CN112201818A - 一种燃料电池系统冷启动失败保护电堆的控制策略 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃料电池系统冷启动失败保护电堆的控制策略。包括单次冷启动失败累积时间超限退出冷启动的控制策略和冷启动失败累积次数超限触发警告的控制策略，两种控制策略逻辑类似，以单次冷启动失败累积时间超限退出冷启动的控制策略为例，其有如下步骤：S1：判断冷启动状态，当冷启动成功时，则冷启动失败状态置0，进入步骤S4；当冷启动失败时，冷启动失败状态置1，进入步骤S2。本发明旨在解决现有燃料电池冷启动失败累积时间越长，水结成冰的含量会越多，对电堆造成的潜在危害，以及冷启动失败次数累积到一定数值时，将对电堆产生永久性的损坏等问题。
Description
技术领域
本发明涉及燃烧电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池系统冷启动失败保护电堆的控制策略。
背景技术
随着世界能源储量的持续紧张，近几年来，环境问题的不断显现，开发和利用清洁能源成已经为了社会各界关注的一个热点。在众多清洁能源中，燃料电池凭借其适应性广及运行中不涉燃烧等特点而被认为具有广阔的发展前景。燃料电池是一种可以直接将燃料及氧化剂中的化学能直接转化为电能的装置。由于这样的转化过程不涉及燃烧，而且减少了能量形式转化的次数，因此可以突破卡诺循环的限制而获得更高的效率，可达普通内燃机的数倍。同时，燃料电池运行时排放及污染很低、安静无噪声，可采用的燃料种类丰富，具有很大的发展及应用前景。
低温冷启动是影响燃料电池汽车商业化的主要因素之一，是指燃料电池汽车可在0℃以下的温度中成功启动，并可将燃料电池内部温度迅速提升至70-80℃以满足正常运行的性能。在燃料电池低温冷启动过程，燃料电池内的水结冰不仅影响反应速率、阻碍反应进行，而且会在燃料电池中产生不平衡的应力，当冰的体积随着融化而变小时，冰的相变应力逐渐消失，燃料电池中不平衡应力的重复产生和消失将在一定程度上损害电堆组件的结构和性能，进而造成燃料电池系统性能的衰减和寿命的降低。
现有技术虽然通过加热电堆等策略对于提高燃料电池低温冷启动性能已有显著成效，如中国专利(CN111106367A)：利用对加热加湿器的控制对燃料电池电堆内部加湿加热，避免由于水的快速排出导致燃料电池内部过于干燥而影响电池的性能，并利用氧气的快速循环加快燃料电池电堆的温升，降低燃料电池电堆达到最佳工作温度的时间，提高电池的性能。
还有中国专利(CN110429303A)：在对氢燃料电池加载之前，先以预设小电流进行预热，利用该预热过程中的电化学反应产生的热量使质子交换膜上冰霜融化，防止冰霜影响氢燃料电池的启动速度，以及避免过低温度造成单节燃料电池电压过低而造成冷启动失败，从而提高冷启动成功率。
以上现有方案的缺点是不能保证100％的冷启动成功率，且仍然存在冷启动失败的情况，并且冷启动失败累积时间越长，水结成冰的含量会越多，对电堆造成的潜在危害就越大；此外，单次冷启动失败或许对电堆性能影响较小，但是冷启动失败次数累积到一定数值时，将对电堆产生永久性的损坏。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种燃料电池系统冷启动失败保护电堆的控制策略，旨在解决现有燃料电池冷启动失败累积时间越长，水结成冰的含量会越多，对电堆造成的潜在危害，以及冷启动失败次数累积到一定数值时，将对电堆产生永久性的损坏等问题。
本发明采取以下技术方案实现上述目的：
一种燃料电池系统冷启动失败保护电堆的控制策略，包括单次冷启动失败累积时间超限退出冷启动的控制策略，其有如下步骤：
S1：判断冷启动状态，当冷启动成功时，则冷启动失败状态置0，进入步骤S4；当冷启动失败时，冷启动失败状态置1，进入步骤S2；
S2：单次冷启动失败累积时间为本次单次冷启动失败单位时间与之前单次冷启动失败累积时间累加；
S3：对单次冷启动失败累积时间进行判断，当单次冷启动失败累积时间大于预定设置的冷启动失败累积时间上限标定值，则进入步骤S4；当单次冷启动失败累积时间小于等于预定设置的冷启动失败累积时间上限标定值，则单次冷启动失败累积时间返回与新一次单次冷启动失败单位时间累加，即返回步骤S2；
S4：退出冷启动。
一种燃料电池系统冷启动失败保护电堆的控制策略，包括冷启动失败累积次数超限触发警告的控制策略，其有如下步骤：
S1：判断冷启动状态，当冷启动成功时，冷启动失败状态置0；当冷启动失败时，则冷启动失败状态置1，进入步骤S2；
S2：冷启动失败累积次数为本次冷启动失败单次次数与之前冷启动失败累积次数累加；
S3：对冷启动失败累积次数进行判断，当冷启动失败累积次数大于预定设置的冷启动失败累积次数上限标定值，则冷启动失败累积次数超限警告置1，进入步骤S4；当冷启动失败累积次数小于等于预定设置的冷启动失败累积次数上限标定值，则冷启动失败累积次数返回与新一次冷启动失败单次次数累加，即返回步骤S2；
S4：发出警告，指示灯亮起提醒驾驶员冷启动次数达到上限。
本发明的有益效果是：
1.本发明提供的一种燃料电池系统冷启动失败保护电堆的控制策略，能避免冷启动失败持续时间过长而损坏电池堆；
2.本发明提供的一种燃料电池系统冷启动失败保护电堆的控制策略，可以提醒驾驶员调整车辆运行工况，并及时保养车辆延迟电池堆使用寿命。
附图说明
图1为：本发明所述控制策略的冷启动失败累积时间超限退出冷启动的控制策略流程图。
图2为：本发明所述控制策略的冷启动失败累积次数超限警告的控制策略流程图。
具体实施方式
下面结合附图1，图2和具体实施方式对本发明进行详细说明。
如图1所示，为本发明提供一种燃料电池系统冷启动失败保护电堆的控制策略，包括单次冷启动失败累积时间超限退出冷启动的控制策略，其有如下步骤：
S1：判断冷启动状态，当冷启动成功时，则冷启动失败状态置0，进入步骤S4；当冷启动失败时，冷启动失败状态置1，进入步骤S2；
S2：这时，本次单次冷启动失败单位时间为冷启动失败状态值与预先设定时间步长的乘积；单次冷启动失败累积时间为本次单次冷启动失败单位时间通过加法运算器与上次单次冷启动失败累积时间相加，而此时，冷启动失败累积时间清零开关标0，则不进行冷启动失败累积时间清零，选择开关走B点路径；
S3：由选择开关走B点路径出来之后，对单次冷启动失败累积时间进行判断，单次冷启动失败累积时间与预先设定的冷启动失败累积时间上限标定值相比较，当单次冷启动失败累积时间大于预先设定的冷启动失败累积时间上限标定值，则退出冷启动状态置1，则进入步骤S4；如果单次冷启动失败累积时间小于等于预先设定的冷启动失败累积时间上限标定值，则返回到步骤S2，执行下一个循环，与下一次单次冷启动失败单位时间相加，这样可实现单次冷启动失败累积时间为n个持续的冷启动失败单位时间累加；
S4：退出冷启动。
其中，特殊情况下，冷启动失败累积时间清零开关标定量标1，选择开关走A点路径，那么冷启动失败累积时间清零。冷启动失败累积时间清零之后，冷启动可继续进行，直至超过预设定的冷启动失败累积时间上限标定值，退出冷启动为止。
如图2所示，提供一种燃料电池系统冷启动失败保护电堆的控制策略，还包括冷启动失败累积次数超限触发警告的控制策略，其有如下步骤：
S1：判断冷启动状态，当冷启动成功时，冷启动失败状态置0；当冷启动失败时，则冷启动失败状态置1，进入步骤S2；
S2：本次冷启动失败状态数值与之前输出的冷启动失败累积次数通过相加运算符相加，而此时冷启动失败累加清零开关标0，即不进行清零，则选择开关走B点路径，本次输出冷启动失败累积次数；
S3：对冷启动失败累积次数进行判断，把本次输出冷启动失败累积次数与预先设定的冷启动失败累积次数上限标定值进行比较，如果本次输出冷启动失败累积次数大于预先设定的冷启动失败累积次数上限标定值，冷启动失败累积次数超限警告置1，进入步骤S4；如本次输出冷启动失败累积次数小于等于预先设定的冷启动失败累积次数上限标定值，则循环返回步骤S2，这样，本次输出冷启动失败累积次数返回相加运算符，与下一次冷启动失败次数相加，再次经过输入信号迟滞运算符，输出与标定值比较；这样就可以实现冷启动失败累积次数为n个冷启动失败状态的累加；
S4：此时，警告信号关联相应执行器(比如指示灯)，然后指示灯亮可提醒驾驶员冷启动次数已达上限，需要后续尽可能地减少车辆在极限环境下的冷启动工况或者定期到服务站进行保养。
其中，初始值为0，冷启动失败累积次数清零开关标定量标1，选择开关走A点路径，那么冷启动失败累积次数清零。
本发明提供的一种燃料电池系统冷启动失败保护电堆的控制策略，能够避免单次冷启动失败累积时间过长以及冷启动失败累积次数过多永久性损坏电堆，从而延长电堆使用寿命。
Claims (2)
1.一种燃料电池系统冷启动失败保护电堆的控制策略，其特征在于，包括单次冷启动失败累积时间超限退出冷启动的控制策略，其有如下步骤：
S1：判断冷启动状态，当冷启动成功时，则冷启动失败状态置0，进入步骤S4；当冷启动失败时，冷启动失败状态置1，进入步骤S2；
S2：单次冷启动失败累积时间为本次单次冷启动失败单位时间与之前单次冷启动失败累积时间累加；
S3：对单次冷启动失败累积时间进行判断，当单次冷启动失败累积时间大于预定设置的冷启动失败累积时间上限标定值，则进入步骤S4；当单次冷启动失败累积时间小于等于预定设置的冷启动失败累积时间上限标定值，则单次冷启动失败累积时间返回与新一次单次冷启动失败单位时间累加，即返回步骤S2；
S4：退出冷启动。
2.一种燃料电池系统冷启动失败保护电堆的控制策略，其特征在于，包括冷启动失败累积次数超限触发警告的控制策略，其有如下步骤：
S1：判断冷启动状态，当冷启动成功时，冷启动失败状态置0；当冷启动失败时，则冷启动失败状态置1，进入步骤S2；
S2：冷启动失败累积次数为本次冷启动失败单次次数与之前冷启动失败累积次数累加；
S3：对冷启动失败累积次数进行判断，当冷启动失败累积次数大于预定设置的冷启动失败累积次数上限标定值，则冷启动失败累积次数超限警告置1，进入步骤S4；当冷启动失败累积次数小于等于预定设置的冷启动失败累积次数上限标定值，则冷启动失败累积次数返回与新一次冷启动失败单次次数累加，即返回步骤S2；
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