进行加热。
44.优选地，通过如下步骤识别低压电源启动、燃料电池发动机待机：s11.实时获取低压电源、燃料电池发动机的输出电流；s12.判断是否满足低压电源的输出电流幅值高于预设电流阈值，且燃料电池发动机的输出电流为零；如果是，判定低压电源启动、燃料电池发动机待机成立，否则，判定低压电源启动、燃料电池发动机待机不成立，下一时刻继续上述低压电源、燃料电池发动机的输出电流的判断。
45.与实施例1相比，本实施例提供的方法增加了阈值下限t3以及进一步对低压电源的输出电压的判断，能够有效防止整车低压蓄电池过放电的情况。
46.实施例3本发明还公开了一种实施例1或2方法对应的车载燃料电池发动机的加热控制系统，包括依次连接的数据获取模块、数据处理与控制模块、执行机构，如图3所示。
47.数据获取模块，用于实时获取环境温度、低压电源的输出电压、燃料电池发动机的实时温度，将其发送至数据处理与控制模块。
48.数据处理与控制模块，用于识别低压电源启动、燃料电池发动机待机后，将当前时刻的环境温度与设定值t1进行比较，如果环境温度不低于设定值t1，对燃料电池发动机不执行加热，如果环境温度低于设定值t1，进一步获取低压电源的输出电压，判断其是否高于设定的电压阈值，如果否，对燃料电池发动机不执行加热，如果是，向执行机构发出启动加热指令，并持续监测燃料电池发动机的实时温度，将所述温度与预设的温度阈值范围进行比较，直到所述温度超出阈值上限t2时，向执行机构发出停止加热指令。
49.执行机构，用于接收到数据处理与控制模块发出的启动加热指令后，对燃料电池发动机执行加热；以及，接收到数据处理与控制模块发出的停止加热指令后，停止对燃料电池发动机的加热。
50.实施例4在实施例3的基础上改进，所述数据处理与控制模块，还用于加热设定时间后，将燃料电池发动机的实时温度与温度阈值范围的阈值下限t3进行比较，如果燃料电池发动机的实时温度低于温度阈值范围的阈值下限t3，获取设定时间结束时刻低压电源的输出电压，再次判断上述电压是否高于设定的电压阈值，如果是，向执行机构发出继续加热指令，
否则，向执行机构发出停止加热指令，并不再向执行机构发出启动加热指令或继续加热指令；执行机构，还用于接收到数据处理与控制模块发出的继续加热指令后，继续对燃料电池发动机执行加热。
51.优选地，所述设定值t1、阈值上限t2、阈值下限t3满足t1＜t3＜t2。
52.优选地，所述数据获取模块进一步包括环境温度传感器、电压电流一体传感器、液体温度传感器。
53.环境温度传感器，设于整车车厢内，用于实时获取环境温度。
54.电压电流一体传感器，设于低压电源的输出端，用于实时获取低压电源的输出电压和输出电流。
55.电流传感器，设于燃料电池发动机的供电端，用于实时获取燃料电池发动机的输出电流。
56.液体温度传感器，设于燃料电池发动机的冷却液输出端，用于实时获取燃料电池发动机的冷却液温度，作为燃料电池发动机的实时温度。
57.优选地，所述执行机构进一步包括电加热器、加热尾排电磁阀。
58.电加热器，设于燃料电池发动机的冷却液循环回路上，其输入端与燃料电池发动机的冷却液输出端连接，其输出端与燃料电池发动机的冷却液输入端连接，其控制端与数据处理与控制模块的输出端连接；加热尾排电磁阀，设于燃料电池发动机的尾排管路上，其控制端与数据处理与控制模块的输出端连接，用于对布设位置处的尾排管路进行加热。
59.以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对现有技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。