CN111403780A - 一种燃料电池系统的停机处理方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种燃料电池系统的停机处理方法及装置，该停机处理方法通过在低温环境下，间歇式运行燃料电池系统中的冷却水泵，减小燃料电池系统停机过程中的有效热容，进而促进电堆蓄热升温，从而促进电堆内水的蒸发和排除；并且，通过对燃料电池系统中的空气侧和氢气侧采用较大的计量比进行吹扫操作，当电堆内部含水量下降到一定程度时，以电堆的输出电压为依据，确定燃料电池系统的停机处理过程完成，进而实现了车载燃料电池系统在低温环境下的停机处理。

Description

一种燃料电池系统的停机处理方法及装置
技术领域
本发明涉及整车技术领域，更具体地说，涉及一种燃料电池系统的停机处理方法及装置。
背景技术
燃料电池系统在运行过程中会生成水，当环境温度低于0℃时，随着燃料电池系统的停机后，其系统内的电堆与环境进行热交换，残留在电堆内部的液态水可能会结冰，从而阻碍下一次燃料电池系统启动时的气体供给而导致燃料电池系统启动失败，或甚至破坏电堆内部的结构而导致电堆的损坏。
因此，车载燃料电池系统在低温环境下的停机处理是燃料电池系统适应低温环境运行的关键问题。
发明内容
有鉴于此，为解决上述问题，本发明提供一种燃料电池系统的停机处理方法及装置，技术方案如下：
一种燃料电池系统的停机处理方法，所述停机处理方法包括：
接收停机指令，以进入停机处理模式；
获取所述燃料电池系统中电堆的基准电压；
获取所述电堆停机时的电堆温度；
依据所述电堆温度，间歇式运行所述燃料电池系统中的冷却水泵，并对所述燃料电池系统进行吹扫操作；
获取所述电堆的实时输出电压；
依据所述实时输出电压和所述基准电压，停止对所述燃料电池系统进行吹扫操作。
优选的，在上述停机处理方法中，所述获取所述燃料电池系统中电堆的基准电压，包括：
获取所述电堆在正常含水量条件下的平均电压；
所述平均电压为所述基准电压。
优选的，在上述停机处理方法中，所述依据所述电堆温度，间歇式运行所述燃料电池系统中的冷却水泵，包括：
依据所述电堆温度，定义不同的温度区间；
依据所述电堆温度处于的温度区间，确定所述冷却水泵的停止运行时间和下一次所述冷却水泵的运行转速和运转时长；
当所述停止运行时间大于预设时间时，所述冷却水泵以所述运行转速运行所述运转时长；
再次获取所述电堆的当前温度；
依据所述当前温度处于的温度区间，确定下一次所述冷却水泵的间歇式运行模式。
优选的，在上述停机处理方法中，所述停机处理方法还包括：
获取所述燃料电池系统的工作环境温度；
当所述工作环境温度小于预设温度时，接收停机指令，以进入停机处理模式。
一种燃料电池系统的停机处理装置，所述停机处理装置包括：
接收模块，用于接收停机指令，以进入停机处理模式；
第一获取模块，用于获取所述燃料电池系统中电堆的基准电压；
第二获取模块，用于获取所述电堆停机时的电堆温度；
控制模块，用于依据所述电堆温度，间歇式运行所述燃料电池系统中的冷却水泵，并对所述燃料电池系统进行吹扫操作；
第三获取模块，用于获取所述电堆的实时输出电压；
停止模块，用于依据所述实时输出电压和所述基准电压，停止对所述燃料电池系统进行吹扫操作。
优选的，在上述停机处理装置中，所述第一获取模块具体用于：
获取所述电堆在正常含水量条件下的平均电压；
所述平均电压为所述基准电压。
优选的，在上述停机处理装置中，所述控制模块具体用于：
依据所述电堆温度，定义不同的温度区间；
依据所述电堆温度处于的温度区间，确定所述冷却水泵的停止运行时间和下一次所述冷却水泵的运行转速和运转时长；
当所述停止运行时间大于预设时间时，所述冷却水泵以所述运行转速运行所述运转时长；
再次获取所述电堆的当前温度；
依据所述当前温度处于的温度区间，确定下一次所述冷却水泵的间歇式运行模式。
优选的，在上述停机处理装置中，所述停机处理装置还包括：
第四获取模块，用于获取所述燃料电池系统的工作环境温度；当所述工作环境温度小于预设温度时，触发所述接收模块。
相较于现有技术，本发明实现的有益效果为：
本发明提供的停机处理方法通过在低温环境下，间歇式运行燃料电池系统中的冷却水泵，减小燃料电池系统停机过程中的有效热容，进而促进电堆蓄热升温，从而促进电堆内水的蒸发和排除；并且，通过对燃料电池系统中的空气侧和氢气侧采用较大的计量比进行吹扫操作，当电堆内部含水量下降到一定程度时，以电堆的输出电压为依据，确定燃料电池系统的停机处理过程完成，进而实现了车载燃料电池系统在低温环境下的停机处理。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种燃料电池系统的停机处理方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种燃料电池系统的停机处理方法的流程示意图；
图3为本发明实施例提供的一种燃料电池系统的停机处理装置的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的另一种燃料电池系统的停机处理装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供的停机处理方法适用于一般的燃料电池系统，对燃料电池系统的硬件架构无特殊的改动，具有简洁、可靠和高效等特点，可以极大程度的提高燃料电池系统在低温环境下的适应性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参考图1，图1为本发明实施例提供的一种燃料电池系统的停机处理方法的流程示意图。
所述停机处理方法包括：
S101：接收停机指令，以进入停机处理模式。
在该步骤中，所述停机处理模式为低温环境运行下的停机处理模式。
当所述燃料电池系统在非低温环境下运行时，则不进入所述停机处理模式。
S102：获取所述燃料电池系统中电堆的基准电压。
S103：获取所述电堆停机时的电堆温度。
S104：依据所述电堆温度，间歇式运行所述燃料电池系统中的冷却水泵，并对所述燃料电池系统进行吹扫操作。
S105：获取所述电堆的实时输出电压。
在该步骤中，所述电堆的实时输出电压为在一定时间内的实时输出电压的平均电压。
S106：依据所述实时输出电压和所述基准电压，停止对所述燃料电池系统进行吹扫操作。
在该步骤中，当燃料电池系统内质子交换膜内含水量降低时，即膜干时，质子交换膜传递质子的阻力增大，带来的电池电压的欧姆损失增大，带来的电压下降。
对特定的电堆，膜干带来的电压降通过测试台架进行标定，与电堆膜干的程度相关，可通过高频交流阻抗HFR测试表征，在实验台确定膜干电压降ΔUdry-up＝f(HFR)。
对于特定的电堆，其能存放的环境温度与电堆高频阻抗相关，定义能在不低于温度T下存放的条件为电堆高频阻抗不低于HFRT。
通过膜干电压降，可以得到对应温度T下存放的临界膜干电压降ΔUdry-up_T＝f(HFRT)。
吹扫过程中，燃料电池系统的控制器通过实时监测燃料电池系统中电堆的电压值U，当U≤Ubase-ΔUdry-up_T时，则吹扫完成。
在该实施例中，所述停机处理方法通过在低温环境下，间歇式运行燃料电池系统中的冷却水泵，减小燃料电池系统停机过程中的有效热容，进而促进电堆蓄热升温，从而促进电堆内水的蒸发和排除；并且，通过对燃料电池系统中的空气侧和氢气侧采用较大的计量比进行吹扫操作，当电堆内部含水量下降到一定程度时，以电堆的输出电压为依据，确定燃料电池系统的停机处理过程完成，进而实现了车载燃料电池系统在低温环境下的停机处理。
进一步的，基于本发明上述实施例，所述获取所述燃料电池系统中电堆的基准电压，包括：
获取所述电堆在正常含水量条件下的平均电压；
所述平均电压为所述基准电压。
在该实施例中，电堆在一定的操作条件下，具备一个基本的稳定输出性能，即平均电压；由于电堆性能的一些偏差，且随着燃料电池系统运行较长时间后存在一定程度的电堆性能衰减，该基准电压需在电堆实际运行过程中不断更新。
在燃料电池系统运行过程中，燃料电池系统的控制器记录并统计在低温环境下，停机处理过程中电流密度下的电堆性能，在每隔一定运行时间后更新该电堆性能的基准值，作为电堆在正常含水量条件下的平均电压，即基准电压Ubase。
进一步的，基于本发明上述实施例，所述依据所述电堆温度，间歇式运行所述燃料电池系统中的冷却水泵，包括：
依据所述电堆温度，定义不同的温度区间；
依据所述电堆温度处于的温度区间，确定所述冷却水泵的停止运行时间和下一次所述冷却水泵的运行转速和运转时长；
当所述停止运行时间大于预设时间时，所述冷却水泵以所述运行转速运行所述运转时长；
再次获取所述电堆的当前温度；
依据所述当前温度处于的温度区间，确定下一次所述冷却水泵的间歇式运行模式。
在该实施例中，制定冷却水泵的间歇式运行策略，该间歇式运行策略按照特定电堆适应的吹扫温度，在实验测试台上进行标定。
具体为：
判断燃料电池系统停机时的电堆温度，定义不同的温度区间T1、T2...Tn，在不同的温度区间时，确定所述冷却水泵的停止运转时间tn和下一次冷却水泵的运行转速Nn和运转时长tn’，并由燃料电池系统中的控制器发送相关运行指令。
当冷却水泵的停止运转时间t＞tn时，冷却水泵以运行转速Nn运转，持续时长为tn’。
再次判断电堆的温度，并且确定与温度区间的关系，确定下一次冷却水泵的间歇式运行策略。
进一步的，基于本发明上述实施例，参考图2，图2为本发明实施例提供的另一种燃料电池系统的停机处理方法的流程示意图，所述停机处理方法还包括：
S107：获取所述燃料电池系统的工作环境温度；
S108：当所述工作环境温度小于预设温度时，则执行步骤S101。
在该实施例中，例如所述预设温度为-20℃。需要说明的是，所述预设温度可根据实际情况而定，在本发明实施例中，并不作限定。
通过上述描述可知，该停机处理方法能减少低温环境下电堆吹扫过程中热量的散失，有利于维持良好的电堆吹扫温度，促进吹扫过程的完成。
并且能在电堆低发热量状态下灵活调整电堆吹扫时所需的温度，从而，尤其是具有空气增湿器的燃料电池系统，能更快速有效地将电堆内的水汽吹扫排出；
以及该停机处理方法能应用于无电堆高频阻抗在线监测的燃料电池系统，相比于采用开路吹扫或固定时长吹扫的方法，该停机处理方法的应用能显著减小电堆在吹扫过程中的性能衰减，提升了电堆的耐久性。
基于本发明上述全部实施例，在本发明另一实施例中还提供了一种燃料电池系统的停机处理装置，参考图3，图3为本发明实施例提供的一种燃料电池系统的停机处理装置的结构示意图。
所述停机处理装置包括：
接收模块，用于接收停机指令，以进入停机处理模式；
第一获取模块，用于获取所述燃料电池系统中电堆的基准电压；
第二获取模块，用于获取所述电堆停机时的电堆温度；
控制模块，用于依据所述电堆温度，间歇式运行所述燃料电池系统中的冷却水泵，并对所述燃料电池系统进行吹扫操作；
第三获取模块，用于获取所述电堆的实时输出电压；
停止模块，用于依据所述实时输出电压和所述基准电压，停止对所述燃料电池系统进行吹扫操作。
进一步的，基于本发明上述实施例，所述第一获取模块具体用于：
获取所述电堆在正常含水量条件下的平均电压；
所述平均电压为所述基准电压。
进一步的，基于本发明上述实施例，所述控制模块具体用于：
依据所述电堆温度，定义不同的温度区间；
依据所述电堆温度处于的温度区间，确定所述冷却水泵的停止运行时间和下一次所述冷却水泵的运行转速和运转时长；
当所述停止运行时间大于预设时间时，所述冷却水泵以所述运行转速运行所述运转时长；
再次获取所述电堆的当前温度；
依据所述当前温度处于的温度区间，确定下一次所述冷却水泵的间歇式运行模式。
进一步的，基于本发明上述实施例，参考图4，图4为本发明实施例提供的另一种燃料电池系统的停机处理装置的结构示意图。
所述停机处理装置还包括：
第四获取模块，用于获取所述燃料电池系统的工作环境温度；当所述工作环境温度小于预设温度时，触发所述接收模块。
需要说明的是，本发明提供的停机处理装置和上述实施例提供的停机处理方法的原理相同，在此不再赘述。
以上对本发明所提供的一种燃料电池系统的停机处理方法及装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素，或者是还包括为这些过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种燃料电池系统的停机处理方法，其特征在于，所述停机处理方法包括：
接收停机指令，以进入停机处理模式；
获取所述燃料电池系统中电堆的基准电压；
获取所述电堆停机时的电堆温度；
依据所述电堆温度，间歇式运行所述燃料电池系统中的冷却水泵，并对所述燃料电池系统进行吹扫操作；
获取所述电堆的实时输出电压；
依据所述实时输出电压和所述基准电压，停止对所述燃料电池系统进行吹扫操作。
2.根据权利要求1所述的停机处理方法，其特征在于，所述获取所述燃料电池系统中电堆的基准电压，包括：
获取所述电堆在正常含水量条件下的平均电压；
所述平均电压为所述基准电压。
3.根据权利要求1所述的停机处理方法，其特征在于，所述依据所述电堆温度，间歇式运行所述燃料电池系统中的冷却水泵，包括：
依据所述电堆温度，定义不同的温度区间；
依据所述电堆温度处于的温度区间，确定所述冷却水泵的停止运行时间和下一次所述冷却水泵的运行转速和运转时长；
当所述停止运行时间大于预设时间时，所述冷却水泵以所述运行转速运行所述运转时长；
再次获取所述电堆的当前温度；
依据所述当前温度处于的温度区间，确定下一次所述冷却水泵的间歇式运行模式。
4.根据权利要求1所述的停机处理方法，其特征在于，所述停机处理方法还包括：
获取所述燃料电池系统的工作环境温度；
当所述工作环境温度小于预设温度时，接收停机指令，以进入停机处理模式。
5.一种燃料电池系统的停机处理装置，其特征在于，所述停机处理装置包括：
接收模块，用于接收停机指令，以进入停机处理模式；
第一获取模块，用于获取所述燃料电池系统中电堆的基准电压；
第二获取模块，用于获取所述电堆停机时的电堆温度；
控制模块，用于依据所述电堆温度，间歇式运行所述燃料电池系统中的冷却水泵，并对所述燃料电池系统进行吹扫操作；
第三获取模块，用于获取所述电堆的实时输出电压；
停止模块，用于依据所述实时输出电压和所述基准电压，停止对所述燃料电池系统进行吹扫操作。
6.根据权利要求5所述的停机处理装置，其特征在于，所述第一获取模块具体用于：
获取所述电堆在正常含水量条件下的平均电压；
所述平均电压为所述基准电压。
7.根据权利要求5所述的停机处理装置，其特征在于，所述控制模块具体用于：
依据所述电堆温度，定义不同的温度区间；
依据所述电堆温度处于的温度区间，确定所述冷却水泵的停止运行时间和下一次所述冷却水泵的运行转速和运转时长；
当所述停止运行时间大于预设时间时，所述冷却水泵以所述运行转速运行所述运转时长；
再次获取所述电堆的当前温度；
依据所述当前温度处于的温度区间，确定下一次所述冷却水泵的间歇式运行模式。
8.根据权利要求5所述的停机处理装置，其特征在于，所述停机处理装置还包括：
第四获取模块，用于获取所述燃料电池系统的工作环境温度；当所述工作环境温度小于预设温度时，触发所述接收模块。
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