一种燃料电池自加热装置、方法及系统与流程

1.本技术涉及新能源领域，尤其涉及一种燃料电池自加热装置、方法及系统。


背景技术：

2.目前，随着碳中和，环保减排等意识的增强以及石油价格的不断上涨，氢燃料电池等新能源由于其零污染、可再生以及高效率等优势，受到广泛关注。由于燃料电池在0℃左右的低温环境下，只能产生一个较低的输出电压，因此，在低温环境中需要对燃料电池进行加热，以实现电池正常工作。目前，常用的加热方式有电加热以及催化燃烧加热。其中，电加热技术通过增加电热丝等加热装置对冷却液局部进行加热，将热量带入电池堆内部，这种方法较难控制温度，并且会降低燃料电池系统的效率；催化燃烧加热技术通过加装燃烧器用于催化反应，增加了燃料电池系统的成本以及复杂度。
3.因此，如何在不影响燃料电池系统效率和成本的情况下，便捷地对燃料电池进行加热是一个亟需解决的问题。


技术实现要素：

4.本技术提供了一种燃料电池自加热的装置、方法及系统，通过主控模块控制功率模块运行加热电路，对加热电路中的功率器件进行充放电操作，使功率器件产生热量，并将热量传输给燃料电池，可以实现燃料电池的自加热，方便快捷，且不需要额外加装设备。
5.第一方面本技术提供了一种燃料电池自加热的装置，该装置包括主控模块和功率模块，其中，功率模块包括多路选择器以及第一电路：主控模块，用于生成控制信号并将控制信号发送给连接的功率模块；功率模块，用于接收控制信号，并根据控制信号确定多路选择器的状态；在多路选择器处于目标状态的情况下，确定第一电路的输入源为动力电池，第一电路为加热电路，运行加热电路，以使加热电路中的电感进行充放电，使得功率器件产生热量，其中，功率器件包括第一开关管、第一导通管、第二开关管和第二导通管；在多路选择器处于非目标状态的情况下，确定第一电路的输入源为燃料电池，第一电路为升降压级联拓扑电路，实现为动力电池充电。
6.上述本技术提供的一种燃料电池自加热装置，通过主控模块生成指示多路选择器状态的控制信号并发送给功率模块，功率模块根据上述控制信号，确定第一电路的输入源，在第一电路的输入源为动力电池的情况下，确定运行加热电路，功率模块中的功率器件通过电感的充放电产生热量，并将热量传输给燃料电池，实现燃料电池的加热，其中，电感也是功率器件的一部分。在功率模块确定第一电路的输入源是燃料电池的情况下，第一电路为升降压级联拓扑电路。上述装置没有在燃料电池系统中加装加热装置，却可以实现给动力电池充电以及燃料电池的自加热两种功能，可以减少成本，降低燃料电池系统的复杂度。
7.在第一方面一种可能的实施方式中，主控模块，还用于生成控制第一开关管状态的第一信号以及控制第二开关管状态的第二信号，其中，第一信号和第二信号相同。
8.在第一方面一种可能的实施方式中，所述主控模块包括采样电路、数字控制芯片
以及驱动电路；采样电路，用于获取电感当前的电流信号；数字控制芯片用于获取外部通信信号，并根据外部通信信号以及电流信号，生成控制信号，其中，外部通信信号用于指示电感的目标电流值，控制信号包括指示多路选择器状态的多路选择器控制信号，第一信号以及第二信号；驱动电路用于将控制信号发送给功率模块。上述过程中，外部通信信号可以是外部上位机通过控制器局域网络(controller area network,can)协议发送的信号，用于控制电感的电流大小。主控模块根据外部通信信号，以及采样得到的当前的电感的电流信号，生成指示多路选择器状态，第一开关管状态和第二开关管状态的控制信号，通过控制多路选择器、第一开关管和第二开关管控制电感的电流大小，进一步控制热量产生的速度、温度跃迁等等。
9.在第一方面一种可能的实施方式中，功率模块具体用于接收多路选择器控制信号、第一信号以及第二信号；在多路选择器处于目标状态，第一信号和第二信号各自指示第一开关管和第二开关管导通的情况下，使电感充电，使得功率器件产生热量。上述过程中，第一开关管和第二开关管导通，动力电池作为加热电路中的输入端给电感充电，电感的电流不断增大，功率器件产生热量，将热量传递给燃料电池，实现燃料电池自加热。
10.或者，在多路选择器处于目标状态，第一信号和第二信号各自指示第一开关管和第二开关管关断的情况下，使电感放电，使得功率器件产生热量。上述过程中，第一开关管和第二开关管关断，由于电感的电流不会突变，电感给输入端的动力电池充电，电感的电流不断减小。在电感给动力电池充电的过程中，功率器件产生热量，将热量传递给燃料电池，实现燃料电池自加热。
11.根据上述两种可能的实施例，在燃料电池自加热装置中，主控模块通过控制信号确定第一开关管和第二开关管的导通或者关断，通过控制开关管各自的占空比大小，控制电感的电流大小，控制功率器件产生热量的多少，进一步控制燃料电池加热的速度以及温度等。上述过程可以减少燃料电池加热过程中温度跃迁不稳定造成的燃料电池工作效率降低的问题。
12.在第一方面一种可能的实施方式中，电感为单相电感或多相电感并联。由于电感的电流不会突变，可以续流，电感可以在第一开关管和第二开关管导通或者关断的情况下，进行充放电，使得功率器件产生热量，将热量传输至燃料电池中。
13.第二方面本技术提供了一种燃料电池自加热的方法，该方法应用于第一方面提供的一种燃料电池自加热装置，燃料电池自加热装置包括主控模块和功率模块，其中，功率模块包括多路选择器以及第一电路，该方法包括：主控模块生成控制信号，并将控制信号发送给功率模块；功率模块接收控制信号，并根据控制信号确定多路选择器的状态；在多路选择器处于目标状态的情况下，确定第一电路的输入源为动力电池，第一电路为加热电路，运行加热电路，以使加热电路中的电感进行充放电，使得功率器件产生热量，其中，功率器件包括第一开关管、第一导通管、第二开关管和第二导通管；在多路选择器处于非目标状态的情况下，确定第一电路的输入源为燃料电池，第一电路为升降压级联拓扑电路，实现为动力电池充电。
14.在第二方面一种可能的实施方式中，上述方法还包括：主控模块生成控制第一开关管状态的第一信号以及控制第二开关管状态的第二信号，其中，第一信号和第二信号相同。
15.在第二方面一种可能的实施方式中，主控模块包括采样电路、数字控制芯片以及驱动电路；采样电路获取功率器件当前的电流信号；数字控制芯片，获取外部通信信号，并根据外部通信信号以及电流信号，生成控制信号，其中，外部通信信号用于指示电感的目标电流值，控制信号包括指示多路选择器状态的多路选择器控制信号，第一信号以及第二信号；驱动电路将控制信号发送给功率模块。
16.在第二方面一种可能的实施方式中，功率模块接收多路选择器继电器控制信号、第一信号以及第二信号；功率模块在多路选择器处于目标状态，第一信号和第二信号各自指示第一开关管和第二开关管导通的情况下，使电感充电，使得功率器件产生热量；或者，功率模块在多路选择器处于目标状态，第一信号和第二信号各自指示第一开关管和第二开关管关断的情况下，使电感放电，使得功率器件产生热量。
17.第三方面本技术提供了一种燃料电池自加热系统，该系统包括燃料电池自加热装置以及温度传感装置，温度传感装置用于获取燃料电池的温度，向燃料电池自加热装置发送温度信号，温度信号用于指示燃料电池的温度；燃料电池自加热装置用于接收温度信号，并根据温度信号执行第二方面提供的燃料电池自加热方法，并且可以实现第一方面燃料电池自加热装置的功能。
18.本技术在上述各方面提供的实现方式的基础上，还可以进行进一步组合以提供更多实现方式。
附图说明
19.为了更清楚地说明本技术实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
20.图1是本技术实施例提供的一种燃料电池自加热装置的结构示意图；
21.图2是本技术实施例提供的一种非目标状态下功率模块运行的升降压级联拓扑电路的结构示意图；
22.图3是本技术实施例提供的一种目标状态下功率模块运行的加热电路的结构示意图；
23.图4是本技术实施例提供的一种加热电路中第一开关管和第二开关管处于导通状态的等效电路结构示意图；
24.图5是本技术实施例提供的一种加热电路中第一开关管和第二开关管处于关断状态的等效电路结构示意图；
25.图6是本技术实施例提供的一种燃料电池自加热方法的流程图；
26.图7是本技术实施例提供的一种燃料电池自加热系统的结构示意图。
具体实施方式
27.目前，燃料电池因其零污染、可再生以及高效率特性，广泛应用于汽车等工业行业中。但是燃料电池对环境温度的要求较高，在燃料电池系统处于低温环境的情况下，燃料电池只能输出一个较低电压。目前，在燃料电池系统处于低温环境时，可以通过电加热技术，或者催化加热技术来产生热量，提高燃料电池的温度。其中，电加热技术通过在燃料电池系统中增加电热丝等加热装置，对冷却液局部进行加热，并将热量传输至燃料电池内部，这种
方法需要严格控制温度跃迁，在温度过高时会损坏燃料电池的模电极，降低燃料电池的工作效率；催化燃烧加热技术通过在燃料电池系统中加装燃烧器用于催化反应，产生热量，为燃料电池升温，这种方法增加了燃料电池系统的成本以及复杂度。
28.因此，为了解决上述问题，本技术提供了一种燃料电池自加热装置，通过主控模块控制功率模块，使功率模块在低温环境下运行加热电路，使得加热电路中的电感进行充电或者放电操作，使得功率器件产生热量，将热量传输给燃料电池，实现燃料电池自加热。如图1所示，图1是燃料电池自加热装置的结构示意图。该燃料电池自加热装置100包括主控模块110和功率模块120，其中，功率模块120中包括多路选择器s1以及第一电路：主控模块110，用于生成控制信号并将控制信号发送给连接的功率模块；功率模块120，用于接收控制信号，并根据控制信号确定多路选择器的状态；在多路选择器处于目标状态的情况下，确定第一电路的输入源为动力电池，第一电路为加热电路，运行加热电路，以使加热电路中的电感l1进行充放电，使得功率器件产生热量，其中，功率器件包括第一开关管q1、第一导通管d1、第二开关管q2和第二导通管d2；在多路选择器处于非目标状态的情况下，确定第一电路的输入源为燃料电池dc，所述第一电路为升降压级联拓扑电路，实现为动力电池充电。
29.上述主控模块中包括采样电路111、数字控制芯片112以及驱动电路113。上述功率模块中的多路选择器可以是继电器等多触点开关，图1中以继电器s1为例进行说明，对于多路选择器的具体类型本技术不作具体限定。上述作为输入源的动力电池，在图1中以c2为例进行说明。
30.上述功率器件包括的第一开关管和第二开关管可以是碳化硅mosfet管，碳化硅mosfet管的导通电阻和开关损耗相较于其他种类大幅降低，并且由于其具有高温工作特性，可以提高工作的稳定性，第一开关管和第二开关管也可以是其他种类的开关管，对此本技术不作具体限定。第一导通管和第二导通管可以是二极管、导通管或者是开关管等，图1中以二极管为例进行说明，对此本技术不作具体限定。
31.上述加热电路中的电感l1也属于上述功率器件，与第一开关管q1、第一导通管d1、第二开关管q2和第二导通管d2共同产生热量，电感为单相电感或多相电感的并联，对此本技术不作具体限定。上述功率模块中电容c1和动力电池c2并联，两端对应的电压相同，继电器s1的动触点与第一开关管q1连接，第一静触点与第二导通管d2连接，第二静触点与燃料电池连接。
32.功率模块根据主控模块生成的控制信号确定继电器的状态，确定功率模块包括的第一电路对应的输入源。在继电器的第一静触点闭合的情况下(即第一静触点与第二导通管d2连接，继电器处于目标状态)，确定第一电路的输入源为动力电池，确定第一电路为加热电路，运行加热电路，使电感进行充放电，功率器件产生热量。在上述功率模块运行加热电路的过程中，功率器件包括的电感、第一开关管、第二开关管、第一导通管以及第二导通管可以共同产生大量热量，本技术对于加热电路中产生热量的器件不作具体限定。由此，功率模块在燃料电池系统不增加加热装置的情况下，可以产生充足热量，实现燃料电池的自加热。在继电器的第二静触点闭合的情况下(即第二静触点与燃料电池连接，继电器处于非目标状态)，第一电路的输入源为燃料电池，第一电路为升降压级联拓扑电路，可以使功率模块实现正常的升压降压功能，调节输出侧动力电池两端的电压，也就是实现动力电池充电功能。
33.在一种可能的实施方式中，一个温度传感器分别与燃料电池以及主控模块连接，其中，温度传感器可以与燃料电池、主控模块共同集成在燃料电池自加热装置中，或者单独集成在温度传感装置中，对此本技术不作具体限定。在温度传感器获取到燃料电池的温度低于第一温度阈值的情况下，温度传感器向主控模块发送低温信号。在温度传感器获取到燃料电池的温度高于第二温度阈值的情况下，温度传感器向主控模块发送高温信号，其中，第二温度阈值大于或者等于第一温度阈值，对此本技术不作具体限定。燃料电池在所处温度大于或者等于第一温度阈值，且小于或者等于第二温度阈值的情况下，可以以正常效率进行工作，此时，温度传感器可以获取燃料电池可以正常工作的温度值，并向主控模块发送正常温度信号。
34.在一种可能的实施方式中，在温度传感器发送正常温度信号给主控模块的情况下，主控模块中的数字控制芯片根据上位机通过控制器局域网络(controller area network，can)协议发送的外部通信信号，采样电路从功率模块中采样得到的电感当前的电流信号，以及正常温度信号等，生成控制信号，其中，控制信号包括指示继电器状态的继电器控制信号、指示第一开关管q1状态的第一信号以及指示第二开关管q2状态的第二信号。主控模块通过驱动电路将上述信号发送至功率模块。继电器控制信号指示继电器的第二静触点闭合，将燃料电池作为第一电路的输入源，确定第一电路为升降压级联拓扑电路，运行升降压级联拓扑电路。第一信号和第二信号通过控制正常电路中第一开关管和第二开关管的导通和关断，调节第一电路的输出端两端的电压，实现动力电池充电功能。
35.上述第一信号和第二信号是数字控制芯片根据外部通信信号以及采样得到的当前电感的电流信号，经比例积分(proportional integral，pi)调节器生成的相同的两个脉冲宽度调制(pulse width modulation，pwm)信号，pwm-q1和pwm-q2。由于第一信号pwm-q1和第二信号pwm-q2相同，第一开关管和第二开关管只有共同导通，或者共同关断两种状态。其中，pi调节器根据上位机发送的外部通信信号，确定给定的电感电流值，并根据采样得到的当前的电感电流信号生成控制电感电流值的第一信号和第二信号。经过pi调节器生成第一信号和第二信号，可以避免电流由于惯性和滞后特性，造成的温度过高，降低燃料电池效率的问题。
36.如图2所示，图2是本技术实施例提供的一种非目标状态下功率模块运行的升降压级联拓扑电路的结构示意图，上述升降压级联拓扑电路中器件之间的连接关系如下。燃料电池dc的第一端与继电器s1的第二静触点连接，第二静触点与继电器s1的动触点连接，继电器处于非目标状态；继电器的动触点与第一开关管q1的第一端连接，第一开关管q1的第二端与第一导通管d1的第一端连接，以及与电感l1的第一端连接，第一导通管d1的第二端与燃料电池dc的第二端连接，以及与第二开关管q2的第二端连接，第二开关管q2的第一端与电感l1的第二端连接，电感l1的第二端与第二导通管d2的第二端连接，第二导通管的第一端与输出端的动力电池c2的第一端连接，动力电池c2的第二端还与第二开关管q2的第二端连接，电容c1和动力电池c2并联，电容c1的第一端与动力电池c2的第一端连接，电容c1的第二端与动力电池c2的第二端连接。
37.在另一种可能的实施方式中，功率模块除运行图2所示的升降压级联拓扑电路外，还可以运行另一种电路。在燃料电池所处温度低于第一温度阈值的情况下，温度传感器将低温信号发送至主控模块，主控模块中的数字控制芯片根据外部通信信号，采样电路得到
的电感的电流信号以及低温信号等，生成指示继电器的第一静触点闭合的继电器控制信号，功率模块根据该继电器控制信号，确定第一电路中的输入源为动力电池，第一电路为加热电路，功率模块运行加热电路。
38.如图3所示，图3是本技术实施例提供的一种目标状态下功率模块运行的加热电路的结构示意图，其中，主控模块与功率模块连接，功率模块中包括运行的加热电路，该加热电路还可以包括电容c1，连接关系如下：继电器s1的动触点与第一静触点连接，继电器处于目标状态；电容c1和动力电池c2并联，电容c1的第一端与动力电池c2的第一端连接，电容c1的第二端与动力电池c2的第二端连接，电容c1的第一端分别与第二导通管d2的第一端，继电器s1的第一静触点连接，第二导通管d2的第二端分别与电感l1的第二端、第二开关管q2的第一端连接，第一开关管q1的第二端分别与电感l1的第一端、第一导通管d1的第一端连接，第一开关管q1的第一端与继电器s1的动触点连接，电容c1的第二端分别与第一导通管d1的第二端、第二开关管q2的第二端连接。在上述回馈电路中，功率模块还根据接收的第一信号和第二信号，控制第一开关管q1和第二开关管q2同时导通或关断，从而控制电感进行充放电，在充放电过程中使功率器件产生热量，并且将热量传输给燃料电池，实现燃料电池的自加热。
39.在一种可能的实施方式中，数字控制芯片根据接收的指示电感目标电流值的外部通信信号，以及采样得到的当前的电感的电流信号，生成指示第一开关管导通的第一信号以及第二开关管导通的第二信号，第一信号和第二信号都为高电平。
40.如图4所示，图4是本技术实施例提供的一种加热电路中第一开关管和第二开关管处于导通状态的等效电路结构示意图。其中，第一开关管和第二开关管在导通状态下相当于短路，电感l1的第一端与动力电池的第一端连接，电感l1的第二端与动力电池的第二端连接，动力电池与电容并联，电容c1的第一端与动力电池c2的第一端连接，电容c1的第二端与动力电池c2的第二端连接。在图4中，由于电容可以存储电压，电容和动力电池并联，动力电池给电感l1充电实际上就是电容c1给电感l1充电。随着第一开关管和第二开关管导通时间的增加，电感l1充电时间延长，电感l1的电流不断增加。电感、第一开关管以及第二开关管根据电感电流产生热量，将热量通过冷却液传输至燃料电池中，使燃料电池升温。
41.在另一种可能的实施方式中，在数字控制芯片根据接收的指示电感目标电流值的外部通信信号，以及采样得到的当前的电感的电流信号，生成指示第一开关管关断的第一信号以及第二开关管关断的第二信号，第一信号和第二信号都为低电平。
42.如图5所示，图5是本技术实施例提供的一种加热电路中第一开关管和第二开关管处于关断状态的等效电路结构示意图。其中，第一开关管和第二开关管在关断状态下相当于开路，电感l1的第一端与第一导通管的第一端连接，第一导通管的第二端与电容的第二端连接，电容的第一端与第二导通管的第一端连接，第二导通管的第二端与电感l1的第二端连接。由于电源输入的是直流电，电感的电流以一定的比率线性增加，在放电过程中，由于电感电流不会突变，此时电感上的电流通过第一导通管和第二导通管续流，给电容充电。随着开关管关断时间的增加，电感磁芯上的磁场逐渐减少，电感电流也随之减小，在上述过程中，电感根据电感电流产生的热量通过冷却液传输至燃料电池中，使燃料电池升温。
43.在上述图4、图5中，产生热量的功率器件仅以图示的一个电感为例进行说明，在电感进行充电的过程中，产生热量的功率器件可以是电感，还可以是电路中的第一开关管和
第二开关管、第一导通管和第二导通管；实际应用中，产生热量的器件除图示的单相电感外，还可以是多相电感并联，例如四相电感、六相电感等，在电感进行充电的过程中，多个电感以及每个电感对应的开关管可以同时产生热量，在电感进行放电的过程中，多个电感也可以产生热量。在一种可能的实施方式中，功率模块中可以包括更多类型，或者更多数量的产生热量的器件，对此本技术不作具体限定。
44.在上述两种可能的实施方式中，功率模块根据第一开关管和第二开关管的频率，确定一次完整的充放电工作时长，通常情况下，开关管的占空比为50～55％，功率模块可以根据占空比控制电感充电和放电各自的时长，其中，占空比为在一次完整的充放电工作时长中第一开关管和第二开关管导通时间所占的百分比，也就是一次电感充电时长在一次完整的充放电工作时长中所占的百分比，本技术对占空比的大小不作具体限定。在占空比增大的情况下，第一开关管和第二开关管导通的时间增加，电感l1充电时长增加，电感l1对应的电流增大，功率器件产生的热量随之增加。在占空比减小的情况下，第一开关管和第二开关管关断的时间增加，电感l1放电的时长增加，电感l1对应的电流减小，功率器件产生的热量也逐渐减小。综上，功率模块通过控制占空比，控制电感充电或者放电的时长，从而控制电感电流的大小。控制电感电流的大小可以控制电感、第一开关管、第一导通管、第二开关管和第二导通管产生的热量，从而控制燃料电池的温度跃迁等，可以避免燃料电池难以调节温度，导致温度过高造成的膜电极损坏，燃料电池工作效率降低的问题。
45.在一具体的实施方式中，在燃料电池处于低温环境，无法正常工作的情况下，主控模块根据接收的温度传感器发送的低温信号，生成指示继电器的第一静触点闭合的继电器控制信号，将继电器控制信号发送给功率模块。功率模块根据继电器控制信号，确定第一电路的输入源为动力电池，运行加热电路。主控模块还根据外部通信信号，采样得到的当前电感的电流信号，以及pi调节器，生成指示第一开关管状态的第一信号和指示第二开关管状态的第二信号。此时，第一信号和第二信号都是高电平，功率模块根据第一信号和第二信号，确定第一开关管和第二开关管导通。在第一开关管和第二开关管导通的情况下，加热电路中电感处于充电状态，电感、第一开关管和第二开关管共同产生热量，通过冷却液将产生的热量传输至燃料电池，燃料电池升温。
46.在采样得到的当前电感的电流信号过大的情况下，主控模块根据外部通信信号，采样得到的当前电感的电流信号，以及pi调节器，生成低电平的第一信号和第二信号。功率模块根据第一信号和第二信号，确定第一开关管和第二开关管关断。在第一开关管和第二开关管关断的情况下，加热电路中电感处于放电状态，电感、第一导通管和第二导通管产生热量，产生的热量随着放电时间的延长逐渐减小。功率模块继续通过冷却液将产生的热量传输至燃料电池中，直至燃料电池通过自加热达到正常工作温度。
47.在燃料电池处于正常工作温度进行工作的情况下，主控模块根据接收的温度传感器发送的正常温度信号，生成指示继电器的第二静触点闭合的继电器控制信号，并发送给功率模块。功率模块根据继电器控制信号，确定电路的输入源为燃料电池，运行升降压级联拓扑电路，实现升压或者降压。
48.在一种可能的实施方式中，上述主控模块和上述功率模块可以集成在一个装置中，如图1所示。或者，上述主控模块和上述功率模块可以集成在两个不同的装置中，实现上述所有的功能，对此本技术不作具体限定。
49.上述燃料电池自加热装置可以应用于定置型发电机，运输工具(如汽车，飞机，船只等)以及便携式电源系统等等，对此本技术不作具体限定。
50.综上所述，本技术提供的一种燃料电池自加热的装置，通过主控模块控制功率模块利用燃料电池系统原有的功率器件产生热量，实现燃料电池系统的自加热，相较于当前的外部加热技术，更加方便，且不需要增加燃料电池的成本以及复杂度。本技术提供的燃料电池自加热装置还可以根据外部通信信号以及采样得到的电感的电流信号，生成两个相同的pwm信号，根据pwm信号控制第一开关管和第二开关管的状态，从而灵活控制电感的电流大小，进一步控制功率器件产生的热量的大小，防止温度过高对燃料电池效率产生影响。
51.如图6所示，图6是本技术提供的一种燃料电池自加热方法的流程图。该方法应用于图1所示的燃料电池自加热装置中，该方法包括如下步骤。
52.s610：主控模块生成控制信号，并将控制信号发送给功率模块。
53.主控模块根据上位机发送的外部通信信号以及功率模块中电感的电流信号，生成控制信号，其中，上位机发送的外部通信信号可以用于指示电感电流的大小，可以是通过can协议发送的信号，对此本技术不作具体限定。
54.主控模块生成的控制信号包括指示多路选择器状态的多路选择器控制信号、指示第一开关管状态的第一信号以及指示第二开关管状态的第二信号。
55.在一种可能的实施方式中，主控模块除接收外部通信信号以及采样得到的功率模块中电感的电流信号外，还接收温度传感器发送的燃料电池当前的温度信号。主控模块根据接收的温度信号，生成指示多路选择器状态的多路选择器控制信号。
56.在燃料电池的温度低于第一温度阈值的情况下，温度传感器将低温信号发送给主控模块，其中，第一温度阈值是燃料电池正常工作的最低温度值。主控模块根据低温信号确定燃料电池需要进行自加热，生成指示多路选择器处于目标状态的多路选择器控制信号，并将该多路选择器控制信号发送给功率模块，用于指示功率模块运行加热电路。
57.在燃料电池的温度高于第一温度阈值，燃料电池正常工作的情况下，温度传感器发送正常温度信号给主控模块，主控模块确定燃料电池正常工作，生成指示多路选择器处于非目标状态的多路选择器控制信号，并将该多路选择器控制信号发送给功率模块，用于指示功率模块运行升降压级联拓扑电路。
58.在一种可能的实施方式中，主控模块将接收的外部通信信号以及采样得到的功率模块中的电流信号，通过pi调节器生成两个相同的pwm信号，两个pwm信号分别是第一信号和第二信号。
59.s620：功率模块接收控制信号，并根据控制信号确定多路选择器的状态。在确定多路选择器处于目标状态的情况下，功率模块执行步骤s630；在确定多路选择器处于非目标状态的情况下，功率模块执行步骤s640。
60.功率模块接收主控模块发送的控制信号，根据控制信号中的多路选择器控制信号，确定多路选择器的状态。
61.s630：功率模块确定第一电路的输入源为动力电池，第一电路为加热电路，运行加热电路，使电感进行充放电。
62.在多路选择器控制信号指示多路选择器处于目标状态的情况下，功率模块确定第一电路的输入源为动力电池，第一电路为加热电路，运行加热电路。功率模块根据接收的控
制信号中的第一信号和第二信号，分别确定第一开关管和第二开关管的状态，使加热电路中的电感进行充电或者放电，使得加热电路中的功率器件产生热量，并将热量传输给燃料电池。
63.在一种可能的实施方式中，在第一信号和第二信号处于高电平的情况下，第一开关管和第二开关管处于导通状态，电感与电容两端连接，电容给电感充电。在第一开关管和第二开关管导通时间增加的情况下，电感充电时间增加，电感的电流越来越大。电感、第一开关管以及第二开关管根据电感的电流产生热量，并且将热量通过冷却液传输至燃料电池中，使燃料电池升温，电感电流越大，产生的热量越多，升温越快。
64.在另一种可能的实施方式中，在第一信号和第二信号处于低电平的情况下，第一开关管和第二开关管处于关断状态。由于电感电流不会突变，电感上的电流通过第一导通管和第二导通管续流，给电容充电。在第一开关管和第二开关管关断时间增加的情况下，电感磁芯上的磁场逐渐减少，电感的电流也越来越小，上述过程中，电感、第一导通管和第二导通管根据电感电流产生热量，并且将热量通过冷却液传输至燃料电池中，使燃料电池升温，电感电流越小，功率器件产生的热量减少，燃料电池升温越慢。
65.上述过程中，功率模块根据第一信号和第二信号控制第一开关管和第二开关管的状态，控制电感的充放电状态，可以实现灵活控制电感的电流的大小，从而控制功率器件产生热量的多少，可以避免由于功率器件产生热量过高，损伤燃料电池的膜电极，造成燃料电池工作效率降低的问题。
66.s640：功率模块确定第一电路的输入源为燃料电池，第一电路为升降压级联拓扑电路，实现为动力电池充电。
67.在多路选择器处于非目标状态的情况下，功率模块确定电路的输入源为燃料电池，第一电路为升降压级联拓扑电路，功率模块运行该升降压级联拓扑电路。在功率模块运行升降压级联拓扑电路的情况下，功率模块根据控制信号中的第一信号和第二信号，分别确定功率模块中第一开关管和第二开关管的状态，调节输出侧两端的电压，实现动力电池充电功能。
68.具体实现中，图1所示的燃料电池系统以及图2所示的燃料电池自加热装置中的主控模块110用于执行上述步骤s610，功率模块120用于执行上述步骤s620～s640。
69.综上所述，本技术提供的一种燃料电池自加热方法，通过主控模块生成的控制信号控制功率模块中第一电路的输入源，从而控制功率模块中的运行电路，使功率模块在第一电路的输入源为动力电池的情况下，运行加热电路，利用电感充放电，使功率器件产生热量，更加方便地实现了燃料电池的自加热，实现燃料电池在低温环境下的正常工作，避免燃料电池工作效率降低的问题。并且，燃料电池自加热的方法，不需要在燃料电池系统中加装加热装置，可以控制燃料电池的成本以及燃料电池系统的复杂度。
70.如图7所示，图7是本技术实施例提供的一种燃料电池自加热系统的结构示意图，该燃料电池自加热系统700至少包括图1所示的燃料电池自加热装置100以及包括温度传感器721的温度传感装置720。温度传感装置用于获取燃料电池的温度，向燃料电池自加热装置发送温度信号，温度信号用于指示燃料电池的温度；燃料电池自加热装置用于接收温度信号，并根据温度信号执行图6所示的燃料电池自加热方法，并且可以实现图1所示的燃料电池自加热装置的所有功能。
71.在一种可能的实施方式中，上述温度传感器、上述主控模块和上述功率模块可以集成在相同或者不同的装置中实现上述功能，因此，燃料电池自加热系统中可以包括更多或者更少的装置，对此本技术不作具体限定。