CN110828852A - 一种燃料电池系统的低温环境启动控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及燃料电池技术领域，尤其是指一种燃料电池系统的低温环境启动控制方法，设定低温的临界环境温度T0，分别在环境温度T大于T0和小于T0时，设定不同的初始加热功率和不同的功率变化量，从而利用燃料电池系统的发电过程中产生的热量逐渐给燃料电池系统升温，实现在不额外增加零部件的前提下，利用燃料电池系统自身的部件，实现系统的自加热，加热过程通过对电堆单片电压的实时判断，进行对应调整，达到保护燃料电池电堆的同时，系统升温，能够正常启动。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，尤其是指一种燃料电池系统的低温环境启动控制方法。
背景技术
燃料电池系统是一种将化学能转化为电能的发电装置，一般燃料电池系统在工作时以氢气为燃料，内部产生大量的水，包括反应生成的水、反应过程加湿用水等，燃料电池系统在低温环境下由于电池内部液态水结冰，可能使得启动困难。为保证成功启动，电堆需要预热升温，希望启动过程消耗最少的能量、最短的时间，同时对电堆材料部件及结构没有损伤。
专利CN 105390715 B公开了一种低温冷启动燃料电池系统及利用方法，该发明专利通过在燃料电池系统中设置低温冷起动加热装置来实现燃料电池系统低温环境中对系统的加热，虽然该发明专利能够实现有效加热，但在某些特定系统中，空间有限，对燃料电池系统体积有本质要求，无法做到安装加热模块，故实现不通过外部零部件加热的加热控制方式就显得尤为重要。
发明内容
本发明针对现有技术的问题提供一种燃料电池系统的低温环境启动控制方法，通过在不额外增加零部件的前提下，利用燃料电池系统自身的部件，控制实现系统的自加热，解决了空间大小对燃料电池系统的低温加热的条件限制问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种燃料电池系统的低温环境启动控制方法，包括以下步骤：
A.检测环境温度T，设定临界温度T0；
B.当环境温度T≥T0时，燃料电池系统以功率A1开始输出，对电堆加热，直至电堆的加热功率达到额定功率P；
C.当环境温度0≤T≤T0时，燃料电池系统从功率A2开始输出，对电堆加热，直至电堆的加热功率达到额定功率P；
D.设定报警电压E，实时监控并调整燃料电池系统内的电堆的单片电压，使电堆的单片电压高于报警电压E。
优选的，步骤B中，电堆的加热功率由A1开始，以每分钟的功率变化量B1持续增加，直至电堆的加热功率达到额定功率P；步骤C中，电堆的加热功率由A2开始，以每分钟的功率变化量B2持续增加，直至电堆的加热功率达到额定功率P；功率变化量B1和功率变化量B2不相等。
优选的，步骤B中，电堆的加热功率由A1开始增加，燃料电池系统的输出电流从a开始输出，以恒定的变化率逐级加载以使燃料电池系统的温度以恒定速率上升，当输出电流恒定在额定值时，燃料电池系统的电堆达到额定功率P；步骤C中，电堆的加热功率由A2开始增加，燃料电池系统的输出电流从b开始输出，以恒定的变化率逐级加载，当输出电流恒定在额定值时，燃料电池系统的电堆达到额定功率P。
优选的，步骤B中，电堆加热过程中的单片电压若大于报警电压E，则电堆维持B1的变化量继续进行功率加载，若电堆单片电压小于报警电压E，则改变变化量B1，即改变电堆的加热功率的变化斜率，使得电堆的单片电压大于报警电压E；步骤C中，电堆加热过程中的单片电压若大于报警电压E，则电堆维持B2的变化量继续进行功率加载，若电堆单片电压小于报警电压E，则改变变化量B2，即改变电堆的加热功率的变化斜率，使得电堆的单片电压大于报警电压E。
优选的，设定功率比较值K，电堆的最高平均单片电压为F，则在燃料电池系统升温过程中，实时监控电堆的平均单片电压，若电堆的平均单片电压大于最高平均单片电压F，并且加热的输出功率小于功率比较值K，该状态持续G时长，同时电池的剩余电量小于电池总容量的90％，则燃料电池系统报警。
优选的，系统报警后，电堆平均单片电压大于最高平均单片电压F，且输出功率小于功率比较值K的工作状态继续持续，持续时间增加至H时长，若输出功率仍小于功率比较值K，则燃料电池系统启动关机程序。
本发明的有益效果：
本发明提供的一种燃料电池系统的低温环境启动控制方法，设定低温的临界环境温度T0，分别在环境温度T大于T0和小于T0时，设定不同的初始加热功率和不同的功率变化量，从而利用燃料电池系统的发电过程中产生的热量逐渐给燃料电池系统升温，实现在不额外增加零部件的前提下，利用燃料电池系统自身的部件，实现系统的自加热，加热过程通过对电堆单片电压的实时判断，进行对应调整，达到保护燃料电池电堆的同时，系统升温，能够正常启动。
附图说明
图1为本发明的控制方法流程图。
图2为本发明的电堆保护方法的流程图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。以下结合附图对本发明进行详细的描述。
本实施例提供的一种燃料电池系统的低温环境启动控制方法，如图1，包括以下步骤：
A.检测环境温度T，设定临界温度T0；
B.当环境温度T≥T0时，燃料电池系统以功率A1开始输出，以每分钟的功率变化量B1持续增加；燃料电池系统的电堆的输出电流从a开始输出，以恒定的变化率逐级加载以使得燃料电池系统的温度以恒定速率上升，当输出电流恒定在额定值时，电堆的加热功率达到额定功率P；
C.当环境温度0≤T≤T0时，燃料电池系统从功率A2开始输出，以每分钟的功率变化量B2(B2≠B1)持续增加；燃料电池系统的电堆的输出电流从b开始输出，以恒定的变化率逐级加载以使得燃料电池系统的温度以恒定速率上升，当输出电流恒定在额定值时，电堆的加热功率达到额定功率P；
D.设定报警电压E，实时监控并调整燃料电池系统内电堆的单片电压，使电堆的单片电压高于报警电压E。
具体地，本发明中，通过设定低温的临界环境温度T0，分别在环境温度T大于T0和小于T0两种情况下，设定不同的初始加热功率和不同的功率变化量，适应与不同的温度下对电堆的温度升高需求，从而利用燃料电池系统发电过程中产生的热量逐渐给燃料电池系统升温，实现在不额外增加零部件的前提下，利用燃料电池系统自身的部件，实现系统的自加热；另外，加热过程通过对电堆单片电压的实时判断，若电堆的单片电压高于报警电压E，则保持当前的加热功率的变化率，若电堆的单片电压低于报警电压E，则改变功率的变化连量，使得电堆的单片电压高于报警电压E，通过对电堆的单片电压进行对应调整，达到保护燃料电池电堆的同时，系统升温，能够正常启动。
对电堆加热的单片电压的调整过程为：步骤B中，电堆的单片电压若大于报警电压E，则电堆维持B1的变化量继续进行功率加载，若电堆单片电压小于报警电压E，则改变变化量B1，即改变电堆的加热功率的变化斜率，使得电堆的单片电压大于报警电压E；步骤C中，电堆加热过程中的单片电压若大于报警电压E，则电堆维持B2的变化量继续进行功率加载，若电堆单片电压小于报警电压E，则改变变化量B2，即改变电堆的加热功率的变化斜率，使得电堆的单片电压大于报警电压E。
本实施例提供的一种燃料电池系统的低温环境启动控制方法，如图2，为进一步保护电堆，充分考虑燃料电池的电堆的特性，设定功率比较值K，电堆允许的最高平均单片电压为F，则在燃料电池系统升温过程中，实时监控电堆的平均单片电压，若电堆的平均单片电压大于最高平均单片电压F，并且加热的输出功率小于功率比较值K，该状态持续G时长，同时电池的剩余电量小于电池总容量的90％，则燃料电池系统报警。系统报警后，电堆平均单片电压大于最高平均单片电压F，且输出功率小于功率比较值K的工作状态继续持续，持续时间增加至H时长，若输出功率仍小于功率比较值K，则燃料电池系统启动关机程序，从而保护电堆，防止电堆在加热过程中被损坏。
以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明以较佳实施例公开如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当利用上述揭示的技术内容作出些许变更或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明技术是指对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (6)
1.一种燃料电池系统的低温环境启动控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
A.检测环境温度T，设定临界温度T0；
B.当环境温度T≥T0时，燃料电池系统以功率A1开始输出，对电堆加热，直至电堆的加热功率达到额定功率P；
C.当环境温度0≤T≤T0时，燃料电池系统从功率A2开始输出，对电堆加热，直至电堆的加热功率达到额定功率P；
D.设定报警电压E，实时监控并调整燃料电池系统内的电堆的单片电压，使电堆的单片电压高于报警电压E。
2.根据权利要求1所述一种燃料电池系统的低温环境启动控制方法，其特征在于：步骤B中，电堆的加热功率由A1开始，以每分钟的功率变化量B1持续增加，直至电堆的加热功率达到额定功率P；步骤C中，电堆的加热功率由A2开始，以每分钟的功率变化量B2持续增加，直至电堆的加热功率达到额定功率P；功率变化量B1和功率变化量B2不相等。
3.根据权利要求1所述一种燃料电池系统的低温环境启动控制方法，其特征在于：步骤B中，电堆的加热功率由A1开始增加，燃料电池系统的输出电流从a开始输出，以恒定的变化率逐级加载以使燃料电池系统的温度以恒定速率上升，当输出电流恒定在额定值时，燃料电池系统的电堆达到额定功率P；步骤C中，电堆的加热功率由A2开始增加，燃料电池系统的输出电流从b开始输出，以恒定的变化率逐级加载，当输出电流恒定在额定值时，燃料电池系统的电堆达到额定功率P。
4.根据权利要求2所述一种燃料电池系统的低温环境启动控制方法，其特征在于：步骤B中，电堆加热过程中的单片电压若大于报警电压E，则电堆维持B1的变化量继续进行功率加载，若电堆单片电压小于报警电压E，则改变变化量B1，即改变电堆的加热功率的变化斜率，使得电堆的单片电压大于报警电压E；步骤C中，电堆加热过程中的单片电压若大于报警电压E，则电堆维持B2的变化量继续进行功率加载，若电堆单片电压小于报警电压E，则改变变化量B2，即改变电堆的加热功率的变化斜率，使得电堆的单片电压大于报警电压E。
5.根据权利要求1所述一种燃料电池系统的低温环境启动控制方法，其特征在于：设定功率比较值K，电堆的最高平均单片电压为F，则在燃料电池系统升温过程中，实时监控电堆的平均单片电压，若电堆的平均单片电压大于最高平均单片电压F，并且加热的输出功率小于功率比较值K，该状态持续G时长，同时电池的剩余电量小于电池总容量的90％，则燃料电池系统报警。
6.根据权利要求5所述一种燃料电池系统的低温环境启动控制方法，其特征在于：系统报警后，电堆平均单片电压大于最高平均单片电压F，且输出功率小于功率比较值K的工作状态继续持续，持续时间增加至H时长，若输出功率仍小于功率比较值K，则燃料电池系统启动关机程序。
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