态)，以便在燃料电池堆被加热到期望的温度之后进行正常的燃料电池堆操作。这一解决方案可以廉价地实现。然而，由于燃料电池堆在冷启动模式下被短接，因此车辆不可能启动。为了解除所述短接状态，燃料电池堆必须达到期望的温度。一旦燃料电池堆达到期望的温度，那么车辆可执行启动状态。
[0033]在此公开的实施例可提供包括升压转换器、降压转换器或降压-升压转换器的燃料电池转换器，以帮助燃料电池堆在冷启动模式下加热。转换器可以是单向转换器或双向转换器。升压转换器允许燃料电池堆将输出电压改变为其期望的电平，同时在车辆侧保持最佳电压。通过利用在燃料电池堆电流增加时出现燃料电池堆的内电阻的增加而在燃料电池堆上产生热(增加废热产生率)。为了正常的燃料电池堆操作，形成升压转换器的一部分的接触器闭合，从而绕开用于在冷启动模式下加热燃料电池堆的升压转换器内的附加电子器件。为了在冷启动模式下加热燃料电池堆，接触器被控制为断开，同时升压转换器上的附加电子器件(例如，绝缘双极型晶体管(IGBT))被切换为汲取电流，从而使燃料电池堆产生热。当升压转换器汲取电流以加热燃料电池堆时，这一状况向驾驶员提供启动车辆的能力。以下，将会更详细地描述这些方面和其它方面。
[0034]图1描述了用于加热燃料电池堆12的第一设备10。第一设备10包括可操作地连接到多个负载16的升压转换器14，第一设备10可被实施在车辆13中。升压转换器14包括接触器18、电感器20、二极管22和开关器件24(比如IBGT或其它合适的器件)。在正常的燃料电池启动状态(例如，车辆13在车辆13的外部温度大于5°C时起动)期间，接触器18闭合，使得燃料电池堆12向负载16提供电力。当接触器18闭合时，从燃料电池堆12产生的电流流经接触器18，并绕过电感器20、二极管22和开关器件24。
[0035]在冷启动模式(例如，车辆13在外部温度小于5°C时启动)下，接触器18断开，并且燃料电池堆12驱动电感器20、二极管22和开关器件24。在这种情况下，IGBT 24响应于来自燃料电池堆12的电力而产生热。运送冷却剂的管道(未示出)被设置在IGBT 24附近，使得冷却剂从那里被加热。所述管道在燃料电池堆12周围延伸，加热的冷却剂用于加热燃料电池堆12。此外，IGBT 24驱动负载16。应该认识到，负载16包括使车辆能够驾驶和/或操作的任意数量的车辆相关装置。在冷启动模式下，IGBT 24可提供足够的电力以驱动至少部分负载16，使得在燃料电池堆12的冷启动期间车辆启动状态成为可能。以下将对此进行更为详细地讨论。
[0036]图2描述用于以高电压实施方式加热燃料电池堆12的第二设备30。第二设备30总体上包括燃料电池堆12、升压转换器14、控制器32和温度传感器33。通常，控制器32可基于燃料电池堆12的特定模式来控制接触器18断开或闭合。例如，如果燃料电池堆12处于正常的燃料电池启动状态，那么控制器32可控制接触器18闭合，从而允许电力绕过升压器14内的IGBT 24和附加电路。在这种情况下，各种负载16，诸如但不限于牵引马达34、空气压缩机(或阴极压缩机)36、可变电压负载38 (例如，电动压缩机马达或可在从170V变化到450V的电压下操作的其它合适的装置)、DC/DC转换器40、固定电压负载42 (例如，开环控制感应马达)和电池44，可由燃料电池堆12供电。控制器32被配置为在车辆启动期间从温度传感器33接收指示车辆13的外部温度的信号。如果测量的温度超过预定的温度水平，则控制器32确定车辆13处于正常的燃料电池启动状态。在这种情况下，控制器32随后闭合接触器18，以允许燃料电池堆12向负载16供电。
[0037]通常，第二设备30可总体上被定义为高电压燃料电池堆实施方式。在这种情况下，燃料电池堆12提供足够的电流以驱动牵引马达34和空气压缩机36。例如，燃料电池堆12可在车辆总线35上提供170V至450V之间的电压的电流，以驱动牵引马达34、空气压缩机36和可变电压负载38。
[0038]牵引马达34被构造为使车辆13能够被驱动。空气压缩机36对传送到燃料电池堆12的气流进行增压，以允许燃料电池堆12产生电流。在一个示例中，空气压缩机36可能需要至少170V的电压来运行燃料电池堆的操作。然而，空气压缩机36仍然可以提供足够的增压空气，以允许燃料电池堆12在低于170V的电压下执行车辆启动(例如，在冷启动模式下的部分操作)。以下将对此进行更为详细地讨论。如以上所指出的，燃料电池堆12接收空气和氢气，并将所述空气和氢气电化学地转换成电流或电力。
[0039]在正常的燃料电池启动状态(或正常的燃料电池操作)下，燃料电池堆12可产生存储在电池44中的电力。此外，电池44还可产生向车辆13中的各种负载16供电。DC/DC转换器40被布置为升压/降压转换器。例如，DC/DC转换器40可用作降压转换器，并使得从燃料电池堆12提供的电压逐步降低到适合于存储在电池44中的电压，以便由固定电压负载42使用。当DC/DC转换器40被设置为升压转换器时，可使得电池44提供的电压逐步上升，以驱动牵引马达34、空气压缩机36和可变电压负载38。
[0040]如果在车辆启动期间，控制器32基于从温度传感器33接收的信息确定温度低于预定的温度值(例如，5°C )，则控制器32确定燃料电池堆12正在经历冷启动(例如，车辆处于冷启动模式)。
[0041]如果温度下降到5°C以下，并且车辆13被启动以进行运行(例如，燃料电池堆12经历冷启动)，则控制器32控制接触器18断开，从而允许燃料电池堆12将电力施加到电感器20、二极管22和IGBT 24。IGBT 24响应于产生提供给燃料电池堆12的电流而提供热以加热燃料电池堆12。在这种情况下，IGBT 24提供足够的电力(或足够的电压电平)以激活DC/DC转换器40。例如，DC/DC转换器40可能具有在125V-150V之间的最小操作电压范围。升压转换器14与DC/DC转换器协力来提供足够的电压(例如，至少125V)和电力，以运行负载16 (包括牵引马达34和空气压缩机36)，从而在冷启动模式下执行车辆启动。DC/DC转换器40还可升高来自电池44的电压，以驱动牵引马达34和空气压缩机36，从而允许驾驶员能够执行车辆启动。
[0042]应该认识到，温度对驾驶员启动车辆的能力起作用。例如，温度越低，那么车辆13执行车辆启动花费的时间越长。例如，如果温度是_15°C，那么可能需要花费大约20秒到30秒来执行车辆启动操作。在另一示例中，如果温度是-40°C，那么可能需要花费大约1.5分钟来执行车辆启动状态。在冷启动模式下，升压转换器14通常提供足够的热以加热燃料电池堆12，并且提供足够的电压以驱动车辆总线35上的装置，以便使驾驶员能够启动车辆。一旦燃料电池堆12的温度达到预定的水平，那么控制器32控制接触器18闭合，从而停用IGBT 24。在这一点上，由燃料电池堆12提供增加的电压电平，以驱动车辆总线35上的各种负载16。
[0043]图3描述了用于以低电压实施方式加热燃料电池堆12的第三设备50。通常，第三设备50总体上可被定义为低电压燃料电池堆实施方式。第三设备包括第一 DC/DC转换器52和第二 DC/DC转换器54，第二 DC/DC转换器54代替关于图2所述的DC/DC转换器40。此外，第三设备50包括附加车辆总线负载3V (例如，需要来自车辆总线35的更高的电压量的负载，比如牵引马达34)和来自电池44的电池总线负载42'(例如，当与来自车辆总线35的电压进行比较时，需要更低的电压量的负载，诸如空调压缩机马达)。
[0044]燃料电池堆12总体上被构造为提供比关于图2所述的燃料电池堆12的电压更低的电压量(例如250V)。正因为这样，虽然接触器18在正常燃料电池操作模式下闭合，但是第一 DC/DC转换器52充当升压转换器，并且在车辆总线35上将250V电压升高到350V