一种燃料电池冷启动时快速加热装置及其控制方法与流程

1.本发明涉及燃料电池系统加热技术领域，具体涉及一种燃料电池冷启动时快速加热装置及其控制方法。


背景技术：

2.燃料电池工作时，会在阴极侧反应生成水，在0℃以下的低温工作环境下，生成的水容易结冰导致催化剂层和气体扩散层的堵塞，妨碍反应的进行；此外，质子膜中的水分结冰会导致体积变大，对膜电极结构造成破坏，降低了电池性能。因此急需一种冷启动加热控制方法，使得燃料电池车能在低温下快速启动运行。现有的技术大多是通过ptc加热器加热燃料电池冷却液来提高温度，但会存在如下问题，1、ptc加热冷却液升温速率有限，导致燃料电池系统在低温冷启动状态时升温速度慢；2、ptc加热器加热动态控制能力不足，无法保持使燃料电池系统一直处在最佳的工作温度，而通过温度差进行pi调节会导致ptc加热器件的工作电流存在响应滞后性，这将导致控制系统发生较大波动，对相关元器件均会产生较大冲击，此外，随着使用时间增加ptc加热器功率衰退变大，为燃料电池系统加热控制带来困难。


技术实现要素：

3.针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种燃料电池冷启动时快速加热装置及其控制方法，旨在一定程度上解决一种燃料电池冷启动时的加热控制问题。
4.为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种燃料电池冷启动时快速加热装置，设有加热管和线圈饶组，线圈饶组套设于加热管上，加热管两端均设有直通管接头，直通管接头设有限位块并通过限位块与加热管相连接，加热管两端与直通管接头相连处设有卡箍，加热管外设有一层硅胶管。
5.在上述技术方案的基础上，至少一组线圈饶组均匀缠绕于加热管外。
6.在上述技术方案的基础上，直通管接头管头一端设有连接凸台。
7.在上述技术方案的基础上，卡箍将限位块、加热管和硅胶管连接为一体。
8.在上述技术方案的基础上，线圈饶组与加热管间距不小于2mm。
9.在上述技术方案的基础上，硅胶管厚度为3-6mm，或硅胶管厚度为不小于8mm且线圈饶组缠绕在硅胶管。
10.在上述技术方案的基础上，限位块为中空凸台形且凸出一端插入加热管内，限位块与加热管内径相适配。
11.在上述技术方案的基础上，一种燃料电池冷启动时快速加热装置的控制方法，根据温度检测信号，整车控制器vcu控制逆变器进行加热控制；当车辆冷启动状态，控制加热组件定频定压加热，使加热组件以固定功率加热，达到预设温度时停止加热；当车辆处于正常行驶状态，控制加热组件变频变压加热，使加热组件加热功率随
温度变化而变化，维持燃料电池电堆温度在最佳范围内。
12.在上述技术方案的基础上，加热组件定频定压加热为根据设定加热管加热功率大小进而控制电磁感应加热功率从而实现燃料电池冷却系统最大加热效率，进行快速加热控制。
13.在上述技术方案的基础上，加热组件变频变压加热为根据燃料电池电堆温度反馈进行动态调节加热功率，进行自适应调节加热。
14.与现有技术相比，本发明的优点在于：本技术中的一种燃料电池冷启动时快速加热装置及其控制方法与现有技术相比，不仅可以精确的控制内循环水温，而且随温度变化而动态控制加热功率，让燃料电池始终维持在预设反应温度范内，发挥出最佳性能。
附图说明
15.图1为本发明实施例中的一种燃料电池冷启动装置的剖视图；图2为本发明实施例中的一种燃料电池冷启动装置正视图；图3为本发明实施例中的一种燃料电池冷启动装置的侧视图；图4为本发明实施例中的一种燃料电池冷启动装置的立体结构示意图；图5为本发明实施例中的一种燃料电池冷启动装置的透视图；图6为本发明实施例中一种燃料电池冷启动时快速加热控制方法的原理示意图。
16.图中：1-直通管接头，2-限位块，3-加热管，4-硅胶管，5-线圈饶组，6-卡箍。
实施方式
17.以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。
18.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
19.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
20.在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
21.参见图1所示本发明实施例中一种燃料电池冷启动时快速加热装置a-a向剖面示意图，以及图2为本发明实施例中的一种燃料电池冷启动装置正视图，包括设有加热管3和线圈饶组5，线圈饶组5套设于加热管3上，加热管3两端均设有直通管接头1，直通管接头1设有限位块2并通过限位块2与加热管3相连接，加热管3两端与直通管接头1相连处设有卡箍
6，加热管3外套设一层硅胶管4。
22.本实施例中，至少一组线圈饶组5均匀缠绕于加热管3外。当需要设计不同规格的加热组件型号时特别是解决大功率加热需求，可以适配多组相同或不同规格的线圈饶组5，根据加热升温速率、加热功率、控制逻辑和控制算法进行定制设计和开发。
23.本实施例中，直通管接头1是连接管道的接口，为了便于连接操作和提升连接的气密性可靠性，直通管接头1管头一端设有连接凸台。
24.本实施例中，卡箍6将限位块2、加热管3和硅胶管4连接为一体。卡箍6保证预紧力合适，保证管道组件气密性和连接安全性。特别地，也可以采用其他管道紧固连接形式，如丝扣连接、承插连接、法兰连接等形式。
25.本实施例中，采用电磁感应加热形式，无限直接接触，线圈饶组5与加热管3保持一定间接，间距不小于2mm。如果节省空间和结构设计需要，亦可以将线圈饶组5缠绕在硅胶管4上。
26.参见图3所示为本发明实施例中的一种燃料电池冷启动装置的侧视图，限位块2为中空凸台形且凸出一端插入加热管3内，限位块2与加热管3内径相适配。硅胶管4厚度为3-6mm，或硅胶管4厚度为不小于8mm且线圈饶组5缠绕在硅胶管4。
27.参见图4所示为本发明实施例中的一种燃料电池冷启动装置的立体结构示意图，本实施例结构紧凑，提升了燃料电池箱体空间利用率，可一定程度上改善体积功率，另外具有可靠性好检修方便的特点，换装快速，便于维护。参见图5所示为本发明实施例中的一种燃料电池冷启动装置的透视图，本实施例中通过控制线圈饶组5的电磁感应功率最终实现控制加热管3加热功率，加热管3加燃料电池冷却液升温，完成快速启动操作。
28.参见如图6所示为本发明实施例中一种燃料电池冷启动时快速加热装置的控制方法的原理示意图，一种燃料电池冷启动时快速加热方法，根据温度检测信号，整车控制器vcu控制逆变器进行加热控制；当车辆冷启动状态，控制加热组件定频定压加热，使加热组件以固定功率加热，达到预设温度时停止加热；当车辆处于正常行驶状态，控制加热组件变频变压加热，使加热组件加热功率随温度变化而变化，维持燃料电池电堆温度在最佳范围内。
29.加热组件定频定压加热为根据设定加热管加热功率大小进而控制电磁感应加热功率从而实现燃料电池冷却系统最大加热效率，进行快速加热控制。加热组件变频变压加热为根据燃料电池电堆温度反馈进行动态调节加热功率，进行自适应调节加热。
30.本实施例中，先根据温度检测信号，整车控制器vcu控制逆变器进行加热控制；当车辆冷启动状态，控制加热组件定频定压加热，使加热组件以固定功率加热，达到预设温度时停止加热；当车辆处于正常行驶状态，控制加热组件变频变压加热，使加热组件加热功率随温度变化而变化，维持燃料电池电堆温度在最佳范围内。
31.当燃料电池低温冷启动时逆变器定频定压工作使加热组件以额定功率加热让燃料电池的水温快速的达到预设温度。当燃料电池运行时，燃料电池持续产生热量，当燃料电池“内循环”水温达到预警值时会打开三通阀让“外循环”的低温水进入“内循环”进行混水维持“内循环”水温达到给燃料电池散热的目的，当“外循环”的水温也达到预警值时会开启风扇给“外循环”的水降温。
32.无论是三通阀混水还是风扇降温都会让进入燃料电池的水温有较大的降低都不
能精密的达到控制“内循环”水温让燃料电池在最佳温度下工作，这时逆变器变频变压工作，可以根据实时温度输出不同加热功率，让燃料电池始终维持在预设反应温度发挥出最佳性能。
33.与现有技术相比，本技术中的加热装置加热功率宽泛、加热能力大，能够快速升温速度，采用电磁感应加热原理具有很好的动态控制能力，响应性好，此外，随着使用时间和使用工况变化可以便于调整加热控制算法，调节能力强适应广泛。
34.本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

技术特征：
1.一种燃料电池冷启动时快速加热装置，其特征在于：设有加热管（3）和线圈饶组（5），线圈饶组（5）套设于加热管（3）上，加热管（3）两端均设有直通管接头（1），直通管接头（1）设有限位块（2）并通过限位块（2）与加热管（3）相连接，加热管（3）两端与直通管接头（1）相连处设有卡箍（6），加热管（3）外设有一层硅胶管（4）。2.根据权利要求1所述的一种燃料电池冷启动时快速加热装置，其特征在于：所述至少一组线圈饶组（5）均匀缠绕于加热管（3）外。3.根据权利要求1所述的一种燃料电池冷启动时快速加热装置，其特征在于：所述直通管接头（1）管头一端设有连接凸台。4.根据权利要求1所述的一种燃料电池冷启动时快速加热装置，其特征在于：所述卡箍（6）将限位块（2）、加热管（3）和硅胶管（4）连接为一体。5.根据权利要求1所述的一种燃料电池冷启动时快速加热装置，其特征在于：所述线圈饶组（5）与加热管（3）间距不小于2mm。6.根据权利要求1所述的一种燃料电池冷启动时快速加热装置，其特征在于：所述硅胶管（4）厚度为3-6mm，或硅胶管（4）厚度为不小于8mm且线圈饶组（5）缠绕在硅胶管（4）。7.根据权利要求1所述的一种燃料电池冷启动时快速加热装置，其特征在于：所述限位块（2）为中空凸台形且凸出一端插入加热管（3）内，限位块（2）与加热管（3）内径相适配。8.一种燃料电池冷启动时快速加热装置的控制方法，其特征在于：根据温度检测信号，整车控制器vcu控制逆变器进行加热控制；当车辆冷启动状态，控制加热组件定频定压加热，使加热组件以固定功率加热，达到预设温度时停止加热；当车辆处于正常行驶状态，控制加热组件变频变压加热，使加热组件加热功率随温度变化而变化，维持燃料电池电堆温度在最佳范围内。9.根据权利要求1所述的一种燃料电池冷启动时快速加热装置，其特征在于：所述加热组件定频定压加热为根据设定加热管加热功率大小进而控制电磁感应加热功率从而实现燃料电池冷却系统最大加热效率，进行快速加热控制。10.根据权利要求1所述的一种燃料电池冷启动时快速加热装置，其特征在于：所述加热组件变频变压加热为根据燃料电池电堆温度反馈进行动态调节加热功率，进行自适应调节加热。

技术总结
本发明公开了一种燃料电池冷启动时快速加热装置及其控制方法，涉及燃料电池系统加热技术领域，包括设有加热管和线圈饶组，线圈饶组套设于加热管上，加热管两端均设有直通管接头，直通管接头设有限位块并通过限位块与加热管相连接；当车辆冷启动时，控制加热组件定频定压加热，使加热组件以固定功率加热，达到预设温度时停止加热；当正常行驶时，控制加热组件变频变压加热，使加热组件加热功率随温度变化而变化，维持燃料电池电堆温度在最佳范围内，本申请不仅可以精确的控制内循环水温，而且随温度变化而动态控制加热功率，让燃料电池始终维持在预设反应温度范内，发挥最佳性能。发挥最佳性能。发挥最佳性能。


技术研发人员：刘维豪 全琎 卢庆文 全欢 全书海
受保护的技术使用者：武汉海亿新能源科技有限公司
技术研发日：2023.06.01
技术公布日：2023/8/6