用于加热燃料电池堆的设备和方法技术

本发明专利技术提供一种用于在冷起动模式下加热燃料电池堆的设备和方法。所述设备包括燃料电池堆、升压转换器和控制器。所述燃料电池堆驱动车辆。所述升压转换器包括热结合到燃料电池堆的电力开关。所述控制器被配置为在车辆起动期间接收指示温度的信号并将温度和预定的温度值进行比较。所述控制器还被配置为如果温度低于所述预定的温度值，则激活电力开关，使得电力开关产生用于施加到燃料电池堆上的热并产生用于驱动电力电路的电压，以使车辆能够在燃料电池堆接收热时起动。

【技术实现步骤摘要】
本申请要求于2013年3月15日提交的序列号为61/794，728的美国临时申请和2013年8月5日提交的序列号为13/959，242的美国专利申请的权益，这两个美国申请的公开内容通过引用被全部包含于此。
在此公开的实施例总体上涉及一种。
技术介绍
吉尔克里斯特(Gilchrist)的第2007/0292724号美国公布(“以下称为‘724公布”)中公开了一种燃料电池堆实施方式。‘724公布公开了一种在冷起动状态期间操作的电源系统。电源系统包括燃料电池堆和电力转换系统，可电力地操作燃料电池堆以产生直流(DC)电力，电力转换系统电连接到燃料电池堆，并且可操作电力转换系统以从燃料电池堆接收DC电力。电源系统还包括至少一个电池和控制器，至少一个电池电连接到电力转换系统，并且可操作所述至少一个电池以和电力转换系统交换电池DC电力，控制器至少可操作以控制电源系统的操作，以便在冷起动状态期间将至少一定量的脉动电流供应给电池。
技术实现思路
提供一种用于在冷起动模式下加热燃料电池堆的设备。所述设备包括燃料电池堆、升压转换器和控制器。所述燃料电池堆驱动车辆。所述升压转换器包括热结合到燃料电池堆的电力开关。所述控制器被配置为在车辆起动期间接收指示温度的信号并将温度和预定的温度值进行比较。所述控制器还被配置为如果温度低于所述预定的温度值，则激活电力开关，使得电力开关产生用于施加到燃料电池堆的热并产生用于驱动电力电路的电压，以使车辆能够在燃料电池堆接收热时起动。 所述升压转换器还可包括可操作地结合到燃料电池堆的接触器。 所述控制器还可被配置为在温度低于所述预定的温度值的情况下断开所述接触器。 所述控制器还可被配置为在温度高于所述预定的温度值的情况下闭合所述接触器。 所述接触器可被配置为将电力从燃料电池堆传送到车辆中的负载，以驱动车辆。 所述电力电路可包括:DC/DC转换器，用于接收电压，以驱动阴极压缩机和牵引电动机，使得车辆能够在燃料电池堆接收热时起动。 所述电压可以在125V至150V之间。 提供一种用于在冷起动模式下加热燃料电池堆的设备。所述设备包括可操作地结合到升压转换器的控制器，所述升压转换器包括电力开关。所述电力开关热结合到燃料电池堆。所述控制器被配置为在车辆起动期间接收指示温度的信号并将所述温度和预定的温度值进行比较。所述控制器还被配置为如果温度低于所述预定的温度值，则激活电力开关，使得电力开关产生用于施加到燃料电池堆的热并产生用于驱动电力电路的电压，以使车辆能够在燃料电池堆接收热时起动。 所述升压转换器还可包括可操作地结合到燃料电池堆的接触器。 所述控制器还可被配置为在温度低于所述预定的温度值的情况下断开所述接触器。 所述控制器还可被配置为在温度高于所述预定的温度值的情况下闭合所述接触器。 所述接触器可被配置为将电力从燃料电池堆传送到车辆中的负载，以驱动车辆。 所述电力电路可包括:DC/DC转换器，用于接收电压，以驱动阴极压缩机和牵引电动机，使得车辆能够在燃料电池堆接收热时起动。 所述电压可以在125V至150V之间。 提供一种包括控制器的设备。所述控制器可操作地结合到升压转换器，所述升压转换器包括电力开关。所述控制器被配置为在车辆起动期间接收指示温度的信号，并且如果所述温度低于所述预定的温度值，则激活电力开关，以将热施加到燃料电池堆并产生用于驱动电力电路的电压，以使车辆能够在燃料电池堆接收热时起动。 所述升压转换器还可包括可操作地结合到燃料电池堆的接触器。 所述控制器还可被配置为在温度高于所述预定的温度值的情况下闭合所述接触器。 所述接触器可被配置为将电力从燃料电池堆传送到车辆中的负载，以驱动车辆。 所述电力电路可包括:DC/DC转换器，用于接收电压，以驱动阴极压缩机和牵引电动机，使得车辆能够在燃料电池堆接收热时起动。 所述电压可以在125V至150V之间。 【附图说明】 结合权利要求的特征指出了本公开的实施例。然而，通过下面结合附图对各种实施例进行详细的描述，这些实施例的其它特点将变得更加清楚并且将被更好地理解，附图中: 图1描绘了根据一个实施例的用于加热燃料电池堆的第一设备； 图2描绘了根据一个实施例的用于以高电压实施方式加热燃料电池堆的第二设备; 图3描绘了根据一个实施例的用于以低电压实施方式加热燃料电池堆的第三设备; 图4是描绘了根据一个实施例的与燃料电池堆有关的各种电学特性的图示。 【具体实施方式】 根据需要，在此公开本公开的详细实施例；然而，应当理解，公开的实施例仅是本专利技术的示例，本专利技术可以按照各种以及替代形式实现。附图不一定是按比例绘制的；一些特征可能会被夸大或者缩小，以显示特定组件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能性细节不应当被解释为限制，而仅仅作为用于教导本领域技术人员变化地应用本专利技术的代表性基础。 本公开的实施例总体上提供多个电路或其它电子装置。电路或其它电子装置以及由每个电路和电子装置提供的功能的所有引用并非意在限于仅仅包含在此示出和描述的电路和电子装置。尽管可给各种电路或其它电子装置分配特定的标签，但是这些标签并非意在限制电路和其它电子装置的操作的范围。基于期望的特定类型的电子实施方式，这些电路和其它电子装置可彼此组合和/或以任何方式分开。应该认识到，在此公开的任何电路或其它电子装置可包括任何数量的微处理器、集成电路、存储装置(例如，FLASH、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)或其它合适的变体)以及彼此协作以执行在此公开的操作的软件。 [0031 ] 响应于电化学地转换氧气和氢气，燃料电池堆产生电力。通常，燃料电池堆包括彼此结合的多个燃料电池，其中，每个燃料电池产生由燃料电池堆提供的电流的总量的一部分。通常，燃料电池堆的冷起动可能需要向外转储(dump)电力(诸如将电力转储到水乙二醇(WEG)加热器中或者在费电模式(power waste mode)下使用牵引电动机(或电动动力系统))。WEG加热器被用于在冷起动模式下加热燃料电池堆。在一些实施方式中，可使用至少两个WEG加热器来启用燃料电池堆的冷起动。由于在某些情况下很少使用这些，所以这一状况增加车辆的重量。当温度低于5°C时，通常需要与燃料电池堆有关的冷起动操作。 在冷起动模式下燃料电池堆的全部加热可能花费大量的时间。这一状况可能使驾驶员在车辆中的燃料电池堆冷起动之后不能简单地起动(driveaway)车辆。已经尝试了一些方法来短接燃料电池堆，以便加热燃料电池堆，并将燃料电池堆重新连接到车辆总线，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的实现。然而，由于燃料电池堆被短接，所以车辆不可能在冷起动模式下起动。为了消除所述短接状态，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，那么车辆可执行车辆起动。 在此公开的实施例可提供一种燃料电池升压转换器(boost converter),以帮助燃料电池堆在冷起动模式下加热。升压转换器允许燃料电池堆将其输出电压改变为期望的电平，同时在车辆侧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在冷起动模式下加热燃料电池堆的设备，所述设备包括：燃料电池堆，用于驱动车辆；升压转换器，包括热结合到燃料电池堆的电力开关；控制器，被配置为：在车辆起动期间接收指示温度的信号；将温度和预定的温度值进行比较；如果温度低于所述预定的温度值，则激活电力开关，使得电力开关产生用于施加到燃料电池堆的热并产生用于驱动电力电路的电压，以使车辆能够在燃料电池堆接收热时起动。

【技术特征摘要】
2013.03.15 US 61/794,728;2013.08.05 US 13/959,2421.一种用于在冷起动模式下加热燃料电池堆的设备，所述设备包括: 燃料电池堆，用于驱动车辆； 升压转换器，包括热结合到燃料电池堆的电力开关； 控制器，被配置为: 在车辆起动期间接收指示温度的信号； 将温度和预定的温度值进行比较； 如果温度低于所述预定的温度值，则激活电力开关，使得电力开关产生用于施加到燃料电池堆的热并产生用于驱动电力电路的电压，以使车辆能够在燃料电池堆接收热时起动。2.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：哈斯迪·R·哈希姆，克雷格·温菲尔德·彼得森，雷蒙德·安东尼·斯皮特里，
申请(专利权)人：福特全球技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US