车辆中的燃料电池冷却系统的控制技术方案

本公开涉及车辆中的燃料电池冷却系统的控制。一种车辆中的燃料电池系统包括燃料电池堆和用于冷却燃料电池堆的冷却系统。冷却系统具有散热器和被配置为将冷却剂供应到燃料电池堆的至少一个泵。控制器响应于指示车辆的下一次启动将是冷启动的状况而运行冷却系统，以在车辆被关闭时主动地冷却燃料电池。控制器随后可在启动冷却之后对燃料电池堆进行净化。

Control of fuel cell cooling system in vehicles

The present disclosure relates to the control of a fuel cell cooling system in a vehicle. A fuel cell system in a vehicle consists of a fuel cell reactor and a cooling system used to cool the fuel cell reactor. The cooling system has a radiator and at least one pump configured to supply the coolant to the fuel cell stack. The controller operates in response to indicating that the vehicle's next start will be cold start and run the cooling system to cool the fuel cell automatically when the vehicle is shut down. The controller can then purify the fuel cell stack after starting the cooling.

【技术实现步骤摘要】
车辆中的燃料电池冷却系统的控制
本公开涉及一种用于车辆中的燃料电池堆的冷却系统以及控制所述冷却系统的方法和系统。
技术介绍
燃料电池(诸如，氢燃料电池)是一种用于驱动车辆的可行的替代能量源。一般而言，燃料电池包括负电极(阳极)、电解质和正电极(阴极)。在质子交换膜燃料电池(PEMFC)中，电解质是固态的质子传导膜，所述质子传导膜是电绝缘的但是允许质子通过。通常，在阳极使用双极板或流场板引入燃料源(诸如，氢)，燃料源与催化剂在双极板或流场板进行反应并且分裂成电子和质子。质子穿过电解质到达阴极，电子通过外部电路并且随后到达阴极。在阴极处，从另一双极板引入的空气中的氧气在另一催化剂的作用下与电子和质子进行反应以形成水。在系统操作期间，副产物水可能积聚在燃料电池堆中。如果副产物水留在燃料电池堆中受到寒冷环境温度的影响，则副产物水会冻结。为了防止冷冻水的积聚，在被称作燃料电池净化的过程中，可在车辆关闭时将流体传送通过燃料电池以从燃料电池堆中去除物质。
技术实现思路
在一个实施例中，一种车辆包括燃料电池堆和冷却系统，冷却系统具有散热器和至少一个泵，所述至少一个泵被构造为将冷却剂供应到燃料电池堆。至少一个控制器被配置为：响应于预期的即将到来的冷启动，运行冷却系统以在车辆被关闭时主动地冷却燃料电池堆。在另一实施例中，一种车辆包括燃料电池堆和泵，所述泵被构造为将冷却剂输送到燃料电池堆。所述车辆具有用于关闭和启动车辆的装置。控制器被配置为：响应于车辆被关闭以及针对下一次车辆启动预期的冷冻启动，运行泵以主动地冷却燃料电池堆。在另一实施例中，一种控制车辆中的燃料电池冷却系统的方法包括：首先关闭车辆。然后，当车辆被关闭时，响应于燃料电池冷却剂的温度低于阈值而运行燃料电池冷却剂泵。附图说明图1是根据实施例的车辆中的燃料电池系统的示意图。图2是根据实施例的质子交换膜燃料电池(PEMFC)的一部分的分解透视图。图3是根据实施例的用于燃料电池的冷却系统的示意图。图4是根据实施例的表示由用于在车辆关闭之后主动冷却燃料电池的控制系统实现的算法的流程图。图5是根据另一实施例的表示由用于在车辆关闭之后主动冷却燃料电池的控制系统实现的算法的流程图。具体实施方式在此描述本公开的实施例。然而，应理解的是，所公开的实施例仅为示例，并且其它实施例可采用各种替代形式。附图不必按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以示出特定组件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为具有限制性，而仅仅作为用于教导本领域技术人员以多种形式利用实施例的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参照任一附图示出和描述的各个特征可与在一个或更多个其它附图中示出的特征组合，以产生未被明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各种组合和变型可被期望用于特定的应用或实施方式。参照图1，车辆10被示出为具有用于驱动车辆10的燃料电池堆12。图1中的车辆10是轿车，然而应该理解的是，车辆10还可以是其它车辆(诸如，卡车、越野车辆或市区车辆)。如下面将进一步描述的，燃料电池堆12的电池可包括阳极14、阴极16以及阳极14与阴极16之间的膜18。以这种方式，燃料电池12可以是质子交换膜燃料电池(PEMFC)12。燃料电池堆12与高电压总线20电连通，并且向高电压总线20提供能量。高电压总线20与DC至DC转换器22电连通，并且向DC至DC转换器22提供能量。DC至DC转换器22与电池24和牵引马达26两者电连通。牵引马达26连接到一个或更多个车轮以推进车辆。尽管燃料电池堆12被示出为向牵引马达26供电，但是应该理解的是，在不脱离本公开的范围的情况下，燃料电池堆12可另外或分别地被用于向车辆10的其它部件(例如，附件)供电。主燃料源30连接到燃料电池堆12。在一个实施例中，主燃料源30是高压氢气储存罐或氢化物储存装置。根据一个实施例，主燃料源30向燃料电池堆12供应主燃料(例如，高压氢气或氢化物)，以与(在一个实施例中，由压缩机供应的)空气中的氧气反应，从而给车辆供电。图2示出了质子交换膜燃料电池(PEMFC)堆12(诸如，图1的燃料电池堆12)的一部分的示例。PEMFC12通常包括由质子交换膜(PEM)18(也被称作聚合物电解质膜)分隔的负电极(阳极)14和正电极(阴极)16。阳极14和阴极16均可包括气体扩散层(GDL)、催化剂层以及形成多个气体通道34的双极板或流场板32。阳极催化剂层可促进氢原子分解成氢离子和电子，而阴极催化剂层促进氧气、氢离子和电子进行反应以形成水。另外，阳极14和阴极16均可包括设置在GDL与催化剂层之间的微孔层(MPL)。双极板32的通道34可被构造为运送气体。通道34可运送空气或燃料(例如，氢气)。如图2所示，双极板32和通道34可相对于彼此旋转90度。可选地，双极板32和通道34可沿相同方向被定向。双极板32的材料使得双极板32在质子交换膜燃料电池(PEMFC)操作状况下是导电且耐腐蚀的，以确保双极板执行其功能：将反应气体馈送到膜电极组件(MEA)并且从MEA收集电流。图3是用于冷却燃料电池堆(诸如，图1和图2的燃料电池堆12)的冷却系统50的原理概述图。系统50利用形成冷却回路52的管道来供应和调节供应到燃料电池12的冷却剂(例如，水、二醇/水混合物、导热油等)。至少一个泵54将冷却剂供应到燃料电池12的入口56。冷却剂随后流向三通阀60。可基于冷却剂的温度和燃料电池的期望温度来操作三通阀60，以将冷却剂传送到散热器62或者使冷却剂绕过散热器62。如果冷却剂被传送到散热器62，则散热器62利用风扇来执行热交换方法，以在升高周围空气温度的同时降低冷却剂温度。如果不需要额外的冷却，则操作三通阀60以将至少一部分冷却剂引导至旁通管线64，冷却剂在旁通管线64处被返回到泵54。可在整个冷却回路52布置多个温度传感器，以用于测量冷却剂和环境空气的温度。在图3中示出的示例中，一个温度传感器66位于散热器62的出口处，另一温度传感器68位于泵54与燃料电池入口56之间，另一温度传感器70位于燃料电池出口58与三通阀60之间，另一温度传感器72位于适合于测量环境空气温度的区域内。每个温度传感器连接到控制器80。控制器80可以是单个控制器，或者可以是彼此连接且协同地被配置为执行在此描述的功能的多个控制器。控制器80被配置为：基于来自温度传感器66、68、70和72的多个温度输出来操作泵54和三通阀60，以控制流入燃料电池12的冷却剂的温度和量。在系统操作期间，产物水、剩余燃料(诸如，氢气)和副产物(诸如，氮气)可能积聚在燃料电池堆12的阳极侧。燃料电池堆中的一个或更多个燃料电池可能由于阳极催化剂中缺少足够的氢气而发生逆向反应(电池电压大约为-1V或更低)。因为通过阳极的流动受到阻碍燃料电池的阳极出口路径的冰的限制，所以可抑制氢气到达催化剂。这会产生堵塞，使其它物质(例如，氮气、氩气、水蒸气)被困在燃料电池内，这会抑制新的氢气进入电池并正确进行反应的能力。已经尝试去除液体产物水和副产物并且重新使用剩余的氢气和至少一部分水蒸气。被称为“堆净化”的方法是已知的，在该方法中，当车辆关闭时，流体被传送通过燃本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种车辆，包括：燃料电池堆；冷却系统，具有散热器和至少一个泵，所述至少一个泵被构造为将冷却剂供应到燃料电池堆；至少一个控制器，被配置为：响应于预期的即将到来的冷启动，运行冷却系统以在车辆被关闭时主动地冷却燃料电池堆。

【技术特征摘要】
2016.07.15 US 15/210,9421.一种车辆，包括：燃料电池堆；冷却系统，具有散热器和至少一个泵，所述至少一个泵被构造为将冷却剂供应到燃料电池堆；至少一个控制器，被配置为：响应于预期的即将到来的冷启动，运行冷却系统以在车辆被关闭时主动地冷却燃料电池堆。2.如权利要求1所述的车辆，其中，冷却系统的运行包括：启动散热器风扇。3.如权利要求1所述的车辆，其中，冷却系统的运行包括：运行所述至少一个泵以将冷却剂传送到燃料电池堆。4.如权利要求1所述的车辆，其中，预期的即将到来的冷启动至少部分地由存储的行驶历史限定。5.如权利要求4所述的车辆，其中，所述存储的行驶历史包括：指示启动车辆的多个时间和位置的存储的数据。6.如权利要求1所述的车辆，还包括接收器，所述接收器被配置为接收指示天气预报的数据，其中，预期的即将到来的冷启动至少部分地由所述天气预报限定。7.如权利要求1所述的车辆，其中，所述至少一个控制器还被配置为：响应于冷却系统运行的时间量超过最大时间阈值，禁用冷却系统。8.如权利要求1所述的车辆，还包括温度传感器，所述温度传感器被配置为检测冷却剂温度，其中，所述至少一个控制器还被配置为：响应于冷却系统运行的时间量超过最小时间阈值并且冷却剂温度低于期望的温度，禁用冷却系统。9.一种车辆，包括：燃料电池堆；泵，被构造为将冷却剂输送到燃料电池堆；装置，用于关闭和启动车辆；控制器，被配置为：响应于车辆被关闭以及针对下一次车辆启动预期的冷冻启动，运行泵以主动地冷却燃料电池堆。10.如权利要求9所述的车辆，还包括散热器以及与所述散热器关联的风扇，其中，控制器还被配置为：响应于车辆...

【专利技术属性】
技术研发人员：马修·瑞雷，克莱格·迈克尔·马西，
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