CN111200142B - 一种燃料电池启动过程控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种燃料电池启动过程控制系统，包括电压传感器、控制电路板、与控制电路板的输出端相连接的加热装置，加热装置与反应器相连接，反应器内装载有催化剂，反应器的输入端与为系统提供氧气的气泵以及为系统反应提供燃料的燃料泵相连接，反应器上还连接有用于测量燃料入口处温度信息的燃料温度传感器以及测量催化剂温度信息的催化剂温度传感器，所述反应器的输出端与燃料电池发电子系统相连接。本系统通过检测二次电池的剩余电量来判断燃料电池启动过程的升温方式，通过调节加热装置、气泵、燃料泵的工作来为催化剂提供反应条件，通过催化剂产生热量为燃料电池发电子系统提供热量。

Description

一种燃料电池启动过程控制系统
技术领域
本发明涉及燃料电池领域，尤其涉及一种燃料电池启动过程控制系统。
背景技术
燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此效率高；燃料电池用燃料和氧气作为反应物，同时没有机械传动部件，故没有噪声污染，排出的有害气体极少。由此可见，从节约能源和保护环境的角度来看，燃料电池是最优发展前途的发电技术。
众所周知，燃料电池需要达到额定工作温度才能正常工作，现有技术中的燃料电池系统在启动过程往往需要使用纯电加热，采用这种纯电加热的方式不仅加热速度慢、在整个加热过程中需要消耗很多的电量，并且当二次电池剩余电量较低时无法完成燃料电池启动。
发明内容
根据现有技术中采用纯电加热来启动燃料电池启动慢、需要消耗大量电能的问题，本发明公开了一种燃料电池启动过程控制系统，具体技术方案包括
用于检测二次电池的电压信息的电压传感器，
接收所述电压传感器传送的二次电池的电压信息的控制电路板，所述控制电路板根据接收到的电压数值判断二次电池的剩余电量、根据剩余电量情况选择燃料电池的启动方式，其中燃料电池的启动方式包括快速启动、正常启动和节电启动；
与控制电路板的输出端相连接为系统提供热量的加热装置，所述加热装置与反应器相连接，所述反应器内装载有催化剂，所述反应器的输入端与为系统提供氧化剂的气泵以及为系统反应提供燃料的燃料泵相连接，所述反应器上还连接有用于测量燃料入口处温度信息的燃料温度传感器以及测量催化剂温度信息的催化剂温度传感器，所述反应器的输出端与燃料电池发电子系统相连接，工作状态下：所述控制电路板实时接收燃料温度传感器和催化剂温度传感器传送的温度信息、判断催化剂温度以及燃料进口温度是否符合设定要求，当二者温度符合设定要求则判断燃料电池发电子系统是否达到额定温度，如果未达到额定温度则开启燃料泵与气泵，直到催化剂温度达到额定温度、电池发电子系统达到工作温度则该控制系统完成燃料电池系统的启动过程。
进一步的，所述控制电路板根据断二次电池剩余电量情况选择燃料电池的启动方式具体采用如下方式：
当用户选择快速启动时则控制电路板判断二次电池剩余电量是否大于快速启动阈值，如果大于则控制电路板控制燃料电池进入快速启动流程；如果二次电池剩余电量小于快速启动阈值则控制电路板再判断是否大于正常启动阈值，如果大于则控制电路板控制燃料电池进入正常启动流程；如果二次电池剩余电量小于正常启动阈值则再判断二次电池电量是否大于节电启动阈值，如果二次电池剩余电量大于节电启动阈值则进入节电启动子流程，如果二次电池剩余电量小于节电启动阈值则控制电路板拒绝启动请求；
当用户选择正常启动时控制电路板判断二次电池剩余电量是否大于正常启动阈值，如果大于则控制电路板控制燃料电池进入正常启动流程；如果二次电池剩余电量小于正常启动阈值则再判断二次电池电量是否大于节电启动阈值，如果二次电池剩余电量大于节电启动阈值则进入节电启动子流程，如果二次电池剩余电量小于节电启动阈值则控制电路板拒绝启动请求。
当用户选择节电启动时控制电路板判断二次电池剩余电量是否大于节电启动阈值，如果二次电池剩余电量大于节电启动阈值则进入节电启动子流程，如果二次电池剩余电量小于节电启动阈值则控制电路板拒绝启动请求。
进一步的，所述控制电路板根据催化剂温度以及燃料进口温度控制燃料电池系统的启动过程具体采用如下方式：
所述控制电路板判断催化剂温度以及燃料进口温度是否都符合设定要求，如果否则控制加热装置继续加热，如果是则将燃料泵开度调至相应启动流程对应功率范围值内，气泵开度调至相应启动流程对应功率范围值内，再判断催化剂温度是否达到额定温度，如果是则关闭加热装置，如果否则开启加热装置，再判断燃料电池发电子系统是否达到工作温度，直到燃料电池发电子系统达到工作温度则关闭加热装置、燃料泵和气泵。
进一步的，所述二次电池是锂电池、铅酸电池或镍氢电池。
进一步的，所述加热装置采用加热棒、加热片或加热丝。
进一步的，所述气泵内的氧气剂采用氧气或空气。
由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种燃料电池启动过程控制系统，本系统通过检测二次电池的剩余电量来判断燃料电池启动过程的升温方式，通过调节加热装置、气泵、燃料泵的工作来为催化剂提供反应条件，通过催化剂产生热量为燃料电池发电子系统提供热量，当燃料电池子系统达到所需工作温度时即完成燃料电池系统启动过程，采用本控制系统可以极大的提高燃料电池启动速度，并且在二次电池剩余电量较低时仍然能够使燃料电池启动，达到节省电能的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明燃料电池启动过程控制系统的结构示意图；
图2为本发明控制系统的实施例的示意图；
图3为本发明控制系统的实施例的示意图；
图4为本发明控制系统的实施例的示意图；
图5为本发明控制系统的实施例的示意图
图中：101、燃料泵，102、燃料温度传感器，103、催化剂温度传感器，104、气泵，105、反应器，106催化剂，107、燃料电池发电子系统，108、加热装置，109、控制电路板，110二次电池，111、电压传感器。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：
如图1所示的一种燃料电池启动过程控制系统，包括控制系统运行的总控制端即控制电路板109；为系统提供电能的二次电池110；测量二次电池110电压的电压传感器111；为系统提供热量的加热装置108；为系统反应提供氧气的气泵104；为系统反应提供燃料的燃料泵101；加速系统反应过程的催化剂106；装载催化剂的反应器105；测量燃料入口处温度的燃料温度传感器102；测量催化剂温度的催化剂温度传感器103；通过消耗燃料与氧气发电的燃料电池发电子系统107。本发明通过测量和确定二次电池110剩余电量来判断系统升温方式，通过调节加热装置108、气泵104、燃料泵101的工作来为催化剂106提供反应条件，催化剂106产生热量为燃料电池发电子系统107提供热量，当燃料电池发电子系统107达到所需工作温度时，完成燃料电池系统启动过程。工作状态下：控制电路板109通过电压传感器111测量二次电池110的电压，判断二次电池110剩余电量，剩余电量较多时可以采用快速启动、正常启动、节电启动三种策略供用户选择，当二次电池110剩余电量少的时候采用节电启动。使用燃料温度传感器102检测燃料入口处温度，使用催化剂温度传感器103测量催化剂温度，通过使用加热装置108将燃料入口及催化剂106加热到所需温度，使用燃料泵101与气泵104和向反应器105内通入燃料和空气，通过控制燃料供给速度、加热装置的加热功率，调节催化剂106产生热空气的温度与流量，为燃料电池发电子系统107提供热量，当该子系统达到所需工作温度时启动控制程序结束，燃料电池启动过程完成。
进一步的，所述控制电路板109当用户选择快速启动时判断二次电池110剩余电量是否大于快速启动阈值，如果大于则控制电路板109控制燃料电池进入快速启动流程；如果二次电池110剩余电量小于快速启动阈值则控制电路板109再判断是否大于节电正常启动阈值，如果大于则控制电路板109控制燃料电池进入正常启动流程；如果二次电池110剩余电量小于正常启动阈值则再判断二次电池110电量是否大于节电启动阈值，如果二次电池110剩余电量大于节电启动阈值则进入节电启动子流程，如果二次电池110剩余电量小于节电启动阈值则控制电路板109拒绝启动请求；
当用户选择正常启动时控制电路板109判断二次电池110剩余电量是否大于正常启动阈值，如果大于则控制电路板109控制燃料电池进入正常启动流程；如果二次电池110剩余电量小于正常启动阈值则再判断二次电池110电量是否大于节电启动阈值，如果二次电池110剩余电量大于节电启动阈值则进入节电启动子流程，如果二次电池110剩余电量小于节电启动阈值则控制电路板109拒绝启动请求。
当用户选择节电启动时控制电路板109判断二次电池110剩余电量是否大于节电启动阈值，如果二次电池110剩余电量大于节电启动阈值则进入节电启动子流程，如果二次电池110剩余电量小于节电启动阈值则控制电路板109拒绝启动请求。该判断方式在尽可能满足用户的需求条件下快速完成燃料电池启动过程，同时保证启动过程中不会因为二次电池电能耗尽而无法完成燃料电池启动。
实施例：
图2是本发明控制方法流程图，首先控制电路板109进入启动控制流程，控制电路板109读取二次电池的电压信息，根据二次电池电压信息计算二次电池剩余电量，控制电路板109读取用户所选启动方式，判断用户是否选择快速启动，当选择快速启动为真，继续判断二次电池剩余电量是否大于50％，如果二次电池剩余电量大于50％则进入快速启动子流程，如果为假则继续判断二次电池剩余电量是否大于25％，如果二次电池电量大于25％则进入正常启动子流程，如果二次电池电量小于25％则继续判断二次电池剩余电量是否大于10％，如果大于10％则进入节电启动子流程，如果小于10％则拒绝启动请求，如果用户没有选择快速启动，则继续判断用户是否选择正常启动，如果用户选择正常启动为真，则判断二次电池剩余电量是否大于25％，如果二次电池剩余电量大于25％则进入正常启动子流程，如果二次电池电量小于25％则继续判断二次电池电量是否大于10％，如果二次电池电量大于10％则进入节电启动子流程，如果二次电池电量不大于10％则拒绝启动请求，如果用户没有选择正常启动则判断用户是否选择节电启动，如果用户选择节电启动则判断二次电池剩余电量是否大于10％，如果二次电池剩余电量大于10％则进入节电启动子流程，如果二次电池剩余电量不大于10％则拒绝启动请求，如果用户没有选择节电启动则进入正常启动子流程。
进一步的，所述控制电路板109根据催化剂温度以及燃料进口温度控制燃料电池系统的启动过程具体采用如下方式：
所述控制电路板109判断催化剂温度以及燃料进口温度是否都符合设定要求，如果否则控制加热装置108继续加热，如果是则将燃料泵开度调至相应启动流程对应功率范围值内，气泵开度调至相应启动流程对应功率范围值内，再判断催化剂温度是否达到额定温度，如果是则关闭加热装置108，如果否则开启加热装置108，再判断燃料电池发电子系统是否达到工作温度，直到燃料电池发电子系统达到工作温度则关闭加热装置108、燃料泵和气泵。该判断方式可以保证燃料处于气态可以与氧化剂充分混合，便于催化剂参与反应过程，同时尽可能减少电能消耗，避免不必要的电能浪费。
实施例：
进一步的，图3是本发明快速启动子流程，首先进入快速启动子流程301，控制电路板109开启电加热，控制电路板109读取燃料进口温度，读取催化剂温度，判断催化剂温度是否达到催化剂工作温度燃料进口达到目标温度，如果没有达到催化剂工作温度或未达到燃料进口目标温度则循环至读取燃料进口温度，如果达到催化剂工作温度且燃料进口达到目标温度，则读取燃料进口温度，读取催化剂温度，将燃料泵开度调至90％，空气泵开度调至90％，判断催化剂温度是否达到额定温度，如果达到则关闭电加热，如果未达到则开启电加热，判断燃料电池发电子系统是否达到工作温度，如果否则循环至读取燃料进口温度，如果是则关闭电加热，关闭燃料泵，关闭空气泵，结束子流程。
进一步的，图4是本发明正常启动子流程，首先进入正常启动子流程，控制电路板109开启电加热，控制电路板109读取燃料进口温度，读取催化剂温度，判断催化剂温度是否达到催化剂工作温度燃料进口达到目标温度，如果没有达到催化剂工作温度或未达到燃料进口目标温度则循环至读取燃料进口温度，如果达到催化剂工作温度且燃料进口达到目标温度，则读取燃料进口温度，读取催化剂温度，将燃料泵开度调至60％，空气泵开度调至60％，判断催化剂温度是否达到额定温度，如果达到则关闭电加热，如果未达到则开启50％电加热，判断燃料电池发电子系统是否达到工作温度，如果否则循环至读取燃料进口温度，如果是则关闭电加热，关闭燃料泵，关闭空气泵，结束子流程。
进一步的，图5是本发明节电启动子流程，首先进入节电启动子流程，控制电路板109开启电加热，控制电路板109读取燃料进口温度，读取催化剂温度，判断催化剂温度是否达到催化剂工作温度燃料进口达到目标温度，如果没有达到催化剂工作温度或未达到燃料进口目标温度则循环至读取燃料进口温度，如果达到催化剂工作温度且燃料进口达到目标温度，则读取燃料进口温度，读取催化剂温度，将燃料泵开度调至30％，空气泵开度调至30％，判断催化剂温度是否达到额定温度，如果达到则关闭电加热，如果未达到则开启15％电加热，判断燃料电池发电子系统是否达到工作温度，如果否则循环至读取燃料进口温度，如果是则关闭电加热，关闭燃料泵，关闭空气泵，结束子流程。
本发明公开的一种燃料电池启动过程控制系统可以广泛应用到燃料电池启动控制过程中，可以提高燃料电池的启动速度，并且达到节能环保的效果。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种燃料电池启动过程控制系统，其特征在于包括：
用于检测二次电池的电压信息的电压传感器，
接收所述电压传感器传送的二次电池的电压信息的控制电路板，所述控制电路板根据接收到的电压数值判断二次电池的剩余电量、根据剩余电量情况选择燃料电池的启动方式，其中燃料电池的启动方式包括快速启动、正常启动和节电启动；
与控制电路板的输出端相连接为系统提供热量的加热装置，所述加热装置与反应器相连接，所述反应器内装载有催化剂，所述反应器的输入端与为系统提供氧化剂的气泵以及为系统反应提供燃料的燃料泵相连接，所述反应器上还连接有用于测量燃料进口温度信息的燃料温度传感器以及测量催化剂温度信息的催化剂温度传感器，所述反应器的输出端与燃料电池发电子系统相连接，工作状态下：所述控制电路板实时接收燃料温度传感器和催化剂温度传感器传送的温度信息、判断催化剂温度以及燃料进口温度是否符合设定要求，当二者温度符合设定要求则判断燃料电池发电子系统是否达到额定温度，如果未达到额定温度则开启燃料泵与气泵，直到催化剂温度达到额定温度、电池发电子系统达到工作温度则该控制系统完成燃料电池系统的启动过程；
所述控制电路板根据二次电池剩余电量情况选择燃料电池的启动方式具体采用如下方式：
当用户选择快速启动时则控制电路板判断二次电池剩余电量是否大于快速启动阈值，如果大于则控制电路板控制燃料电池进入快速启动流程；如果二次电池剩余电量小于快速启动阈值则控制电路板再判断是否大于正常启动阈值，如果大于则控制电路板控制燃料电池进入正常启动流程；如果二次电池剩余电量小于正常启动阈值则再判断二次电池电量是否大于节电启动阈值，如果二次电池剩余电量大于节电启动阈值则进入节电启动子流程，如果二次电池剩余电量小于节电启动阈值则控制电路板拒绝启动请求；
当用户选择正常启动时控制电路板判断二次电池剩余电量是否大于正常启动阈值，如果大于则控制电路板控制燃料电池进入正常启动流程；如果二次电池剩余电量小于正常启动阈值则再判断二次电池电量是否大于节电启动阈值，如果二次电池剩余电量大于节电启动阈值则进入节电启动子流程，如果二次电池剩余电量小于节电启动阈值则控制电路板拒绝启动请求；
当用户选择节电启动时控制电路板判断二次电池剩余电量是否大于节电启动阈值，如果二次电池剩余电量大于节电启动阈值则进入节电启动子流程，如果二次电池剩余电量小于节电启动阈值则控制电路板拒绝启动请求。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池启动过程控制系统，其特征还在于：所述控制电路板根据催化剂温度以及燃料进口温度控制燃料电池系统的启动过程具体采用如下方式：
所述控制电路板判断催化剂温度以及燃料进口温度是否都符合设定要求，如果否则控制加热装置继续加热，如果是则将燃料泵开度调至相应启动流程对应功率范围值内，气泵开度调至相应启动流程对应功率范围值内，再判断催化剂温度是否达到额定温度，如果是则关闭加热装置，如果否则开启加热装置，再判断燃料电池发电子系统是否达到工作温度，直到燃料电池发电子系统达到工作温度则关闭加热装置、燃料泵和气泵。
3.根据权利要求1所述的一种燃料电池启动过程控制系统，其特征还在于：所述二次电池是锂电池、铅酸电池或镍氢电池。
4.根据权利要求1所述的一种燃料电池启动过程控制系统，其特征还在于：所述加热装置采用加热棒、加热片或加热丝。
5.根据权利要求1所述的一种燃料电池启动过程控制系统，其特征还在于：所述气泵内的氧化剂采用氧气或空气。
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