CN111048804A - 一种氢燃料电池供氧方法及供氧系统、控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种氢燃料电池供氧方法及供氧系统、控制系统，供氧方法步骤为：a.燃料电池进入开机模式时，开启空压机，先将储存在辅助供氧管路内的空气输入电堆供氧，经过预设时间后停止辅助供氧管路供氧，再切换至原有供氧管路将外部空气输入电堆供氧；b.燃料电池进入停机模式时，空压机提供的外部空气一部分通过辅助供氧回路到电堆中进行消耗，另外一部分进入到辅助供氧管路中进行存储，储气完毕后再切换至原有供氧管路供氧。本发明供氧方法在电堆刚启动，空压机无法提供足够氧气时，利用储存在辅助供氧管路内部空气供氧，提升燃料电池系统功率响应速度，在电堆停止时，完成辅助供氧管路存储空气，方便下次电堆启动供氧。

Description

一种氢燃料电池供氧方法及供氧系统、控制系统
技术领域
本发明涉及燃料电池，具体地指一种氢燃料电池供氧方法及供氧系统、控制系统。
背景技术
随着燃料电池技术的不断发展，燃料电池车型已经成为国内发展的主要趋势。随着国家大力提倡发展氢能源能源战略，国内外掀起了一阵氢燃料电池汽车的浪潮，大量氢燃料电池系统集成产品面试，并已装配到相应的氢燃料电池车上开始运行。
目前国内燃料电池存在一些瓶颈技术，比如燃料电池系统响应速度较慢，尤其在零到百公里加速，爬坡等方面，氢燃料电池输出特性满足不了快速变化的-车辆快速功率需求，而供氧系统的供气滞后1-2s也会导致氢燃料电池系统的输出功率响应滞后1-2s；而且现有供氧系统全靠供氧空气压缩系统输入氧气，若供氧空气压缩系统故障则会导致电力无法输出，使氢燃料电池汽车处于不安全状态。
现有燃料电池汽车供氧系统如公开号为CN 109962267A的中国发明专利中所述，通过管道顺次连通至燃料电池的空气滤清器、空气压缩机、冷凝器、增湿器、压力传感器。该专利也无法解决快速响应供氧、供氧空气压缩系统异常情况下可持续供氧的问题。
因此，需要开发出一种快速响应供氧、供氧空气压缩系统异常情况下可持续供氧的氢燃料电池供氧方法及供氧系统、控制系统。
发明内容
本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种快速响应供氧、供氧空气压缩系统异常情况下可持续供氧的氢燃料电池供氧方法及供氧系统、控制系统。
本发明的技术方案为：
一种氢燃料电池供氧方法，其特征在于，步骤为：
a.燃料电池进入开机模式时，开启空压机，燃电系统内部储有空气的辅助供氧管路将内部空气输入电堆供氧，经过预设时间后停止辅助供氧管路供氧，再切换至原有供氧管路将燃电系统外部空气输入电堆供氧，燃料电池进入正常运行模式；
b.燃料电池进入停机模式时，燃电系统外部空气通过辅助供氧管路输入电堆供氧并同时在辅助供氧管路内存储空气，待辅助供氧管路储气完毕，再切换至原有供氧管路将燃电系统外部空气输入电堆供氧。
优选的，步骤a为：
S1.燃料电池进入开机模式时，开启空压机并控制转速，开始倒计时；
S2.将燃电系统内部储有空气的辅助供氧管路与电堆上空气进口之间连成通路，辅助供氧管路将内部空气输入电堆供氧并控制辅助供氧管路上阀门开度；
S3.经预设时间后结束倒计时，关闭辅助供氧管路与空气进口之间通路，开启原有供氧管路与空气进口之间通路，空压机将燃电系统外部空气经原有供氧管路输入电堆供氧，燃料电池进入正常运行模式。
优选的，步骤b为：
S1.燃料电池进入停机模式时，实时监测燃电系统内部储有空气的辅助供氧管路内的储气气压P，当满足P＜设定储气最小值P1时，将辅助供氧管路与电堆上空气进口之间连成通路；
S2.调整空压机转速以及辅助供氧管路上阀门开度，实现燃电系统外部空气通过辅助供氧管路输入电堆供氧并同时在辅助供氧管路内存储空气；
S3.当辅助供氧管路上储气气压P上升至满足P≥设定储气最大值P2时，关闭辅助供氧管路与空气进口之间通路，开启原有供氧管路与空气进口之间通路，调整空压机转速将燃电系统外部空气经原有供氧管路输入电堆供氧。设定储气最小值P1为下次燃料电池系统启动时，当空压机没有正式开始工作时能维持燃料电池系统正常工作时的最低气压，且设定储气最小值P1＜设定储气最大值P2。
本发明还提供上述一种氢燃料电池供氧方法采用的供氧系统，包括经原有供氧管路依次连接至电堆上空气进口的空气滤清器、空气流量计、空压机、中冷器、增湿器、空气进堆压力传感器，其特征在于，
所述原有供氧管路在中冷器与增湿器间还设有与其并联、可将空气储存释放的辅助供氧管路，所述原有供氧管路上前后分别设有可切换开通两出口的可控三通阀、可切换开通两进口的单向三通阀与辅助供氧管路并联。
优选的，所述辅助供氧管路上前后设有用于储存空气的储气装置、流量电磁阀，所述储气装置内设气压传感器，所述储气装置还设有辅助排气管路通向燃料电池排气口。
进一步的，所述辅助排气管路上设有根据气压传感器信号控制启闭的机械泄压阀。
更进一步的，所述电堆上空气出口处设有原有排气管路，所述原有排气管路经增湿器后设置背压阀进入燃料电池排气口，所述原有供氧管路在单向三通阀、增湿器之间设置排气支路，所述排气支路通向原有排气管路上背压阀与燃料电池排气口之间，所述排气支路上设置排气阀。
本发明还提供上述一种氢燃料电池供氧方法采用的控制系统，其特征在于，包含燃料电池、燃料电池控制器FCU、整车控制器VCU、空压机控制器ACS以及位于燃料电池控制器FCU内部的总线CAN，其中燃料电池控制器FCU、燃料电池、以及空压机控制器ACS之间通过总线CAN进行信号连接；
整车控制器VCU用于向燃料电池控制器FCU发送信号控制燃料电池进入开机或停机模式；
燃料电池进入开机或停机模式时，燃料电池控制器FCU用于控制切换原有供氧管路、辅助供氧管路朝电堆供氧以及向空压机控制器ACS发送信号控制空压机转速。
优选的，包括用于辅助供氧管路上储气压力的气压传感器、用于控制辅助供氧管路上空气输入电堆流量的流量电磁阀、用于控制切换原有供氧管路、辅助供氧管路与电堆间通路的可控三通阀，用于测定电堆空气进口处压力的空气进堆压力传感器，所述气压传感器、流量电磁阀、可控三通阀、空气进堆压力传感器与燃料电池控制器FCU进行信号连接。
进一步的，燃料电池进入开机模式时，燃料电池控制器FCU根据整车控制器VCU发送的信号来控制可控三通阀将辅助供氧管路与电堆间形成通路、向空压机控制器ACS发送信号控制空压机转速，燃料电池控制器FCU根据整车控制器VCU发送的信号和空气进堆压力传感器信号控制流量电磁阀开度。
进一步的，燃料电池进入停机模式时，燃料电池控制器FCU根据整车控制器VCU发送的信号和气压传感器信号来控制可控三通阀将辅助供氧管路与电堆间形成通路、向空压机控制器ACS发送信号控制空压机转速，燃料电池控制器FCU根据整车控制器VCU发送的信号和空气进堆压力传感器信号控制流量电磁阀开度，燃料电池控制器FCU还根据气压传感器信号来控制可控三通阀将原有供氧管路与电堆间形成通路。
本发明的有益效果为：
1、本发明供氧方法采取在电堆刚启动，空压机无法提供足够氧气时，利用储存在燃电系统内部的空气供氧，提升燃电系统功率响应速度，在电堆停止时，利用燃电系统外部的空气供氧并同时完成燃电系统内部存储空气，方便下次电堆启动供氧。
2、在现有原有供氧管路基础上，额外设计一个辅助供氧管路，方案简单易行，可移植性强，成本低。该辅助供氧管路在电堆刚启动，空压机无法提供足够氧气时，为燃电系统提供足够氧气量，提升燃电系统功率响应速度，同时设计的辅助供氧管路还能在供氧空气压缩系统异常情况下，短时间为氢燃料系统提供所需氧气，让氢燃料电池汽车有足够时间及时响应故障状态，将车辆控制在安全状态。
3、辅助供氧管路中设置的一定容量高压储气装置，在空气压缩机刚开始工作无法瞬间提供足够的氧气时，代替空气压缩机提供刚启动时的氧气供应。实现供氧系统的供气无滞后，氢燃料电池系统的输出功率响应无滞后。
4、储气装置上设计气压传感器，便于采集储气装置中的气体压力，根据气体的压力值判断储气装置中是否有足够气体，从而实现给储气装置充气的闭环控制。
5、在储气装置上设置机械气压泄压阀，可人为调整气压泄压阀的气压阈值，可根据不同气压需求的供氧系统进行相应泄压阈值调整，提高系统的可移植性和通用性，同时选择机械气压泄压阀可以防止控制不当造成储气装置气压过高，造成空气压缩机过载问题，提高系统的稳定性和安全性。
6、在辅助供氧气路中设置可控三通电磁阀，可以实现可控制辅助储气回路原有供气回路的开启和关闭以及切换，使得额外增加气路简单易行。
7、在辅助供氧管路中设置流量电磁阀，流量电磁阀用于根据氢燃料电池系统的氧气需求量控制氧气的供应量，保证氧气的供应不会过少，导致氢燃料电池系统功率受限，同时保证氧气的供应不会过多导致能量的浪费，提高系统的能量利率效率。
8、在辅助供氧气路中设置单向双通阀，气体无法反向流动，确保辅助供氧管路和原有供氧管路独立工作，互不干扰。
附图说明
图1为本发明供氧系统结构示意图
图2为本发明控制系统原理图
图3为燃料电池进入开机模式控制流程图
图4为燃料电池进入停机模式控制流程图
其中：1-原有供氧管路2-电堆3-空气滤清器4-空气流量计5-空压机6-中冷器7-增湿器8-辅助供氧管路9-可控三通阀10-单向三通阀11-储气装置12-流量电磁阀13-辅助排气管路14-气压传感器15-机械泄压阀16-原有排气管路17-背压阀18-燃料电池排气口19-排气支路20-排气阀21-空气进口22-空气出口23-空气进堆压力传感器。
具体实施方式
下面具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，本发明提供的一种氢燃料电池供氧系统，包括经原有供氧管路1依次连接至电堆2上空气进口21的空气滤清器3、空气流量计4、空压机5、中冷器6、增湿器7、空气进堆压力传感器23，原有供氧管路1在中冷器6与增湿器7间还设有与其并联、可将空气储存释放的辅助供氧管路8，原有供氧管路1上前后分别设有可切换开通两出口的可控三通阀9、可切换开通两进口的单向三通阀10与辅助供氧管路8并联。本实施例中前后指沿介质从前向前后流动的方向。
辅助供氧管路8上前后设有用于储存空气的储气装置11、流量电磁阀12，储气装置11内设气压传感器14，储气装置11还设有辅助排气管路13通向燃料电池排气口18。
辅助排气管路13上设有根据气压传感器14信号控制启闭的机械泄压阀15。
电堆2上空气出口22处设有原有排气管路16，原有排气管路16经增湿器7后设置背压阀17进入燃料电池排气口18，原有供氧管路1在单向三通阀10、增湿器7之间设置排气支路19通向原有排气管路16上背压阀与燃料电池排气口18之间，排气支路19上设置排气阀20。
单向三通阀10的三个端口分别为通道1、通道2、通道3，通道1和3为进口，通道2为出口，气流方向只能为通道1或通道3流向通道2。单向三通阀10的目的是保证原有供氧管路1和辅助供氧管路8内气体只能直接单向流入增湿器7，而不会回流至中冷器6和储气装置11中，影响原有供氧管路1和辅助供氧管路8功能。
可控三通阀9的三个端口分别为通道1、通道2、通道3，通道1为进口，通道2和通道3为出口，通道2和通道3其中一个与通道1间导通，另一个则为关闭状态。
本实施例燃料电池供氧系统工作原理为：空气首先由空气进气口经过空气滤清器3，除去空气中的灰尘和杂质，防止灰尘和杂质污染氢燃料电池反应堆，降低氢燃料电池反应堆的使用寿命，之后洁净的空气经过空气流量计4测量流量后进入燃料电池的空压机5的压缩流入中冷器6，由于空气经过加压后温度比较高，需要经过中冷器6冷却后才能使用。
空气经过中冷器6后有两个通路，FCU控制可控三通阀9来实现两个通路的开启和关闭，其中一路为辅助供氧管路8，主要用于储气装置的充气以及当空压机5未完全工作需要辅助储气系统提供氧气时，则可根据氢燃料电池的氧气需求量控制流量电磁阀12的开度，向氢燃料电池提供所需要的氧气量，空气可根据需要通过可控三通阀9的通道1和通道2进入储气装置11输入端，储气装置11输出端接到流量电磁阀12输入端，其输出端接到单向三通阀10的通道1和通道2通道最终进入增湿器7的输入端后，增湿器7输出端接到燃料电池的阴极反应堆中。另一路为原有供氧管路1，经过中冷器6后空气可根据需要由可控三通阀9的通道1和通道3直接接到单向三通阀10的通道3，再由单向三通阀10的通道2流出到增湿器7输入端，经过增湿器7增湿后流入空气进口21，进入燃料电池阴极反应堆中。直接控制空压机5转速来为燃料电池反应提供所需空气量，无需储气装置11参与。
增湿器7、空气进口21之间的空气进堆压力传感器23，专门检测空气进堆之前的压力值。
储气装置11主要在空压机5刚开始工作无法瞬间提供足够的氧气时，提供刚启动时的氧气供应。储气装置11上自带气压传感器14，气压传感器14信号由燃料电池控制器FCU采集。储气装置11有两个输出端，一个输出口接机械泄压阀15输入端，机械泄压阀15将在储气装置气压达到一定阈值(该阈值为设定泄压上限值Pt1)时主动将储气装置11内部分气体泄放掉，由机械泄压阀15输出端排出，保护储气装置11内不会过压，同时也保护空压机5不会过载，另一个输出口接流量电磁阀12输入端，流量电磁阀12用来作为控制空气进入电堆2的空气气体流量和压力大小；在气体从流量控制阀12输出口流出后，直接接到单向三通阀10的通道1，单向三通阀10的通道2流出到增湿器7输入端，单向三通阀10的目的是保证原有供氧管路1和辅助供氧回路8的气体只能直接单向流入空气增湿系统，而不会回流至压缩空气冷却装置和储气装置中，影响的原有供氧管路1和辅助供氧回路8功能。空气经过增湿7增湿后由其输出口流入燃料电池12阴极反应堆中。
储气装置机械泄压阀15工作原理：机械泄压阀可人为调整泄压阈值，当气压达到设定泄压阈上限值Pt1时，机械泄压阀的泄气回路会自动打开开始排气，当气压泄放至设定储满值Pt2时，机械泄压阀的泄气回路会自动关闭，禁止气体排出。
气压传感器14工作原理：气压传感器与有与气体接触的相关部位，当气体的压力不同时，其传感器的电阻特性会发生相应的改变，通过外部采集分压电路采集到的电压值，反算出其阻值从而得到气体的压力值。
流量电磁阀12，可以通过控制其开度的大小，控制其进气量的大小，从而可根据氢燃料电池系统的氧气需求量控制氧气的供应量，保证氧气的供应不会过少，导致氢燃料电池系统功率受限，同时保证氧气的供应不会过多导致能量的浪费，提高系统的能量利率效率，如果流量电磁阀12开度过大还会造成电堆中空气侧压力过大，损伤电堆，影响电堆寿命。因此流量电磁阀12需要实现闭环控制。
空气在进入增湿器7中之前可以经过排气阀20将空气排出原有供氧管路1，同时FCU控制背压阀17阀门开度大小来调节燃料电池进堆压力值来建立空气路压力，同时将多余气体顺利排入混排器中排出车外。
在每次氢燃料电池系统停机时，在燃料电池在怠速模式下完成对储气装置11的注气，随后在每次启动燃料电池而空压机5不能提供足够空气时，FCU控制可控三通阀9打开1和2通道，根据氢燃料系统对氧气的需求量，控制流量电磁阀12的开度，利用储气装置11中的存储空气来为电堆2提供所需的氧气供应量，保证氧气的供应不会过少，导致氢燃料电池系统输出功率受限，造成输出延时响应不及时问题。
本实施例中，氢燃料电池供氧方法包括以下步骤a和步骤b：
步骤a为：
S1.燃料电池进入开机模式时，开启空压机5并控制转速，开始倒计时；
S2.控制可控三通阀9的通道1和通道2连通、通道3关闭，将燃电系统内部储有空气的辅助供氧管路8与电堆2上空气进口21之间连成通路，使储气装置11开始供氧，并控制辅助供氧管路8上流量电磁阀12开度；
S3.经预设时间(10s)后结束倒计时，控制可控三通阀9的通道1和通道3连通，关闭辅助供氧管路8与空气进口21之间通路，开启原有供氧管路1与空气进口21之间通路，空压机5将燃电系统外部空气经原有供氧管路1输入电堆2供氧，燃料电池进入正常运行模式。
步骤b为：
S1.燃料电池进入停机模式时，通过气压传感器14实时监测储气装置11内气压P，即燃电系统内部储有空气的辅助供氧管路8内的储气气压P，当满足P＜设定储气最小值P1时，控制可控三通阀9的通道1和通道2连通、通道3关闭，将辅助供氧管路8与电堆2上空气进口21之间连成通路；
S2.调整空压机5转速以及辅助供氧管路8上流量电磁阀12开度，实现空压机5压入的燃电系统外部空气一部分通过辅助供氧管路8输入电堆2供氧，同时另一部分在储气装置11内储存空气；
S3.当气压传感器14实时监测储气装置11内气压P上升至满足P≥设定储气最大值P2时，控制可控三通阀9的通道1和通道3连通、通道2关闭，关闭辅助供氧管路8与空气进口21之间通路，开启原有供氧管路1与空气进口21之间通路，调整空压机5转速将将燃电系统外部空气经原有供氧管路1输入电堆2供氧。
如图2所示，实现上述供氧方法的电气控制系统包含：燃料电池控制器FCU、燃料电池、燃料电池升压DCDC、整车控制器VCU、空压机控制器ACS、整车高压配电盒PDU、动力电池和整车负载以及燃料电池控制器FCU内部CAN总线。其中燃料电池控制器FCU、燃料电池、燃料电池升压DCDC以及空压机控制器ACS之间通过CAN总线进行通讯，接收和发送信息。整车控制器VCU用于向燃料电池控制器FCU发送信号控制燃料电池进入开机或停机模式；燃料电池进入开机或停机模式时，燃料电池控制器FCU用于控制切换原有供氧管路1、辅助供氧管路8朝电堆2供氧以及向空压机控制器ACS发送信号控制空压机5转速。还包括用于辅助供氧管路8上储气压力的气压传感器14、用于控制辅助供氧管路8上空气输入电堆2流量的流量电磁阀12、用于控制切换原有供氧管路1、辅助供氧管路8与电堆2间通路的可控三通阀9，用于测定电堆2空气进口处压力的空气进堆压力传感器23，气压传感器14、流量电磁阀12、可控三通阀9、空气进堆压力传感器23与燃料电池控制器FCU进行信号连接。
整车控制器VCU根据整车需求向燃料电池控制器FCU发送功率需求以及启动/停止指令，可以根据需求启动和停止燃料电池系统，同时根据整车功率需求，设定燃料电池系统功率，发送给燃料电池控制器FCU。燃料电池控制器FCU根据设定功率值计算出燃料电池反应时需求目标氧气量对应的目标空气压力值/流量值，经过FCU供氧系统四个功能模块处理后，基于燃料电池所需目标空气压力/流量与实际检测出压力/流量值差异计算出流量电磁阀12需求开度以及空压机5的设定转速值，其中四个功能模块包括：启停计时模块、电磁阀控制模块、功率应答模块和氧气量计算模块。空压机5按照设定转速压缩空气，FCU通过启停计时模块和电磁阀控制模块控制可控三通阀实现原有供氧管路1和辅助供氧管路8的气路通断和切换，通过控制流量电磁阀12开度实现辅助供氧管路8供氧量调节，当燃料电池刚启动时，空压机5无法提供足够氧气量，则FCU控制辅助供氧管路8工作，当空压缩正常工作后，FCU控制可控三通阀9切换到原有供氧管路1，压缩的空气最终流入空气进口21，进入燃料电池阴极反应堆中，为燃料电池提供所需氧气量。当燃料电池系统停机时，再次打开辅助供氧管路8给储气装置11充气满足下次启动需求。
燃料电池供氧系统主要为燃料电池阴极提供足够的氧气供应量，在电堆中与阳极氢气进行电化学反应，生成电能再通过燃料电池系统升压DCDC升压后稳定输出，部分电能被燃料电池空压机5消耗掉，其余全部作为燃料电池系统净输出通过整车高压配电盒PDU为整车提供动力。
燃料电池进入开机模式时，燃料电池控制器FCU根据整车控制器VCU发送的信号来控制可控三通阀9将辅助供氧管路8与电堆2间形成通路、向空压机控制器ACS发送信号控制空压机5转速，燃料电池控制器FCU根据整车控制器VCU发送的信号和气压传感器23信号控制流量电磁阀12开度。
燃料电池进入停机模式时，燃料电池控制器FCU根据整车控制器VCU发送的信号和气压传感器14信号来控制可控三通阀9将辅助供氧管路8与电堆2间形成通路、向空压机控制器ACS发送信号控制空压机5转速，燃料电池控制器FCU根据整车控制器VCU发送的信号和气压传感器23信号控制流量电磁阀12开度，电池控制器FCU还根据气压传感器14信号来控制可控三通阀9将原有供氧管路1与电堆2间形成通路。
FCU中内设四个用于计算的功能模块；一、启停计时模块；二、电磁阀控制模块；三、功率应答模块；四、氧气量计算模型。
一、启停计时模块包含的数据库为：启动计时数据库Ⅰ、停止计时数据库Ⅱ；
二、电磁阀控制模块包含的数据库为：可控三通电磁阀计时导通数据库Ⅲ、供氧量对应辅助储气回路空气压力/流量数据库Ⅳ；空气压力对应流量控制电磁阀开度数据库Ⅴ；
三、功率应答模块包含的数据库为：氢燃料电池状态对应功率输出状态数据库Ⅵ、响应功率对应供氧空气压缩系统转速数据库Ⅶ、响应功率+储气系统所需氧气供应量对应供氧空气压缩系统转速数据库Ⅷ；
四、氧气量计算模型包含：原有氧气回路针对响应功率对应电堆所需氧气供应量需求模型Ⅸ、储气系统气压对应辅助储气系统所需氧气供应量需求模型Ⅹ。
如图3所示，燃料电池进入开机模式时，辅助供氧系统和原有供氧系统切换控制流程为：
步骤一、FCU根据VCU启堆命令和请求功率，结合燃料电池状态给出响应功率；其中需要调用“氢燃料电池状态对应功率输出状态数据库Ⅵ”；
步骤二、FCU根据响应功率发送供氧空气压缩系统目标转速控制信息；其中需要调用“响应功率对应供氧空气压缩系统转速数据库Ⅶ”获取供氧空气压缩系统目标转速，发送信号至空压机控制器ACS开启空压机5并控制其转速；
步骤三、FCU根据VCU启堆命令，调用“启动计时数据库Ⅰ”和“可控三通电磁阀计时导通数据库Ⅲ”；
步骤四、FCU控制可控三通阀9通道1和2导通，辅助供氧管路8打开；
步骤五、FCU根据响应功率计算出燃料电池所需供氧量(调用“原有氧气回路针对响应功率对应电堆所需氧气供应量需求模型Ⅸ”)对应的目标空气压力和流量值(调用“供氧量对应辅助储气回路空气压力/流量数据库Ⅳ”)，发送所需供氧量对应的辅助供氧回路目标空气压力值和流量值；
步骤六、FCU根据所需氧气供应量目标压力值和空气进堆压力传感器23实时检测空气进堆压力值的差异控制流量电磁阀12开度；其中需要调用“空气压力对应流量控制电磁阀开度数据库Ⅴ”获取流量电磁阀12的开度。
步骤七、当启动“启动计时数据库Ⅰ”达到预设时间(本实施例为10S)时，控制可控三通阀9通道1和3导通，通道1和2关闭；
步骤八、当可控三通阀9通道1和3导通后，控制流量控制电磁阀12关闭。
其中，步骤一和步骤二属于模块三；步骤四、五、六、七和八属于模块二；步骤三和步骤七属于模块一；步骤五属于模块四。
通过以上八个步骤，最终实现燃料电池启动时辅助供氧系统和原有供氧系统控制流程。
如图4所示，燃料电池进入停机模式时，辅助供氧系统和原有供氧系统切换控制流程为：
步骤一、FCU根据VCU停堆命令，结合燃料电池下电怠速状态给出响应功率；其中需要调用“氢燃料电池状态对应功率输出状态数据库Ⅵ”；
步骤二、气压传感器14实时监测储气装置11内气压P<设定储气最小值P1时，调用“停止计时数据库Ⅱ”和“可控三通电磁阀计时导通数据库Ⅲ”，并控制可控三通阀9的通道1和2导通，通道1和3关闭；
步骤三、FCU调用“储气系统气压对应辅助储气系统所需氧气供应量需求模型Ⅹ”，并发送辅助储气系统所需氧气供应量；
步骤四、FCU根调用“原有氧气回路针对响应功率对应电堆所需氧气供应量需求模型Ⅸ”和“供氧量对应辅助储气回路空气压力/流量数据库Ⅳ”，并发送所需氧气供应量对应的辅助供氧回路目标空气压力值和流量值；
步骤五、调用“响应功率+储气系统所需氧气供应量对应供氧空气压缩系统转速数据库Ⅷ”，并发送供氧空气压缩系统目标转速至空压机控制器ACS，调整空压机5转速；
步骤六、FCU根据所需氧气供应量目标压力值和空气进堆压力传感器23实时检测空气进堆压力值的差异控制流量电磁阀12开度；其中需要调用“空气压力对应流量控制电磁阀开度数据库Ⅴ”获取流量电磁阀12控制开度；
步骤七、若是气压传感器14实时监测储气装置11内气压P达到设定储气最大值P2，此时FCU调用“停止计时数据库Ⅱ”，并控制可控三通阀9通道1和3导通，通道1和2关闭；
步骤八、当可控三通阀9通道1和3导通后，控制流量电磁阀12关闭；
步骤九、当控制流量电磁阀12关闭后，调用“响应功率对应供氧空气压缩系统转速数据库Ⅶ”获取供氧空气压缩系统目标转速。
其中，步骤一、步骤五和步骤九属于模块三；步骤二、四、六、七和八属于模块二；步骤二和步骤七属于模块一；步骤三和步骤四属于模块四。
通过以上九个步骤，最终实现燃料电池停机时辅助供氧系统和原有供氧系统切换控制流程。

Claims (10)

1.一种氢燃料电池供氧方法，其特征在于，步骤为：
a.燃料电池进入开机模式时，开启空压机(5)，燃电系统内部储有空气的辅助供氧管路(8)将内部空气输入电堆(2)供氧，经过预设时间后停止辅助供氧管路(8)供氧，再切换至原有供氧管路(1)将燃电系统外部空气输入电堆(2)供氧，燃料电池进入正常运行模式；
b.燃料电池进入停机模式时，燃电系统外部空气通过辅助供氧管路(8)输入电堆(2)供氧并同时在辅助供氧管路(8)内存储空气，待辅助供氧管路(8)储气完毕，再切换至原有供氧管路(1)将燃电系统外部空气输入电堆(2)供氧。
2.如权利要求1所述的氢燃料电池供氧方法，其特征在于，步骤a为：
S1.燃料电池进入开机模式时，开启空压机(5)并控制转速，开始倒计时；
S2.将燃电系统内部储有空气的辅助供氧管路(8)与电堆(2)上空气进口(21)之间连成通路，辅助供氧管路(8)将内部空气输入电堆(2)供氧并控制辅助供氧管路(8)上阀门开度；
S3.经预设时间后结束倒计时，关闭辅助供氧管路(8)与空气进口(21)之间通路，开启原有供氧管路(1)与空气进口(21)之间通路，空压机(5)将燃电系统外部空气经原有供氧管路(1)输入电堆(2)供氧，燃料电池进入正常运行模式。
3.如权利要求1所述的氢燃料电池供氧方法，其特征在于，步骤b为：
S1.燃料电池进入停机模式时，实时监测燃电系统内部储有空气的辅助供氧管路(8)内的储气气压P，当满足P＜设定储气最小值P1时，将辅助供氧管路(8)与电堆(2)上空气进口(21)之间连成通路；
S2.调整空压机(5)转速以及辅助供氧管路(8)上阀门开度，实现燃电系统外部空气通过辅助供氧管路(8)输入电堆(2)供氧并同时在辅助供氧管路(8)内存储空气；
S3.当辅助供氧管路(8)上储气气压P上升至满足P≥设定储气最大值P2时，关闭辅助供氧管路(8)与空气进口(21)之间通路，开启原有供氧管路(1)与空气进口(21)之间通路，调整空压机(5)转速将燃电系统外部空气经原有供氧管路(1)输入电堆(2)供氧。
4.一种如权利要求1中氢燃料电池供氧方法采用的供氧系统，包括经原有供氧管路(1)依次连接至电堆(2)上空气进口(21)的空气滤清器(3)、空气流量计(4)、空压机(5)、中冷器(6)、增湿器(7)、空气进堆压力传感器(23)，其特征在于，
所述原有供氧管路(1)在中冷器(6)与增湿器(7)间还设有与其并联、可将空气储存释放的辅助供氧管路(8)，所述原有供氧管路(1)上前后分别设有可切换开通两出口的可控三通阀(9)、可切换开通两进口的单向三通阀(10)与辅助供氧管路(8)并联。
5.如权利要求4所述的供氧系统，其特征在于，所述辅助供氧管路(8)上前后设有用于储存空气的储气装置(11)、流量电磁阀(12)，所述储气装置(11)内设气压传感器(14)，所述储气装置(11)还设有辅助排气管路(13)通向燃料电池排气口(18)，所述辅助排气管路(13)上设有根据气压传感器(14)信号控制启闭的机械泄压阀(15)。
6.如权利要求5所述的供氧系统，其特征在于，所述电堆(2)上空气出口(22)处设有原有排气管路(16)，所述原有排气管路(16)经增湿器(7)后设置背压阀(17)进入燃料电池排气口(18)，所述原有供氧管路(1)在单向三通阀(10)、增湿器(7)之间设置排气支路(19)，所述排气支路(19)通向原有排气管路(16)上背压阀(17)与燃料电池排气口(18)之间，所述排气支路(19)上设置排气阀(20)。
7.一种如权利要求1中氢燃料电池供氧方法采用的控制系统，其特征在于，包含燃料电池、燃料电池控制器FCU、整车控制器VCU、空压机控制器ACS以及位于燃料电池控制器FCU内部的总线CAN，其中燃料电池控制器FCU、燃料电池、以及空压机控制器ACS之间通过总线CAN进行信号连接；
整车控制器VCU用于向燃料电池控制器FCU发送信号控制燃料电池进入开机或停机模式；
燃料电池进入开机或停机模式时，燃料电池控制器FCU用于控制切换原有供氧管路(1)、辅助供氧管路(8)朝电堆(2)供氧以及向空压机控制器ACS发送信号控制空压机(5)转速。
8.如权利要求7所述的控制系统，其特征在于，还包括用于辅助供氧管路(8)上储气压力的气压传感器(14)、用于控制辅助供氧管路(8)上空气输入电堆(2)流量的流量电磁阀(12)、用于控制切换原有供氧管路(1)、辅助供氧管路(8)与电堆(2)间通路的可控三通阀(9)，用于测定电堆(2)空气进口处压力的空气进堆压力传感器(23)，所述气压传感器(14)、流量电磁阀(12)、可控三通阀(9)、空气进堆压力传感器(23)与燃料电池控制器FCU进行信号连接。
9.如权利要求8所述的控制系统，其特征在于，
燃料电池进入开机模式时，燃料电池控制器FCU根据整车控制器VCU发送的信号来控制可控三通阀(9)将辅助供氧管路(8)与电堆(2)间形成通路、向空压机控制器ACS发送信号控制空压机(5)转速，燃料电池控制器FCU根据整车控制器VCU发送的信号和空气进堆压力传感器(23)信号控制流量电磁阀(12)开度。
10.如权利要求8所述的控制系统，其特征在于，
燃料电池进入停机模式时，燃料电池控制器FCU根据整车控制器VCU发送的信号和气压传感器(14)信号来控制可控三通阀(9)将辅助供氧管路(8)与电堆(2)间形成通路、向空压机控制器ACS发送信号控制空压机(5)转速，燃料电池控制器FCU根据整车控制器VCU发送的信号和空气进堆压力传感器(23)信号控制流量电磁阀(12)开度，燃料电池控制器FCU还根据气压传感器(14)信号来控制可控三通阀(9)将原有供氧管路(1)与电堆(2)间形成通路。
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