CN110957506A - 一种燃料电池系统及其待机控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种燃料电池系统及其待机控制方法。所述燃料电池系统包括燃料电池电堆、空气压缩机、分流装置、背压阀、供氢回氢总成、分水排氢总成和升压DC/DC转换器；所述燃料电池电堆包括阳极室和阴极室，所述燃料电池电堆上连接有升压DC/DC转换器，所述空气压缩机的出口分别与阴极室入口和背压阀出口流体连接，所述背压阀的入口与阴极室出口连接；所述燃料电池电堆的阳极室入口和阳极室出口分别与所述供氢回氢总成和分水排氢总成连接，所述分水排氢总成的排氢出口与供氢回氢总成的入口连接。所述待机控制方法解决了正常关机流程经历时间长且影响燃料电池电堆使用寿命的问题。

Description

一种燃料电池系统及其待机控制方法
技术领域
本发明涉及电动汽车技术领域，具体涉及一种燃料电池系统及其待机控制方法。
背景技术
燃料电池是一种直接将燃料的化学能转化为电能的装置，被誉为是继水力、火力、核电之后的第四代发电技术，具有效率高、排放少、无污染和燃料多样化的特点，在汽车、飞机、潜艇、通讯等领域有广泛的应用前景，尤其在汽车领域，燃料电池汽车具有零排放、加注快、长续航等优点，被誉为新能源汽车未来的重要发展方向。
燃料电池经氢氧反应输出电能，是电化学反应、气体传递、质子传递和电子传导等串联的过程，气体和质子传递速度远低于电子传导速度，导致其不能实时响应整车功率需求，需要动力总成系统搭配一个储能装置(一般是动力电池)进行“削峰填谷”的功率补偿与制动能量回收。在实际道路行驶过程中，车辆会经历频繁的启停。在正常情况下，少量的空气与氢气供应至燃料电池电堆从而产生功率输出，通常用于给动力电池充电或电加热装置加热，当动力电池SOC达到上限时或不需要电加热装置加热时，则需切断燃料电池电堆对外功率输出，正常的关机流程需要经历的时间较长，且对燃料电池电堆寿命存在影响。
CN1832872A公开了一种燃料电池系统和装有该燃料电池系统的电动车辆，所述燃料电池系统，包括燃料电池、蓄电装置和用于从所述燃料电池和所述蓄电装置向负荷供给电功率的电功率供给装置。在该燃料电池系统中，所述电功率供给装置包括用于在所述负荷所需要的电功率量小于基准值时停止所述燃料电池的运行，并且在所述负荷所需要的电功率量等于或大于该基准值时启动已停止运行的所述燃料电池的间歇运行装置，和用于根据运行已经停止的所述燃料电池中的内部电动势调整所述基准值的阈值调整装置。所述电动车辆可以提高整个燃料电池系统的效率，并且可以提高车辆的响应性，但没有将空气压缩机(可简称空压机)频繁启停的耐久可行性考虑在内。
CN101800324A公开了一种在备用/再生模式中操作燃料电池系统的方法。具体地，提供了一种在系统空闲情形期间将燃料电池系统置于备用中以改善系统燃料效率的系统和方法。该方法可以包括：将阴极气流引导绕过电池组，使来自阴极空气压缩机的空气流输出减小到最小的可容许设定点；断开电池组主接触器，使该电池组与高压汇流排断开连接并使电池组与系统的其余部分电隔离；将独立负载(例如，该电池组内的端电池加热器)接合至电池组以抑制电池组电压；在燃料电池组的阳极侧维持正压力，并且周期地使阳极向排气流放气。当产生了系统功率请求去除了空闲情形时，通过将空气压缩机空气流引导回到阴极并且当达到开路电压时打开电池组接触器，从而系统返回到正常操作。但该发明中燃料电池空气压缩机仍需在怠速转速下保持燃料电池输出，持续消耗电能。
CN107437627A公开了一种燃料电池推进系统的基于效率的待机模式，公开了用于在待机模式下操作燃料电池系统的系统和方法。该方法包括基于燃料电池电堆和电池功率优化而确定功率极限值，其中如果系统功率请求低于功率极限值，则系统将进入待机模式。系统首先进入动态待机模式，其中燃料电池电堆关闭并且向电池堆的阴极侧提供阴极空气的空气压缩机在怠速下操作。该方法通过在动态待机模式期间在怠速下操作空气压缩机而累计识别已消耗多少能量的空气压缩机功率值，然后切换至静态待机模式，其中当累计的空气压缩机功率值达到识别启动空气压缩机所花费的能量的量的空气压缩机重启能量值时空气压缩机关闭。该发明工况的系统待机控制，可以通过比较怠速空气压缩机累计消耗的能量与启动空气压缩机所需能量，切换静态待机与动态待机模式，但本专利仍没有考虑空气压缩机频繁启停的耐久可行性。
通常，燃料电池系统的待机控制可通过外接负载消耗功率、空气压缩机旁通怠速供气、空气压缩机直接/延时停机等方式实现。空气压缩机本身存在启停次数的寿命限制，特别是空气动压轴承的离心式空压机：随着电机带动轴承开始旋转时，空气动压轴承的摩擦阻力矩会出现一个瞬间峰值，随着工作转速不断提升，转轴与轴承之间的静摩擦状态会逐渐变为动摩擦状态，最终达到起飞转速；在停机过程中，随着工作转速不断降低，转轴表面与轴承逐渐接触，动摩擦状态会逐渐变为静摩擦状态，仍会出现一个摩擦阻力矩的峰值。因此，空气压缩机的启停次数是其使用寿命评价的重要指标之一，也是燃料电池系统进入何种待机模式的重要考量因素。
因此，基于现有技术的研究，将空气压缩机启停寿命因素考虑在内，控制待机状态下燃料电池电堆不对外输出，开路电压降低并维持在催化剂的还原区域，同时对燃料电池电堆催化剂进行活化处理，提升燃料电池电堆性能，缩短正常的关机流程经历的时间且不影响燃料电池电堆的使用寿命，成为研究的重点。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供一种燃料电池系统及其待机控制方法，所述燃料电池系统通过分流装置的使用，可以自适应控制空气供应的比例与方向，避免燃料电池电堆阴极空气流量过大和反流等现象的发生；所述待机控制方法根据已统计的空气压缩机已启停次数与累计运行时间，比较空气压缩机可启停次数与设计寿命，设定燃料电池系统进入不同待机状态的操作流程，同时在待机状态下维持燃料电池开路电压在还原电压区域，这可以活化催化剂，提升燃料电池性能，解决了正常的关机流程经历的时间长，且影响燃料电池电堆的使用寿命的问题。
为达此目的，本发明提供以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种燃料电池系统，所述燃料电池系统包括燃料电池电堆、空气压缩机、分流装置、背压阀、供氢回氢总成、分水排氢总成和升压DC/DC转换器；
所述燃料电池电堆包括阳极室和阴极室，所述燃料电池电堆上连接有升压DC/DC转换器，所述空气压缩机的出口分别与阴极室入口和背压阀出口流体连接，所述背压阀的入口与阴极室出口连接；
所述燃料电池电堆的阳极室入口和阳极室出口分别与所述供氢回氢总成和分水排氢总成连接，所述分水排氢总成的排氢出口与供氢回氢总成的入口连接。
本发明提供的燃料电池系统，在空气压缩机与燃料电池电堆之间设置分流装置，在所述燃料电池系统运行过程中，根据燃料电池电堆当前供气流量与压力的需求，可以自适应调节空气供应的比例与方向，避免燃料电池电堆阴极空气流量过大和反流等现象的发生，有助于提升所述燃料电池系统的稳定性和使用寿命。
优选地，所述系统还包括供氢管路和排水管路，所述供氢管路与供氢回氢总成的入口连接，所述排水管路与分水排氢总成的排水出口连接。
第二方面，本发明还提供如上述第一方面所述的燃料电池系统的待机控制方法，所述待机控制方法包括以下步骤：
(1)燃料电池系统收到进入待机模式的指令后，降低空气压缩机的转速，调整背压阀和分流装置的开度，使得阴极室空气供应条件满足燃料电池电堆耗电需求，跟随空气供应状态调整氢气供气压力与循环量至最小值，将燃料电池电堆的电压拉低后，断开燃料电池电堆与升压DC/DC转换器的连接，进入待机模式；
(2)判断空气压缩机剩余启停次数比率与空气压缩机剩余使用时间比率关系，当空气压缩机剩余启停次数比率大于空气压缩机剩余使用时间比率，执行空气压缩机关机的系统怠速控制方案；反之，执行空气压缩机的微量供气的系统怠速控制方案。
本发明中，所述空气压缩机剩余启停次数比率X1为：
Figure BDA0002287653020000051
所述空气压缩机剩余使用时间比率X2为：
Figure BDA0002287653020000052
其中，Nmax为供应商提供的空气压缩机最大启停次数；
Nuse为空气压缩机已使用启停次数；
Tmax为供应商提供的空气压缩机最大使用时间；
Tuse为空气压缩机已使用时间。
本发明提供的待机控制方法，通过调整空气压缩机的转速、背压阀和分流装置的开度，调节空气供应条件、氢气供气压力和循环量，使燃料电池电堆与升压DC/DC转换器断开连接，进入待机模式，此时所述燃料电池系统对外不输出电能；再结合空气压缩机剩余启停次数比率与空气压缩机剩余使用时间比率关系，设定燃料电池系统执行不同的待机控制方案，所述方案能够在待机状态下维持燃料电池开路电压在还原电压区域(如0.2V)，这可以活化催化剂，提升燃料电池系统性能，缩短正常的关机流程经历的时间且不影响燃料电池电堆的使用寿命。
本发明中，当乘车处于停车、制动能量回收或低速行驶时，整车将通过辨识动力电池SOC状态、油门踏板开度等条件，设定燃料电池系统是否进入待机模式的指令。
优选地，在步骤(1)之前判断燃料电池系统是否收到进入待机模式的指令，若收到进入待机模式的指令，则执行步骤(1)；若未收到进入待机模式的指令，则再次判断燃料电池系统是否收到进入待机模式的指令。
优选地，步骤(1)中所述空气压缩机的转速降低至怠速转速，所述怠速转速根据空气压缩机的类型而定。
优选地，步骤(1)中所述背压阀和分流装置的开度独立地根据空气压缩机的转速进行调整，以满足燃料电池电堆运行需求，所述背压阀的开度和分流装置的开度相互独立，不受彼此影响。
优选地，所述燃料电池电堆的电压拉低至怠速电压，所述怠速电压根据燃料电池电堆的能力而定，所述怠速电压为燃料电池电堆的还原电压区域，能够活化催化剂，提升燃料电池电堆的性能。
优选地，所述燃料电池电堆的电压拉低至怠速电压过程中，使用的是小电流，所述小电流为所述燃料电池电堆可以提供的最低电流，根据燃料电池电堆而定，可以是10A、15A或20A等。
优选地，步骤(2)中所述空气压缩机关机的系统怠速控制方案为：关闭空气压缩机，关闭背压阀。
优选地，步骤(2)中所述空气压缩机的微量供气的系统怠速控制方案为：维持空气压缩机在怠速转速工作，全开背压阀，自适应调节分流装置开度，保证待机电压维持的空气流量。
作为本发明所述待机控制方法的优选技术方案，所述方法还包括在步骤(2)之后进行如下步骤：
(3)执行空气压缩机关机的系统怠速控制方案之后，对空气压缩机启停次数进行计数，判断燃料电池系统是否收到退出待机模式的指令，若未收到退出待机模式的指令，则再次判断燃料电池系统是否收到退出待机模式的指令；若收到退出待机模式的指令，则执行下一步骤；
或者，执行空气压缩机的微量供气的系统怠速控制方案之后，判断燃料电池系统是否收到退出待机模式的指令，若未收到退出待机模式的指令，则再次判断燃料电池系统是否收到退出待机模式的指令；若收到退出待机模式的指令，则执行下一步骤；
(4)燃料电池系统收到退出待机模式的指令后，调整空气压缩机至怠速转速，全开背压阀，自适应调整分流装置开度，保证正常开路电压空气的供给，待燃料电池电压恢复至正常开路电压时，闭合燃料电池与升压DC/DC转换器的连接，退出待机模式。
作为本发明所述待机控制方法的进一步优选技术方案，包括以下步骤：
(1)判断判断燃料电池系统是否收到进入待机模式的指令，若收到进入待机模式的指令，则执行下一步骤；若未收到进入待机模式的指令，则再次执行判断判断燃料电池系统是否收到进入待机模式的指令；
(2)燃料电池系统收到进入待机模式的指令后，降低空气压缩机的转速至怠速转速，自适应调整背压阀和分流装置的开度，使得阴极室空气供应条件满足燃料电池电堆耗电需求，跟随空气供应状态调整氢气供气压力与循环量至最小值，将燃料电池电堆的电压拉低至怠速电压后，断开燃料电池电堆与升压DC/DC转换器的连接，进入待机模式；
(3)判断空气压缩机剩余启停次数比率与空气压缩机剩余使用时间比率关系，当空气压缩机剩余启停次数比率大于空气压缩机剩余使用时间比率，执行空气压缩机关机的系统怠速控制方案；反之，执行空气压缩机的微量供气的系统怠速控制方案；
(4)执行空气压缩机关机的系统怠速控制方案之后，对空气压缩机启停次数进行计数，判断燃料电池系统是否收到退出待机模式的指令，若未收到退出待机模式的指令，则再次判断燃料电池系统是否收到退出待机模式的指令；若收到退出待机模式的指令，则执行下一步骤；
或者，执行空气压缩机的微量供气的系统怠速控制方案之后，判断燃料电池系统是否收到退出待机模式的指令，若未收到退出待机模式的指令，则再次判断燃料电池系统是否收到退出待机模式的指令；若收到退出待机模式的指令，则执行下一步骤；
(5)燃料电池系统收到退出待机模式的指令后，调整空气压缩机至怠速转速，全开背压阀，自适应调整分流装置开度，保证正常开路电压空气的供给，待燃料电池电压恢复至正常开路电压时，闭合燃料电池与升压DC/DC转换器的连接，退出待机模式。
与现有技术相比，本发明至少具有以下的有益效果：
(1)本发明提供的燃料电池系统，通过在空气压缩机与燃料电池电堆之间设置分流装置，可以根据空气压缩机的转速自适应控制空气供应的比例与方向，避免燃料电池阴极室空气流量过大和反流等现象的发生，有助于提升所述燃料电池系统的稳定性和使用寿命；
(2)本发明提供的待机控制方法，将空气压缩机启停寿命因素考虑在内，根据已统计的空气压缩机已启停次数与累计运行时间，比较空气压缩机可启停次数与设计寿命，设定燃料电池系统进入不同待机状态的控制方案，在待机状态下维持燃料电池电堆开路电压在还原电压区域，这可以活化催化剂，提升燃料电池性能，缩短正常的关机流程经历的时间且不影响燃料电池电堆的使用寿命。
附图说明
图1是本发明实施例提供的燃料电池系统示意图。
图2是本发明提供的一种待机控制方法的流程图。
图1中，10-燃料电池电堆，11-空气压缩机，12-三通阀，13-背压阀，21-供气回氢总成，22-分水排氢总成，30-升压DC/DC转换器。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案，本发明为达成预定的技术效果所采取的技术手段，对本发明的具体实施方式详细说明如下。
本发明实施例部分提供一种燃料电池系统，其结构示意图如图1所示。所述燃料电池系统包括燃料电池电堆10、空气压缩机11、三通阀12、背压阀13、供氢回氢总成21、分水排氢总成22和升压DC/DC转换器30；
所述燃料电池电堆10包括阳极室和阴极室，所述燃料电池电堆10上连接有升压DC/DC转换器30，所述空气压缩机11的出口与三通阀12的入口连接，所述三通阀12的第一出口与燃料电池电堆10阴极室入口连接，所述三通阀12的第二出口与背压阀13出口连接，所述背压阀13的入口与燃料电池电堆10阴极室出口连接；
所述燃料电池电堆10的阳极室入口和阳极室出口分别与所述供氢回氢总成21和分水排氢总成22连接，所述分水排氢总成22的排氢出口与供氢回氢总成21的入口连接。
本发明提供了一种待机控制方法，所述方法的流程图如图2所示，所述方法包括：在燃料电池系统运行过程中，进行如下步骤：
步骤S1，判断燃料电池系统是否收到进入待机模式的指令，若收到进入待机模式的指令，则执行步骤S2；若未收到进入待机模式的指令，则执行步骤S1；
步骤S2，所述燃料电池系统收到进入待机模式的指令后，降低空气压缩机的转速至其怠速转速、自适应调整背压阀和三通阀开度，使燃料电池电堆阴极室空气供应条件满足燃料电池耗电需求；跟随空气供应状态调整氢气供气压力与循环量至最小值；用小电流将燃料电池电堆电压拉低至怠速电压后，断开燃料电池电堆与升压DC/DC转换器的连接，进入待机模式；
步骤S3，判断空气压缩机剩余启停次数比率与空气压缩机剩余使用时间比率关系，当空气压缩机剩余启停次数比率大于空气压缩机剩余使用时间比率，可以执行空气压缩机关机的系统怠速控制方案；反之，则需执行微量供气的系统怠速控制方案；
步骤S4，当空气压缩机剩余启停次数比率大于空气压缩机剩余使用时间比率时，所述燃料电池系统执行空气压缩机关机的系统怠速控制方案：关闭空气压缩机，关闭背压阀；
步骤S5，所述燃料电池系统执行空气压缩机关机的系统怠速控制方案之后，对空气压缩机启停次数进行计数；
步骤S6，当空气压缩机剩余启停次数比率小于空气压缩机剩余使用时间比率时，所述燃料电池系统执行空气压缩机微量供气的系统怠速控制方案：维持空气压缩机在怠速转速工作，全开背压阀，自适应调节三通阀开度；
步骤S7，继步骤S5之后，判断燃料电池系统是否收到退出待机模式的指令，若收到退出待机模式的指令，则执行步骤S8，反之，执行步骤S7；
或者，继步骤S6之后，判断燃料电池系统是否收到退出待机模式的指令，若收到退出待机模式的指令，则执行步骤S8，反之，执行步骤S7；
步骤S8，所述燃料电池收到退出待机模式的指令，调整空气压缩机至怠速转速，全开背压阀，自适应调整三通阀开度，所述燃料电池电堆电压提升至目标电压，所述目标电压即为正常开路电压，闭合燃料电池电堆与升压DC/DC转化器的连接，结束待机模式。
实施例
本实施例提供一种燃料电池系统的待机控制方法，包括以下步骤：
步骤S1，判断燃料电池系统是否收到进入待机模式的指令，若收到进入待机模式的指令，则执行步骤S2；若未收到进入待机模式的指令，则执行步骤S1；
步骤S2，所述燃料电池系统收到进入待机模式的指令后，降低空气压缩机至其怠速转速、自适应调整背压阀与三通阀开度，使燃料电池电堆阴极室空气供应条件满足燃料电池耗电需求；跟随空气供应状态调整氢气供气压力与循环量至最小值；用小电流将燃料电池电堆电压拉低至怠速电压后，断开燃料电池电堆与升压DC/DC转换器的连接，进入待机模式；
步骤S3，判断空气压缩机剩余启停次数比率与空气压缩机剩余使用时间比率关系，当空气压缩机剩余启停次数比率大于空气压缩机剩余使用时间比率，可以执行空气压缩机关机的系统怠速控制方案；反之，则需执行微量供气的系统怠速控制方案；
步骤S4，当空气压缩机剩余启停次数比率大于空气压缩机剩余使用时间比率时，所述燃料电池系统执行空气压缩机关机的系统怠速控制方案：关闭空气压缩机，关闭背压阀；
步骤S5，所述燃料电池系统执行空气压缩机关机的系统怠速控制方案之后，对空气压缩机启停次数进行计数；
步骤S6，当空气压缩机剩余启停次数比率小于空气压缩机剩余使用时间比率时，所述燃料电池系统执行空气压缩机微量供气的系统怠速控制方案：维持空气压缩机在怠速转速工作，全开背压阀，自适应调节三通阀开度；
步骤S7，继步骤S5之后，判断燃料电池系统是否收到退出待机模式的指令，若收到退出待机模式的指令，则执行步骤S8，反之，执行步骤S7；
或者，继步骤S6之后，判断燃料电池系统是否收到退出待机模式的指令，若收到退出待机模式的指令，则执行步骤S8，反之，执行步骤S7；
步骤S8，所述燃料电池收到退出待机模式的指令，调整空气压缩机至怠速转速，全开背压阀，自适应调整三通阀开度，所述燃料电池电堆电压提升至目标电压，所述目标电压即为正常开路电压，闭合燃料电池电堆与升压DC/DC转化器的连接，结束待机模式。
对比例1
与实施例相比，区别仅在于，本对比例提供的燃料电池系统中未设置三通阀，空气压缩机直接与燃料电池电堆阴极室入口连接，本对比例提供的待机控制方法，包括以下步骤：
步骤S1，判断燃料电池系统是否收到进入待机模式的指令，若收到进入待机模式的指令，则执行步骤S2；若未收到进入待机模式的指令，则执行步骤S1；
步骤S2，所述燃料电池系统收到进入待机模式的指令后，降低空气压缩机至其怠速转速、自适应调整背压阀开度，使燃料电池电堆阴极室空气供应条件满足燃料电池耗电需求；跟随空气供应状态调整氢气供气压力与循环量至最小值；用小电流将燃料电池电堆电压拉低至怠速电压后，断开燃料电池电堆与升压DC/DC转换器的连接，进入待机模式；
步骤S3，判断空气压缩机剩余启停次数比率与空气压缩机剩余使用时间比率关系，当空气压缩机剩余启停次数比率大于空气压缩机剩余使用时间比率，可以执行空气压缩机关机的系统怠速控制方案；反之，则需执行微量供气的系统怠速控制方案；
步骤S4，当空气压缩机剩余启停次数比率大于空气压缩机剩余使用时间比率时，所述燃料电池系统执行空气压缩机关机的系统怠速控制方案：关闭空气压缩机，关闭背压阀；
步骤S5，所述燃料电池系统执行空气压缩机关机的系统怠速控制方案之后，对空气压缩机启停次数进行计数；
步骤S6，当空气压缩机剩余启停次数比率小于空气压缩机剩余使用时间比率时，所述燃料电池系统执行空气压缩机微量供气的系统怠速控制方案：维持空气压缩机在怠速转速工作，全开背压阀；
步骤S7，继步骤S5之后，判断燃料电池系统是否收到退出待机模式的指令，若收到退出待机模式的指令，则执行步骤S8，反之，执行步骤S7；
或者，继步骤S6之后，判断燃料电池系统是否收到退出待机模式的指令，若收到退出待机模式的指令，则执行步骤S8，反之，执行步骤S7；
步骤S8，所述燃料电池收到退出待机模式的指令，调整空气压缩机至怠速转速，全开背压阀，所述燃料电池电堆电压提升至目标电压，闭合燃料电池电堆与升压DC/DC转化器的连接，结束待机模式。
对比例2
与实施例相比，区别仅在于，本对比例提供的燃料电池系统的待机控制方法，未考虑空气压缩机启停寿命因素，本对比例提供的燃料电池系统的待机控制方法，包括以下步骤：
步骤S1，判断燃料电池系统是否收到进入待机模式的指令，若收到进入待机模式的指令，则执行步骤S2；若未收到进入待机模式的指令，则执行步骤S1；
步骤S2，所述燃料电池系统收到进入待机模式的指令后，降低空气压缩机至其怠速转速、自适应调整背压阀与三通阀开度，使燃料电池电堆阴极室空气供应条件满足燃料电池耗电需求；跟随空气供应状态调整氢气供气压力与循环量至最小值；用小电流将燃料电池电堆电压拉低至怠速电压后，断开燃料电池电堆与升压DC/DC转换器的连接，进入待机模式；
步骤S3，所述燃料电池系统提供待机所需的耗电需求，同时判断燃料电池系统是否收到退出待机模式的指令，若未收到退出待机模式的指令，则再次判断燃料电池系统是否收到退出待机模式的指令；若收到退出待机模式的指令，则执行步骤S4；
步骤S4，所述燃料电池收到退出待机模式的指令，调整空气压缩机至怠速转速，全开背压阀，自适应调整三通阀开度，所述燃料电池电压提升至目标电压，闭合燃料电池与升压DC/DC转换器的连接，结束待机模式。
对比例3
与实施例相比，区别仅在于，本对比例提供的燃料电池系统的待机控制方法，在待机状态下维持燃料电池开路电压不在还原电压区域，本对比例提供的燃料电池系统的待机控制方法，包括以下步骤：
步骤S1，判断燃料电池系统是否收到进入待机模式的指令，若收到进入待机模式的指令，则执行步骤S2；若未收到进入待机模式的指令，则执行步骤S1；
步骤S2，所述燃料电池系统收到进入待机模式的指令后，降低空气压缩机至其怠速转速、自适应调整背压阀与三通阀开度，使燃料电池电堆阴极室空气供应条件满足燃料电池耗电需求；跟随空气供应状态调整氢气供气压力与循环量至最小值；用小电流将燃料电池电堆电压拉低至待机所需的电压后，断开燃料电池电堆与升压DC/DC转换器的连接，进入待机模式；
步骤S3，判断空气压缩机剩余启停次数比率与空气压缩机剩余使用时间比率关系，当空气压缩机剩余启停次数比率大于空气压缩机剩余使用时间比率，可以执行空气压缩机关机的系统怠速控制方案；反之，则需执行微量供气的系统怠速控制方案；
步骤S4，当空气压缩机剩余启停次数比率大于空气压缩机剩余使用时间比率时，所述燃料电池系统执行空气压缩机关机的系统怠速控制方案：关闭空气压缩机，关闭背压阀；
步骤S5，所述燃料电池系统执行空气压缩机关机的系统怠速控制方案之后，对空气压缩机启停次数进行计数；
步骤S6，当空气压缩机剩余启停次数比率小于空气压缩机剩余使用时间比率时，所述燃料电池系统执行空气压缩机微量供气的系统怠速控制方案：维持空气压缩机在怠速转速工作，全开背压阀，自适应调节三通阀开度；
步骤S7，继步骤S5之后，判断燃料电池系统是否收到退出待机模式的指令，若收到退出待机模式的指令，则执行步骤S8，反之，执行步骤S7；
或者，继步骤S6之后，判断燃料电池系统是否收到退出待机模式的指令，若收到退出待机模式的指令，则执行步骤S8，反之，执行步骤S7；
步骤S8，所述燃料电池收到退出待机模式的指令，调整空气压缩机至怠速转速，全开背压阀，自适应调整三通阀开度，所述燃料电池电压提升至目标电压，闭合燃料电池与升压DC/DC转换器的连接，结束待机模式。
将上述实施例和各对比例提供的待机控制方法进行分析可知：
(1)上述实施例提供的控制方法，通过判断空气压缩机剩余启停次数比率与空气压缩机剩余使用时间比率关系，设定燃料电池系统进入不同待机状态的控制方案，在待机状态下维持燃料电池电堆开路电压在还原电压区域，这可以活化催化剂，提升燃料电池性能，缩短正常的关机流程经历的时间，且不影响燃料电池电堆的使用寿命；再结合在空气压缩机与燃料电池电堆之间设置三通阀，根据空气压缩机的转速自适应控制空气供应的比例与方向，避免燃料电池阴极室空气流量过大和反流等现象的发生，有助于提升所述燃料电池系统的稳定性和使用寿命；
(2)与实施例1相比，对比例1采用的燃料电池系统中未设置三通阀，在进入不同待机状态时，空气供应的比例和方向只受空气压缩机的控制，燃料电池电堆的阴极室会出现空气流量过大和反流现象，这严重影响燃料电池电堆的使用寿命和性能，由此说明，实施例1采用在空气压缩机与燃料电池电堆之间设置三通阀，可以有效解决阴极室出现空气流量过大和反流的问题；
(3)与实施例1相比，对比例2提供的燃料电池系统的待机控制方法，未考虑空气压缩机启停寿命因素，所述燃料电池系统的待机模式比较单一，对燃料电池系统的使用寿命有不利的影响，由此说明，实施例1将空气压缩机启停寿命因素考虑在内，更有利于乘车的实际使用状况；
(4)与实施例1相比，对比例3提供的燃料电池系统的待机控制方法，在待机状态下维持燃料电池开路电压保持在待机所需的电压，在此电压下催化剂没有得到活化，所述燃料电池电堆的性能较实施例1差，由此说明，实施例1采用的怠速电压有利于提升燃料电池电堆的性能。
综上，本发明提供的燃料电池系统，通过在空气压缩机与燃料电池电堆之间设置三通阀，根据空气压缩机的转速自适应控制空气供应的比例与方向，避免燃料电池阴极室空气流量过大和反流等现象的发生，有助于提升所述燃料电池系统的稳定性和使用寿命；本发明提供的待机控制方法通过判断空气压缩机剩余启停次数比率与空气压缩机剩余使用时间比率关系，设定燃料电池系统进入不同待机状态的控制方案，在待机状态下维持燃料电池电堆开路电压在还原电压区域，这可以活化催化剂，提升燃料电池性能，解决了正常的关机流程经历的时间长，且影响燃料电池电堆的使用寿命的问题。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种燃料电池系统，其特征在于，包括燃料电池电堆、空气压缩机、分流装置、背压阀、供氢回氢总成、分水排氢总成和升压DC/DC转换器；
所述燃料电池电堆包括阳极室和阴极室，所述燃料电池电堆上连接有升压DC/DC转换器，所述空气压缩机的出口分别与阴极室入口和背压阀出口流体连接，所述流体连接通过分流装置连接，所述背压阀的入口与阴极室出口连接；
所述燃料电池电堆的阳极室入口和阳极室出口分别与所述供氢回氢总成和分水排氢总成连接，所述分水排氢总成的排氢出口与供氢回氢总成的入口连接。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述分流装置优选为三通阀；
优选地，所述空气压缩机的出口与所述三通阀的入口连接，所述三通阀的第一出口与阴极室入口连接，所述三通阀的第二出口与背压阀出口连接；
优选地，所述系统还包括供氢管路和排水管路，所述供氢管路与供氢回氢总成的入口连接，所述排水管路与分水排氢总成的排水出口连接。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统的待机控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)燃料电池系统收到进入待机模式的指令后，降低空气压缩机的转速，调整背压阀和分流装置的开度，使得阴极室空气供应条件满足燃料电池电堆耗电需求，跟随空气供应状态调整氢气供气压力与循环量至最小值，将燃料电池电堆的电压拉低后，断开燃料电池电堆与升压DC/DC转换器的连接，进入待机模式；
(2)判断空气压缩机剩余启停次数比率与空气压缩机剩余使用时间比率关系，当空气压缩机剩余启停次数比率大于空气压缩机剩余使用时间比率，执行空气压缩机关机的系统怠速控制方案；反之，执行空气压缩机的微量供气的系统怠速控制方案。
4.根据权利要求3所述的待机控制方法，其特征在于，在步骤(1)之前判断燃料电池系统是否收到进入待机模式的指令，若收到进入待机模式的指令，则执行步骤(1)；若未收到进入待机模式的指令，则再次判断燃料电池系统是否收到进入待机模式的指令。
5.根据权利要求3或4所述的待机控制方法，其特征在于，步骤(1)中所述空气压缩机的转速降低至怠速转速。
6.根据权利要求3-5任一项所述的待机控制方法，其特征在于，步骤(1)中所述背压阀和分流装置的开度独立地根据空气压缩机的转速进行调整，以满足燃料电池电堆运行需求；
优选地，步骤(1)中所述燃料电池电堆的电压拉低至怠速电压。
7.根据权利要求3-6任一项所述的待机控制方法，其特征在于，步骤(2)中所述空气压缩机关机的系统怠速控制方案为：关闭空气压缩机，关闭背压阀。
8.根据权利要求3-7任一项所述的待机控制方法，其特征在于，步骤(2)中所述空气压缩机的微量供气的系统怠速控制方案为：维持空气压缩机在怠速转速工作，全开背压阀，自适应调节分流装置开度，保证待机电压维持的空气流量。
9.根据权利要求3-8任一项所述的待机控制方法，其特征在于，所述方法还包括在步骤(2)之后进行如下步骤：
(3)执行空气压缩机关机的系统怠速控制方案之后，对空气压缩机启停次数进行计数，判断燃料电池系统是否收到退出待机模式的指令，若未收到退出待机模式的指令，则再次判断燃料电池系统是否收到退出待机模式的指令；若收到退出待机模式的指令，则执行下一步骤；
或者，执行空气压缩机的微量供气的系统怠速控制方案之后，判断燃料电池系统是否收到退出待机模式的指令，若未收到退出待机模式的指令，则再次判断燃料电池系统是否收到退出待机模式的指令；若收到退出待机模式的指令，则执行下一步骤；
(4)燃料电池系统收到退出待机模式的指令后，调整空气压缩机至怠速转速，全开背压阀，自适应调整分流装置开度，保证正常开路电压空气的供给，待燃料电池电压恢复至正常开路电压时，闭合燃料电池与升压DC/DC转换器的连接，退出待机模式。
10.根据权利要求3-9任一项所述的待机控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)判断判断燃料电池系统是否收到进入待机模式的指令，若收到进入待机模式的指令，则执行下一步骤；若未收到进入待机模式的指令，则再次执行判断判断燃料电池系统是否收到进入待机模式的指令；
(2)燃料电池系统收到进入待机模式的指令后，降低空气压缩机的转速至怠速转速，自适应调整背压阀和分流装置的开度，使得阴极室空气供应条件满足燃料电池电堆耗电需求，跟随空气供应状态调整氢气供气压力与循环量至最小值，将燃料电池电堆的电压拉低至怠速电压后，断开燃料电池电堆与升压DC/DC转换器的连接，进入待机模式；
(3)判断空气压缩机剩余启停次数比率与空气压缩机剩余使用时间比率关系，当空气压缩机剩余启停次数比率大于空气压缩机剩余使用时间比率，执行空气压缩机关机的系统怠速控制方案；反之，执行空气压缩机的微量供气的系统怠速控制方案；
(4)执行空气压缩机关机的系统怠速控制方案之后，对空气压缩机启停次数进行计数，判断燃料电池系统是否收到退出待机模式的指令，若未收到退出待机模式的指令，则再次判断燃料电池系统是否收到退出待机模式的指令；若收到退出待机模式的指令，则执行下一步骤；
或者，执行空气压缩机的微量供气的系统怠速控制方案之后，判断燃料电池系统是否收到退出待机模式的指令，若未收到退出待机模式的指令，则再次判断燃料电池系统是否收到退出待机模式的指令；收若到退出待机模式的指令，则执行下一步骤；
(5)燃料电池系统收到退出待机模式的指令后，调整空气压缩机至怠速转速，全开背压阀，自适应调整分流装置开度，保证正常开路电压空气的供给，待燃料电池电压恢复至正常开路电压时，闭合燃料电池与升压DC/DC转换器的连接，退出待机模式。
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