一种燃料电池发动机的控制系统及控制方法与流程

本发明涉及汽车，尤其涉及一种燃料电池发动机的控制系统及控制方法。

背景技术：

1、燃料电池发动机反应过程中，需要源源不断向发动机中供给反应气体，需要给电堆的阳极供应氢气，阴极供应氧气，冷却系统的冷却回路给电堆进行散热，但是由于电堆工作特性，进入电堆的空气和冷却液需具有特定的清洁度，不允许具有物理杂质和化学杂质。

2、现有方案需要在发动机空气供应子系统中配备一个较大的空气滤清器，滤除空气的物理杂质和化学杂质。且需要在热管理子系统中配备过滤器和去离子器，去除冷却液中的离子杂质和物理杂质。因此，现有技术中的燃料电池发动机的控制系统包括的结构部件过多。

技术实现思路

1、本发明提供了一种燃料电池发动机的控制系统及控制方法，以简化燃料电池发动机的控制系统的结构部件。

2、根据本发明的一方面，提供了一种燃料电池发动机的控制系统，包括：

3、空气回路和冷却回路；所述空气回路包括过滤/加湿器、中冷器和电堆；

4、空气从所述过滤/加湿器的进气口进入，所述过滤/加湿器内包括过滤单元和冷却液，所述过滤单元用于对所述空气和冷却液进行物理过滤和化学过滤，所述冷却液用于对所述空气进行加湿处理；

5、所述中冷器的进气口与所述过滤/加湿器的出气口连接，所述中冷器用于对所述空气进行冷却；

6、所述电堆的空气入口与所述中冷器的出气口连接，所述空气和氢气在所述电堆内燃烧生成转换成热能；

7、所述冷却回路与所述过滤/加湿器的冷却液入口连接，所述冷却回路用于为所述过滤/加湿器提供冷却液；

8、所述冷却回路与所述中冷器的冷却液入口连接，所述冷却回路用于为所述中冷器提供冷却液；

9、所述冷却回路与所述电堆的冷却液入口连接，所述冷却回路用于为所述电堆提供冷却液。

10、可选的，所述冷却回路包括控制器、水泵、散热器、第一三通阀和第二三通阀；

11、所述控制器与所述水泵的控制端连接，所述控制器用于根据冷却液总流量确定所述水泵的转速，其中，所述冷却液总流量包括流经过滤/加湿器的冷却液流量、流经中冷器的冷却液流量以及流经电堆的冷却液流量之和；

12、所述第一三通阀的第一端与所述过滤/加湿器的冷却液入口连接，所述第一三通阀的第二端与所述散热器的出口连接，所述散热器的入口与所述水泵的出口连接，所述过滤/加湿器的冷却液出口与所述水泵的进口连接，所述控制器与所述第一三通阀的控制端连接，所述控制器用于根据流经过滤/加湿器的冷却液流量，确定所述第一三通阀的第一端的开度；

13、所述第二三通阀的第一端与所述中冷器的冷却液入口连接，所述第二三通阀的第二端与所述第一三通阀的第三端连接，所述中冷器的冷却液出口与所述水泵的进口连接，所述控制器与所述第二三通阀的控制端连接，所述控制器用于根据流经中冷器的冷却液流量，确定所述第二三通阀的第一端的开度；

14、所述第二三通阀的第三端与所述电堆的冷却液入口连接，所述电堆的冷却液出口与所述水泵的进口连接，所述控制器用于根据流经电堆的冷却液流量，确定第二三通阀的第三端的开度。

15、可选的，所述空气回路还包括温度传感器，所述温度传感器用于获取所述中冷器的进气口的温度；

16、所述控制器与所述温度传感器的输出端连接，所述控制器用于根据所述中冷器的进气口的温度，确定所述中冷器所需的散热量，并根据所述中冷器所述的散热量确定所述流经中冷器的冷却液流量。

17、可选的，所述控制器与车载控制单元连接；

18、所述车载控制单元用于获取发动机的需求功率；

19、所述控制器用于根据所述发动机的需求功率确定所述发动机的需求加湿量，并根据所述发动机的需求加湿量确定流经过滤/加湿器的冷却液流量；

20、所述车载控制单元还用于获取所述电堆的散热量；

21、所述控制器还用于根据所述电堆的散热量，确定流经电堆的冷却液流量。

22、可选的，所述冷却回路还包括膨胀水箱和水位传感器，所述膨胀水箱的冷却液包括水和乙二醇；

23、所述膨胀水箱的出口与所述水泵的入口连接；

24、所述水位传感器位于所述膨胀水箱内，用于测量所述膨胀水箱的水位信息；

25、所述控制器与所述水位传感器的输出端连接，所述膨胀水箱的水位信息小于预设水位信息，所述控制器用于根据所述膨胀水箱的水位信息，发出加水信号。

26、根据本发明的另一方面，提供了一种燃料电池发动机的控制方法，包括：

27、所述燃料电池发动机的控制系统包括：空气回路和冷却回路；所述空气回路包括过滤/加湿器、中冷器和电堆；

28、空气从所述过滤/加湿器的进气口进入，所述过滤/加湿器的过滤单元对所述空气进行物理过滤和化学过滤，所述过滤/加湿器内的冷却液对所述空气进行加湿处理；

29、所述中冷器对所述空气进行冷却，其中，所述中冷器的进气口与所述过滤/加湿器的出气口连接；

30、所述空气和氢气在所述电堆内燃烧生成转换成热能，其中，所述电堆的空气入口与所述中冷器的出气口连接；

31、所述冷却回路为所述过滤/加湿器提供冷却液，所述冷却回路与所述过滤/加湿器的冷却液入口连接；

32、所述冷却回路为所述中冷器提供冷却液，所述冷却回路与所述中冷器的冷却液入口连接；

33、所述冷却回路为所述电堆提供冷却液，所述冷却回路与所述电堆的冷却液入口连接。

34、可选的，所述冷却回路包括控制器、水泵、散热器、第一三通阀和第二三通阀；

35、所述冷却回路为所述过滤/加湿器提供冷却液之前还包括：

36、所述控制器根据冷却液总流量确定所述水泵的转速，其中，所述控制器与所述水泵的控制端连接，所述冷却液总流量包括流经过滤/加湿器的冷却液流量、流经中冷器的冷却液流量以及流经电堆的冷却液流量之和；

37、所述冷却回路为所述过滤/加湿器提供冷却液包括：

38、所述控制器根据流经过滤/加湿器的冷却液流量，确定所述第一三通阀的第一端的开度，以实现所述冷却回路为所述过滤/加湿器提供冷却液，其中，所述第一三通阀的第一端与所述过滤/加湿器的冷却液入口连接，所述第一三通阀的第二端与所述散热器的出口连接，所述散热器的入口与所述水泵的出口连接，所述过滤/加湿器的冷却液出口与所述水泵的进口连接，所述控制器与所述第一三通阀的控制端连接；

39、所述冷却回路为所述中冷器提供冷却液包括：

40、所述控制器根据流经中冷器的冷却液流量，确定所述第二三通阀的第一端的开度，以实现所述冷却回路为所述中冷器提供冷却液，其中，所述第二三通阀的第一端与所述中冷器的冷却液入口连接，所述第二三通阀的第二端与所述第一三通阀的第三端连接，所述中冷器的冷却液出口与所述水泵的进口连接，所述控制器与所述第二三通阀的控制端连接；

41、所述冷却回路为所述电堆提供冷却液包括：

42、所述控制器根据流经电堆的冷却液流量，确定第二三通阀的第三端的开度，以实现所述冷却回路为所述电堆提供冷却液，其中，所述第二三通阀的第三端与所述电堆的冷却液入口连接，所述电堆的冷却液出口与所述水泵的进口连接。

43、可选的，所述空气回路还包括温度传感器；

44、所述控制器根据流经中冷器的冷却液流量，确定所述第二三通阀的第一端的开度之前还包括：

45、温度传感器获取所述中冷器的进气口的温度；

46、所述控制器根据所述中冷器的进气口的温度，确定所述中冷器所需的散热量，并根据所述中冷器所述的散热量确定所述流经中冷器的冷却液流量，其中，所述控制器与所述温度传感器的输出端连接。

47、可选的，所述控制器根据流经过滤/加湿器的冷却液流量，确定所述第一三通阀的第一端的开度之前还包括：

48、车载控制单元获取发动机的需求功率；

49、所述控制器根据所述发动机的需求功率确定所述发动机的需求加湿量，并根据所述发动机的需求加湿量确定所述流经过滤/加湿器的冷却液流量，其中，所述控制器与所述车载控制单元连接；

50、所述控制器根据流经电堆的冷却液流量，确定第二三通阀的第三端的开度之前还包括：

51、所述车载控制单元获取所述电堆的散热量；

52、所述控制器根据所述电堆的散热量，确定流经电堆的冷却液流量。

53、可选的，所述冷却回路还包括膨胀水箱和水位传感器，所述膨胀水箱的冷却液包括水和乙二醇；

54、所述控制器还根据冷却液总流量确定所述水泵的转速之前还包括：

55、水位传感器测量所述膨胀水箱的水位，其中，所述水位传感器位于所述膨胀水箱内，所述膨胀水箱的出口与所述水泵的入口连接；

56、所述膨胀水箱的水位信息小于预设水位信息，所述控制器根据所述膨胀水箱的水位信息，发出加水信号，其中，所述控制器与所述水位传感器的输出端连接。

57、本发明实施例提供的技术方案，空气回路包括过滤/加湿器、中冷器和电堆，空气从过滤/加湿器的进气口进入，通过中冷器，进入电堆燃烧生成转换成热能。冷却回路为过滤/加湿器、中冷器和电堆提供所需冷却液。其中，过滤/加湿器内包括过滤单元和冷却液，过滤单元用于对空气和冷却液进行物理过滤和化学过滤。因此，本发明实施例提供的燃料电池发动机的控制系统无需配备空气滤清器滤除空气的物理杂质和化学杂质，也无需配备过滤器和去离子器，去除冷却液中的离子杂质和物理杂质，仅仅使用过滤/加湿器便可以完成对空气和冷却液进行物理过滤和化学过滤，从而简化了燃料电池发动机的控制系统的结构部件。另外，过滤/加湿器内的冷却液还可以对空气进行加湿处理，取代现有的加湿器，可以通过控制过滤/加湿器的冷却液入口的流量来精准控制加湿水量。在对空气进行加湿处理后，可以降低进入中冷器的空气的温度，从而减少中冷器的散热需求，进而减少中冷器所需的冷却液的流量，从而可以缩小中冷器的体积，进而提高了燃料电池发动机的控制系统的体积比功率。

58、应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。