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CN114628739A - 用于控制燃料电池的冷启动的系统和方法 - Google Patents

用于控制燃料电池的冷启动的系统和方法 Download PDF

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CN114628739A
CN114628739A CN202111113440.4A CN202111113440A CN114628739A CN 114628739 A CN114628739 A CN 114628739A CN 202111113440 A CN202111113440 A CN 202111113440A CN 114628739 A CN114628739 A CN 114628739A
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韩在镐
金大钟
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Hyundai Motor Co
Kia Corp
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Abstract

本发明涉及用于控制燃料电池的冷启动的系统和方法。所述系统包括：燃料电池，其配置为供应有燃料气体和氧化气体以产生电力；主总线端，其配置为将燃料电池的输出端电连接至高压电池、辅助装置或驱动装置以输出由燃料电池产生的电力；主继电器，其设置在燃料电池的输出端与高压电池、辅助装置或驱动装置之间的主总线端处，并且配置为电接通或切断主总线端；COD电阻器，其基于主继电器在燃料电池的输出端侧连接至主总线端；以及控制器，其配置为：在主继电器切断的状态下将由燃料电池产生的电力供应至COD电阻器，并且控制COD电阻器消耗由燃料电池产生并供应至COD电阻器的电力。

Description

用于控制燃料电池的冷启动的系统和方法
技术领域
本发明涉及用于在燃料电池的冷启动期间快速升高燃料电池的温度的技术。
背景技术
燃料电池是将燃料氧化所产生的化学能直接转换为电能的电池，并且燃料电池是一种发电装置。从根本而言，燃料电池与化学电池相同之处在于，前者利用氧化和还原反应，但与化学电池的不同之处在于，不同于后者在封闭系统内进行电池反应，从外部连续地供应反应物并且从系统中连续地去除反应产物。近来，燃料电池发电系统已投入实际使用，由于燃料电池的反应产物是纯水，因此已积极进行将燃料电池发电系统用作环保车辆的能源的研究。
燃料电池系统包括燃料电池堆、空气供应装置和氢供应装置，燃料电池堆配置为通过化学反应产生电能；空气供应装置配置为将空气供应至燃料电池堆的空气电极；氢供应装置配置为将氢供应至燃料电池堆的氢电极。即，将含氧的空气供应至燃料电池堆的空气电极(阴极)，将氢供应至燃料电池堆的氢电极(阳极)。
当在冷却状态下启动燃料电池时，使用冷启动策略，其中引起燃料电池的自发热并使负载装置运行。通常，在燃料电池车辆中加热燃料电池的负载装置包括燃料电池车辆的辅助装置、高压电池和电阻器(阴极氧消耗(cathode oxygen depletion，COD)电阻器)。
具体地，在燃料电池的冷启动控制中，使燃料电池连接到高压电池的主总线端的主继电器接通，在驱动包括空气压缩机的辅助装置时对高压电池进行充电，并且同时从电阻器消耗电力。
在燃料电池的冷启动控制期间通过驱动空气压缩机来消耗电力。可能发生诸如以下的问题：由于使过量空气被增压至燃料电池堆中而导致耐久性变差，以及由于驱动空气压缩机而导致过度噪声产生。
应当理解，以上提供的对背景技术的描述仅仅是为了促进对本发明背景的理解，而不应被视为承认背景技术是本领域技术人员已知的。
发明内容
本发明提供了一种冷启动控制技术，用于在燃料电池的冷启动控制期间防止空气增压，同时确保用于对燃料电池升温的最大负载。
为了实现上述目的，根据本发明的用于控制燃料电池的冷启动的系统包括：燃料电池，其配置为供应有燃料气体和氧化气体以产生电力；主总线端，其配置为将燃料电池的输出端电连接至高压电池、辅助装置或驱动装置，以输出由燃料电池产生的电力；主继电器，其设置在燃料电池的输出端与高压电池、辅助装置或驱动装置之间的主总线端处，并且所述主继电器配置为电接通或切断主总线端；COD电阻器，其基于主继电器在燃料电池的输出端侧连接至主总线端；以及控制器，其配置为在主继电器切断的状态下将由燃料电池产生的电力供应至COD电阻器，并且控制COD电阻器消耗由燃料电池产生并供应至COD电阻器的电力。
所述COD电阻器可以配置为能够通过开关控制来主动控制电力消耗，并且所述控制器可以配置为控制COD电阻器使得燃料电池的输出电压保持在预设电压以下。
所述控制器可以配置为通过使高压电池放电将电力供应至辅助装置或驱动装置。
所述系统可以进一步包括监测单元，所述监测单元配置为监测高压电池的电量或能够输出的电力。所述控制器可以配置为：执行控制操作使得当由监测单元监测到的高压电池的电量等于或小于预设电量或者能够输出的电力等于或小于预设电力时，使主继电器接通。
所述控制器可以配置为：执行控制操作使得当燃料电池的输出电压等于或大于预设电压时，使主继电器接通，从而将由燃料电池产生的电力供应至高压电池、辅助装置或驱动装置。
所述控制器可以配置为：执行控制操作使得当由燃料电池产生的电力等于或大于COD电阻器的最大电力消耗时，使主继电器接通。
所述控制器可以配置为：执行控制操作使得当在主继电器切断的状态下将由燃料电池产生的电力供应至COD电阻器所消耗的时间等于或长于预设时间时，基于燃料电池的热值与COD电阻器的热值之和使主继电器接通。
所述系统可以进一步包括确定单元，所述确定单元配置为基于进行循环以冷却燃料电池的冷却剂的温度或者供应到燃料电池或从燃料电池排出的空气的温度来确定冷启动条件。所述控制器可以配置为：当确定单元确定出冷启动条件满足时，在主继电器切断的状态下将由燃料电池产生的电力供应至COD电阻器。
所述控制器可以配置为：在执行控制使得当确定单元确定出冷启动条件满足时并且当冷却剂的温度或空气的温度等于或高于预设温度时使主继电器接通的情况下，将由燃料电池产生的电力供应至COD电阻器以及高压电池、辅助装置或驱动装置。
用于实现上述目的的根据本发明的控制燃料电池的冷启动的方法可以包括：在主总线端的主继电器切断的状态下，供应由燃料电池产生的电力的步骤，所述主总线端将燃料电池的输出端电连接至高压电池、辅助装置或驱动装置；以及控制COD电阻器消耗由燃料电池产生的电力的步骤。
所述COD电阻器可以配置为能够通过开关控制来主动控制电力消耗，并且在控制COD电阻器的步骤，COD电阻器可以控制为使得燃料电池的输出电压保持在预设电压以下。
所述方法可以进一步包括在将电力供应至COD电阻器的步骤之后的如下步骤：使高压电池放电以将电力供应至辅助装置或驱动装置。
所述方法可以进一步包括如下的步骤：在将电力供应至辅助装置或驱动装置之前，监测高压电池的电量或能够输出的电力；以及执行控制使得当监测到的高压电池的电量等于或小于预设电量时或者当能够输出的电力等于或小于预设电力时，使主继电器接通。
所述方法可以进一步包括在控制COD电阻器的步骤之后的如下步骤：通过执行控制使得当燃料电池的输出电压等于或大于预设电压时使主继电器接通，将由燃料电池产生的电力供应至高压电池、辅助装置或驱动装置。
所述方法可以进一步包括在控制COD电阻器的步骤之后的如下步骤：执行控制使得当由燃料电池产生的电力的总和等于或大于COD电阻器的最大电力消耗时或者当燃料电池的热值与COD电阻器的热值之和最大时，使主继电器接通。
所述方法可以进一步包括在将电力供应至COD电阻器的步骤之前的如下步骤：基于进行循环以冷却燃料电池的冷却剂的温度或者供应到燃料电池或从燃料电池排出的空气的温度来确定冷启动条件。在将电力供应至COD电阻器的步骤，当确定出冷启动条件满足时，可以在主继电器切断的状态下将由燃料电池产生的电力供应至COD电阻器。
所述方法可以进一步包括在确定冷启动条件的步骤之后的如下步骤：在执行控制使得当确定出冷启动条件满足时并且当冷却剂的温度或空气的温度等于或高于预设温度时使主继电器接通的状态下，将由燃料电池产生的电力供应至COD电阻器以及高压电池、辅助装置或驱动装置。
利用根据本发明的用于控制燃料电池的冷启动的系统和方法，可以在冷启动期间快速增加燃料电池的发热量。
此外，可以解决由于空气压缩机的空气增压而导致耐久性降低和噪声产生的问题。
附图说明
通过随后结合附图所呈现的具体描述将使得本发明的以上及其它方面、特征和优点更为显而易见，其中：
图1是示出由根据本发明实施方案的用于控制燃料电池的冷启动的系统执行的冷启动的初始状态的框图；
图2是示出由根据本发明实施方案的用于控制燃料电池的冷启动的系统执行的冷启动的终止状态的框图；
图3说明了示出在根据本发明实施方案的用于控制燃料电池的冷启动的系统中燃料电池的热值的示意图；以及
图4是根据本发明实施方案的用于控制燃料电池的冷启动的方法的流程图。
具体实施方式
对本说明书或申请中公开的本发明实施方案的具体结构或功能说明仅用于描述根据本发明的实施方案的目的。因此，根据本发明的实施方案可以以各种形式实施，并且本发明不应被解释为限于本说明书或申请中描述的实施方案。
对根据本发明的实施方案可以进行各种改变和修改，因此将在附图中示出并在本说明书或申请中描述特定的实施方案。然而，应当理解，根据本发明的构思的实施方案不限于特别公开的实施方案，而本发明包括落入本发明的精神和范围内的所有修改形式、等同形式和替代形式。
诸如“第一”和/或“第二”的术语可以用于描述各种元件，但这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅旨在用于将一个元件与另一个元件进行区分。例如，在不脱离本发明的保护范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地第二元件可以被称为第二元件。
在一个元件被称为“连接”至或“访问”其它元件的情况下，应当理解，不仅该元件直接连接至或访问其它元件，还可以在它们之间存在另一个元件。相反，在一个组件被称为“直接连接至”或“直接访问”任何其它组件的情况下，应当理解，在它们之间不存在组件。描述结构元件之间的关系的其它表述，即“在……之间”和“直接在……之间”或者“与……相邻”和“与……直接相邻”应当类似于以上说明来解释。
本发明中所使用的术语仅用于描述具体实施方案，并非旨在限制本发明。单数表述可以包括复数表述，除非它们在上下文中明显不同。如本文所使用的，表述“包括”或“具有”旨在指明存在所提及的特征、数值、步骤、操作、元件、组件或其组合，并且应被解释为不排除可能存在或添加一个或更多个其它的特征、数值、步骤、操作、元件、组件或其组合。
除非另有定义，否则本文所使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域的技术人员所通常理解的相同的含义。如在通常使用的词典中定义的这些术语可以被解释为具有与相关技术领域中的语境含义等同的含义，而不应被解释为具有理想化或过于正式的含义，除非在本发明中明确定义。
在下文，将参考附图来详细地描述本发明的示例性实施方案。附图中呈现的相同或相似的附图标记表示相同或相似的元件。
图1是示出由根据本发明实施方案的用于控制燃料电池10的冷启动的系统执行的冷启动的初始状态的框图。
参考图1，根据本发明实施方案的用于控制燃料电池10的冷启动的系统包括：燃料电池10、主总线端20、主继电器30、阴极氧消耗(cathode oxygen depletion，COD)电阻器40以及控制器50，燃料电池10配置为供应有燃料气体和氧化气体中的每一种以产生电力；主总线端20配置为将燃料电池10的输出端电连接至高压电池60、辅助装置21和22或驱动装置(未示出)以输出由燃料电池10产生的电力；主继电器30设置在燃料电池10的输出端与高压电池60、辅助装置21和22或驱动装置(未示出)之间的主总线端20处，并且主继电器30配置为电接通或切断主总线端20；COD电阻器40基于主继电器30在燃料电池10的输出端侧连接至主总线端20；控制器50配置为：在切断主继电器30的状态下将由燃料电池10产生的电力供应至COD电阻器40，并且控制COD电阻器40消耗由燃料电池10产生并供应至COD电阻器40的电力。
根据本发明的示例性实施方案的控制器50可以使用非易失性存储器(未示出)和处理器(未示出)来实施，所述非易失性存储器配置为存储算法(其配置为控制车辆的各种组件的操作)或与再现所述算法的软件指令有关的数据，所述处理器配置为利用存储在相应存储器中的数据来执行下面描述的操作。这里，存储器和处理器可以实现为分开的芯片。或者，存储器和处理器可以实现为彼此集成的单个芯片。处理器可以采用一个或多个处理器的形式。
燃料电池10通过在阳极侧接收燃料气体并在阴极侧接收氧化气体来产生电力。燃料电池10可以是包括多个层叠电池的燃料电池堆。在实施方案中，燃料气体为氢气，氧化气体为氧气，并且可以向燃料电池10供应含氧气的空气。
主总线端20可以电连接至燃料电池10的输出端，以传输由燃料电池10产生的电力。特别地，如随后将描述的，主总线端20可以连接至高压电池60、辅助装置21和22、或驱动装置(未示出)以传输由燃料电池10产生的电力。
高压电池60可以由燃料电池10产生的电力充电，并且相反地，高压电池60可以在放电时将电力供应至与主总线端20连接的辅助装置21和22或驱动装置(未示出)。特别地，高压电池60经由双向高压DC/DC变换器(Bidirectional High-voltage DC/DC Converter，BHDC)连接至主总线端20，并且可以通过双向变换器的电压控制进行充电或放电。
主总线端20设置有主继电器30，以将燃料电池10的输出端与高压电池60、辅助装置21和22或驱动装置(未示出)电接通或切断。当将主总线端20接通时，可以将由燃料电池10产生的电力传输至高压电池60、辅助装置21和22或驱动装置(未示出)，并且当将主总线端20切断时，不会将由燃料电池10产生的电力传输至高压电池60、辅助装置21和22或驱动装置(未示出)。
COD电阻器40可以相对于主继电器30在燃料电池10的输出端侧连接至主总线端20。即，即使在主继电器30被切断的状态下，COD电阻器40也可以经由主总线端20连接至燃料电池10的输出端。
相关技术中的COD电阻器40仅仅是连接至相对端部的电阻器，但是根据本发明实施方案的COD电阻器40可以是能够进行输出控制的装置。即，COD电阻器40可以是这样的装置，其能够控制电力消耗，同时包括在消耗从燃料电池10的输出端接收到的电力时产生热量的电阻器。
控制器50可以在主继电器30被切断的状态下，通过主总线端20将由燃料电池10产生的电力供应至COD电阻器40。此外，控制器50可以控制COD电阻器40消耗从燃料电池10供应的电力。
在实施方案中，控制器50可以执行控制操作，使得在冷启动控制期间主继电器30切断，但是通常地，主继电器30可以在燃料电池10的启动期间处于切断的状态。
在主继电器30接通的状态下，燃料电池10的输出电压应保持在等于或高于随后所述用于驱动辅助装置21和22或驱动装置(未示出)的最小电压的电平。然而，在主继电器30切断的状态下，由于燃料电池10在低于用于驱动辅助装置21和22或驱动装置(未示出)的最小电压的电压下低效率地产生电力，所以燃料电池10能够增加其自身的热值。
因此，根据本发明的冷启动控制，在主继电器30切断的状态下，通过控制COD电阻器40的电力消耗来增加燃料电池10自身的热值。
更具体地，COD电阻器40能够通过开关控制来主动控制电力消耗，并且控制器50可以控制COD电阻器40，使得燃料电池10的输出电压保持在预设电压以下。
在实施方案中，控制器50可以控制COD电阻器40，使得在燃料电池10的输出端的电压保持在低于预设电压的低电压状态(例如150V)。
在实施方案中，COD电阻器40可以包括绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，并且通过开关控制可以控制电力消耗。在实施方案中，在控制器50的控制下，COD电阻器40的电力消耗可以在10kW至30kW的范围内变化。
以这种方式，通过应用能够主动输出控制的COD加热器，在冷启动期间可以基于燃料电池10的输出电压和COD加热器消耗的电力来改变COD加热器的输出，从而使升温负载最大化。
换言之，通过能够主动输出控制的COD加热器的输出可变控制，即使不执行空气增压，也可以确保足够的升温负载，这与现有技术中需要在冷启动期间利用由空气压缩机21消耗的电流作为加热负载来使空气增压的冷启动策略不同。
控制器50可以通过使高压电池60放电来将电力供应至辅助装置21和22或驱动装置(未示出)。
控制器50可以在主继电器30切断的状态下，通过使高压电池60放电来经由主总线端20将电力供应至辅助装置21和22或驱动装置(未示出)，并且同时，控制器50可以经由主总线端20将由燃料电池10产生的电力供应至COD电阻器40。
在实施方案中，辅助装置21和22(BOP)可以包括空气压缩机21(ACP)、冷却泵22(CSP)等，所述空气压缩机21配置为将空气供应至燃料电池10，所述冷却泵22配置为使冷却燃料电池10的冷却剂循环。
控制器可以在执行控制使得在主继电器30接通之前使高压电池60放电时，利用在高压电池60中充入的电力来驱动辅助装置21和22或驱动装置(未示出)。此后，在主继电器30接通的状态下，控制器可以利用由燃料电池10产生的电力来驱动辅助装置21和22或驱动装置(未示出)。
图2是示出由根据本发明实施方案的用于控制燃料电池10的冷启动的系统执行的燃料电池10冷启动的终止状态的框图；
进一步参考图2，系统可以进一步包括监测单元61，所述监测单元61配置为监测高压电池60的电量或能够输出的电力。控制器50可以执行控制操作，使得当由监测单元61监测到的高压电池的电量等于或小于预设电量或者能够输出的电力等于或小于预设电力时将主继电器30接通。
在实施方案中，监测单元61可以为电池管理系统(BMS)，所述电池管理系统配置为：实时监测高压电池60的电量(电量状态(state of charge，SOC))，或者实时监测高压电池60的取决于高压电池60的电量、双向变换器的状态等的能够输出的电力。
当由监测单元61监测到的高压电池60的电量等于或小于预设电量或者能够输出的电力等于或小于预设电力时，控制器50可以执行控制操作使得主继电器30接通。
这里，可以基于辅助装置21和22或驱动装置(未示出)所需的电力来预先设定预设电量或预设电力。
在难以基于高压电池60的电量或能够输出的电力来供应辅助装置21和22或驱动装置(未示出)的所需电力的状态下，控制器50可以执行控制操作使得将主继电器30接通，从而可以将由燃料电池10产生的电力供应至辅助装置21和22或驱动装置(未示出)，或者可以对高压电池60进行充电。
在另一实施方案中，控制器50可以执行控制操作，使得当燃料电池10的输出电压等于或大于预设电压时，将主继电器30接通，从而可以将由燃料电池10产生的电力供应至高压电池60、辅助装置21和22或驱动装置(未示出)。
即，在燃料电池10冷启动的初始状态下，控制器50可以在主继电器30切断的状态下控制燃料电池10的电力产生，并且在由用于控制冷启动的系统执行的燃料电池10冷启动的终止状态下，控制器50可以执行控制操作使得主继电器30接通。
在实施方案中，当燃料电池10的输出电压上升到等于或高于预设电压时，控制器50可以执行控制操作使得主继电器30接通。
控制器50可以执行控制操作使得执行低效率操作，以在主继电器30切断的状态下将燃料电池10的输出端电压保持在低于预设电压的电压，并且当燃料电池10的输出电流没有被COD电阻器40耗尽时，燃料电池10的输出电压可以增加。
这里，预设电压可以预先设定为用于驱动辅助装置21和22或驱动装置(未示出)的最小电压。
在另一实施方案中，控制器50可以执行控制操作，使得当由燃料电池10产生的电力等于或大于COD电阻器40的最大电力消耗时使主继电器接通。
当由燃料电池10产生的电力增加到等于或大于COD电阻器40的最大电力消耗时，控制器50可以进行控制使得主继电器30接通。
具体地，控制器50可以在增加COD电阻器40的电力消耗时使得由燃料电池10产生的电力被消耗，并且在COD电阻器40的电力消耗达到最大电力消耗并因此由燃料电池10产生的电力不能再消耗的状态下，控制器50可以执行控制操作使得主继电器30接通。
在另一实施方案中，即使COD电阻器40的电力消耗不是最大电力消耗，当辅助装置21和22或驱动装置(未示出)的电力消耗、高压电力电池60的充电电力与COD电阻器40的电力消耗之和最大时，控制器50也可以执行控制操作使得主继电器30接通。这是因为，在主继电器30接通的状态下，冷启动的升温负载对应于COD电阻器40、辅助装置21和22、驱动装置(未示出)和高压电池60的电力消耗或充电电力的总和。
在另一实施方案中，控制器50可以执行控制操作，使得当在主继电器30切断的状态下将由燃料电池10产生的电力供应至COD电阻器40所消耗的时间等于或长于预设时间时，基于燃料电池10的热值与COD电阻器40的热值之和使主继电器接通。
这里，可以通过实验测量使COD电阻器40的电力消耗最大化或在燃料电池10的输出端的电压上升到预设电压所需的时间来预先设定预设时间。
特别地，控制器50可以执行控制操作，使得当燃料电池10的热值与COD电阻器40的热值之和最大时使主继电器30接通。
COD电阻器40可以包括在用于冷却燃料电池10的冷却管线内以加热冷却剂。由于控制燃料电池10的冷启动的目的是使整个燃料电池系统升温，所以总热值可以是燃料电池10的热值(即由燃料电池10本身产生的热值)和由COD电阻器40产生的COD热值之和。
在燃料电池10的冷启动控制期间，控制器50可以执行控制操作，使得作为燃料电池10的热值和COD电阻器40的热值之和的总热值增加。特别地，控制器50可以执行控制操作，使得在冷启动控制的初始阶段主继电器30切断的状态下，燃料电池10的热值和COD电阻器40的热值增加。
控制器50可以执行控制操作，使得当作为燃料电池10的热值和COD电阻器40的热值之和的总热值最大并且不再增加时使主继电器30接通。
此外，系统可以进一步包括确定单元70，所述确定单元70配置为基于进行循环以冷却燃料电池10的冷却剂的温度或者供应到燃料电池10或从燃料电池10排出的空气的温度来确定冷启动条件。当确定单元70确定出冷启动条件满足时，控制器50可以在主继电器30切断的状态下将由燃料电池10产生的电力供应至COD电阻器40。
确定单元70可以确定燃料电池10的冷启动条件是否满足。具体地，确定单元70可以基于穿过燃料电池10的冷却剂的温度或从燃料电池10排出的空气的温度来确定冷启动条件。
即，由于难以直接测量燃料电池10内部的温度，因此确定单元70可以基于穿过燃料电池10的冷却剂或空气的温度来估算燃料电池10内部的温度，从而确定冷启动条件。
在实施方案中，确定单元70可以确定通过燃料电池10排出的冷却剂的温度或供应到燃料电池10然后从燃料电池10排出的空气的温度是否等于或低于预设的冷启动温度。
当确定单元70确定出冷启动条件满足时，控制器50可以进行控制，使得在主继电器30切断的状态下当将由燃料电池10产生的电力供应至COD电阻器40时，燃料电池10升温。
更具体地，当确定单元70确定出冷启动条件满足并且冷却剂或空气的温度等于或高于预设温度时，控制器50可以在执行控制使得主继电器30接通的情况下，将由燃料电池10产生的电力供应至COD电阻器40以及高压电池60、辅助装置21和22或驱动装置(未示出)。
这里，预设温度可以预先设定为低于用以确定冷启动条件而预先设定的冷启动温度。当冷却剂的温度或空气的温度低于预设温度时，确定单元70可以确定出其是低温状态。
相反，当基于冷却剂的温度或空气的温度确定出冷启动条件满足时，并且当冷却剂的温度或空气的温度等于或高于预设温度时，确定单元70可以确定出其是正常冷启动条件而不是低温状态。
当确定单元70确定出其是正常冷启动条件而不是低温状态时，控制器50可以执行控制操作使得主继电器30接通。因此，可以将由燃料电池10产生的电力供应至COD电阻器40以及高压电池60、辅助装置21和22或驱动装置(未示出)。因此，当其不是低温状态时，可以减少执行冷启动控制所需的时间。
图3说明了示出在根据本发明实施方案的用于控制燃料电池10的冷启动的系统中由燃料电池10产生的热值的示意图。
进一步参考图3，根据本发明实施方案的用于控制燃料电池10的冷启动的系统可以在初始升温阶段，在用于增加燃料电池10的热值(堆热值)的操作点处操作燃料电池10。
特别地，控制器50可以在初始升温阶段通过在燃料电池10的输出端保持低电压来增加燃料电池10的热值(堆热值)时，控制COD电阻器40通过发热量(COD热值)消耗由燃料电池10产生的电力。
当燃料电池10的冷启动控制继续进行时，在中间升温阶段，燃料电池10的操作点可以在燃料电池10的输出电流增加并且燃料电池10的输出电压也增加的方向移动。因此，消耗由燃料电池10产生的电力的COD电阻器40的热值(COD热值)可以逐渐增加。
当在燃料电池10的输出端的电压持续增加时，并且当在燃料电池10的输出端的电压升高到等于或高于在终止升温阶段的主继电器30的预设电压时，控制器50可以执行控制操作使得主继电器30接通。
此外，当COD电阻器40的电力消耗最大并且不能再增加时，控制器50可以保持最大COD热值，并且可以使主继电器30接通，从而除了供应COD电阻器40的电力消耗之外，还将由燃料电池10产生的电力供应至高压电池60、辅助装置21和22或驱动装置(未示出)。
在主继电器30接通的预设电压下，作为COD热值和堆热值之和的总热值可以最大。
此外，在主继电器30接通后的终止升温阶段，燃料电池10的操作点在输出端的电压和电流进一步增大的方向移动。因此，由燃料电池10产生的电力可能超过COD电阻器40的电力消耗。燃料电池10产生的超过COD电阻器40的电力消耗的电力可以对高压电池60充电，或者可以由辅助装置21和22或驱动装置(未示出)消耗。
图4是根据本发明实施方案的用于控制燃料电池10的冷启动的方法的冷启动流程图。
进一步参考图4，根据本发明实施方案的用于控制燃料电池10的冷启动的方法包括：在主总线端20的主继电器30切断的状态下供应由燃料电池10产生的电力的步骤(S300)，所述主总线端20将燃料电池10的输出端电连接至高压电池60、辅助装置21和22或驱动装置(未示出)；以及控制COD电阻器40消耗由燃料电池10产生的电力的步骤(S400)。
COD电阻器40能够通过开关控制主动控制电力消耗，并且在控制COD电阻器40的步骤(S400)，COD电阻器40可以被控制为使得燃料电池10的输出电压保持在预设电压以下。
在将电力供应至COD电阻器40的步骤(S300)之后，方法可以进一步包括使高压电池60放电以将电力供应至辅助装置21和22或驱动装置(未示出)的步骤(S700)。
方法可以进一步包括：在将电力供应至辅助装置21和22或驱动装置(未示出)(S700)之前监测高压电池60的电量或能够输出的电力的步骤(S500、S600)；以及执行控制使得当监测到的高压电池60的电量等于或小于预设电量或者能够输出的电力等于或小于预设电力时使主继电器30接通的步骤(S900)。
在控制COD电阻器40的步骤(S400)之后，方法可以进一步包括如下步骤(S800)：通过执行控制使得当燃料电池10的输出电压等于或大于预设电压时使主继电器30接通(S900)，将由燃料电池10产生的电力供应至高压电池60、辅助装置21和22或驱动装置(未示出)。
在控制COD电阻器40的步骤(S400)之后，方法可以进一步包括如下步骤(S900)：执行控制使得当由燃料电池10产生的电力的总和等于或大于COD电阻器40的最大电力消耗时或者当燃料电池10的热值与COD电阻器40的热值之和最大时使主继电器30接通。
在将电力供应至COD电阻器40的步骤(S300)之前，方法可以进一步包括基于进行循环以冷却燃料电池10的冷却剂的温度或者供应到燃料电池10或从燃料电池10排出的空气的温度来确定冷启动条件的步骤(S100)。在将电力供应至COD电阻器40的步骤(S300)，当确定出冷启动条件满足时，可以在主继电器30切断的状态下将由燃料电池10产生的电力供应至COD电阻器40。
在确定冷启动条件的步骤(S100)之后，方法可以进一步包括如下步骤(S200)：在执行控制使得当确定单元70确定出冷启动条件满足时并且当冷却剂的温度或空气的温度等于或高于预设温度时使主继电器30接通(S900)的状态下，将由燃料电池10产生的电力供应至COD电阻器40以及高压电池60、辅助装置21和22或驱动装置(未示出)。
尽管已经结合本发明的特定实施方案描述并说明了本发明，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离所附权利要求限定的本发明的技术构思的情况下可以对本发明进行各种改进和修改。

Claims (17)

1.一种控制燃料电池的冷启动的系统，所述系统包括：
燃料电池，其配置为供应有燃料气体和氧化气体以产生电力；
主总线端，其配置为将燃料电池的输出端电连接至高压电池、辅助装置或驱动装置，以输出由燃料电池产生的电力；
主继电器，其设置在燃料电池的输出端与高压电池、辅助装置或驱动装置之间的主总线端处，并且所述主继电器配置为电接通或切断主总线端；
COD电阻器，其基于主继电器在燃料电池的输出端侧连接至主总线端；以及
控制器，其配置为在主继电器切断的状态下将由燃料电池产生的电力供应至COD电阻器，并且控制COD电阻器消耗由燃料电池产生并供应至COD电阻器的电力。
2.根据权利要求1所述的控制燃料电池的冷启动的系统，其中，
所述COD电阻器配置为能够通过开关控制来主动控制电力消耗，
所述控制器配置为控制COD电阻器使得燃料电池的输出电压保持在预设电压以下。
3.根据权利要求1所述的控制燃料电池的冷启动的系统，其中，所述控制器配置为通过使高压电池放电将电力供应至辅助装置或驱动装置。
4.根据权利要求3所述的控制燃料电池的冷启动的系统，其进一步包括：
监测单元，其配置为监测高压电池的电量或能够输出的电力，
其中，所述控制器配置为：执行控制操作使得当由监测单元监测到的高压电池的电量等于或小于预设电量或者能够输出的电力等于或小于预设电力时，使主继电器接通。
5.根据权利要求1所述的控制燃料电池的冷启动的系统，其中，所述控制器配置为：执行控制操作使得当燃料电池的输出电压等于或大于预设电压时，使主继电器接通，从而将由燃料电池产生的电力供应至高压电池、辅助装置或驱动装置。
6.根据权利要求1所述的控制燃料电池的冷启动的系统，其中，所述控制器配置为：执行控制操作使得当由燃料电池产生的电力等于或大于COD电阻器的最大电力消耗时，使主继电器接通。
7.根据权利要求1所述的控制燃料电池的冷启动的系统，其中，所述控制器配置为：执行控制操作使得当在主继电器切断的状态下将由燃料电池产生的电力供应至COD电阻器所消耗的时间等于或长于预设时间时，基于燃料电池的热值与COD电阻器的热值之和使主继电器接通。
8.根据权利要求1所述的控制燃料电池的冷启动的系统，其进一步包括：
确定单元，其配置为基于进行循环以冷却燃料电池的冷却剂的温度或者供应到燃料电池或从燃料电池排出的空气的温度来确定冷启动条件，
其中，所述控制器配置为：当确定单元确定出冷启动条件满足时，在主继电器切断的状态下将由燃料电池产生的电力供应至COD电阻器。
9.根据权利要求8所述的控制燃料电池的冷启动的系统，其中，所述控制器配置为：在执行控制使得当确定单元确定出冷启动条件满足时并且冷却剂的温度或空气的温度等于或高于预设温度时使主继电器接通的情况下，将由燃料电池产生的电力供应至COD电阻器以及高压电池、辅助装置或驱动装置。
10.一种控制燃料电池的冷启动的方法，所述方法包括：
在主总线端的主继电器切断的状态下，供应由燃料电池产生的电力，所述主总线端用于将燃料电池的输出端电连接至高压电池、辅助装置或驱动装置；
控制COD电阻器消耗由燃料电池产生的电力。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，
所述COD电阻器配置为能够通过开关控制来主动控制电力消耗，
在控制COD电阻器时，将COD电阻器控制为使得燃料电池的输出电压保持在预设电压以下。
12.根据权利要求10所述的方法，进一步包括：
在将电力供应至COD电阻器之后，使高压电池放电以将电力供应至辅助装置或驱动装置。
13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括：
在将电力供应至辅助装置或驱动装置之前，监测高压电池的电量或能够输出的电力；
执行控制使得当监测到的高压电池的电量等于或小于预设电量时或者当能够输出的电力等于或小于预设电力时，使主继电器接通。
14.根据权利要求10所述的方法，进一步包括：
在控制COD电阻器之后，通过执行控制使得当燃料电池的输出电压等于或大于预设电压时使主继电器接通，将由燃料电池产生的电力供应至高压电池、辅助装置或驱动装置。
15.根据权利要求10所述的方法，其进一步包括：
在控制COD电阻器之后，执行控制使得当由燃料电池产生的电力的总和等于或大于COD电阻器的最大电力消耗时或者当燃料电池的热值与COD电阻器的热值之和最大时，使主继电器接通。
16.根据权利要求10所述的方法，其进一步包括：
在将电力供应至COD电阻器之前，基于进行循环以冷却燃料电池的冷却剂的温度或者供应到燃料电池或从燃料电池排出的空气的温度来确定冷启动条件，
其中，在将电力供应至COD电阻器时，当确定出冷启动条件满足时，在主继电器切断的状态下将由燃料电池产生的电力供应至COD电阻器。
17.根据权利要求16所述的方法，其进一步包括：
在确定冷启动条件之后，在执行控制使得当确定出冷启动条件满足时并且当冷却剂的温度或空气的温度等于或高于预设温度时使主继电器接通的状态下，将由燃料电池产生的电力供应至COD电阻器以及高压电池、辅助装置或驱动装置。
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