CN112436164A - 燃料电池低温吹扫控制、系统及存储介质 - Google Patents

燃料电池低温吹扫控制、系统及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种燃料电池低温吹扫控制方法及系统，涉及汽车电池领域，其方法包括：当检测到吹扫指令之后，获取当前温度信息，并识别对应的目标温度区间；获取实时电堆欧姆阻抗值，根据目标温度区间和实时电堆欧姆阻抗值得到目标吹扫时间；获取电堆目标电流和空气进堆压力值，结合目标温度区间和实时电堆欧姆阻抗值，得到氢气进堆目标压力、氢气进出堆目标压力差、空气目标流量以及空气进出堆目标压力，执行电堆吹扫；当执行吹扫达到目标吹扫时间，若检测到电堆输出参数符合预设条件，则停机。本发明通过划分温度区间，在不同的温度区间内设置不同的吹扫时间、气体流量与压力，保证吹扫后电堆的含水量处于目标值，精确控制，避免吹扫过度。

Description

燃料电池低温吹扫控制、系统及存储介质
技术领域
本发明涉及领域，具体是涉及一种燃料电池低温吹扫控制、系统及存储介质。
背景技术
我国作为汽车大国，拥有巨大的汽车市场，在带来经济效益的同时，也伴随着巨大的能源消耗与环境污染。随着汽车领域的竞争越来越激烈，各企业、高校纷纷开始从事氢燃料电池汽车的研究。目前，燃料电池汽车的关键技术已经基本突破，但是还需要更进一步对燃料电池产业化技术进行改进、提升，使产业化技术成熟。燃料电池汽车内部温度低于0℃时，燃料电池内部阴阳极气体管路与电堆中的水会发生结冰的现象，对电堆内的气流通道造成堵塞，降低阴阳极催化剂活性，导致燃料电池汽车在低温环境中启动时间长或启动失败。为了保证燃料电池在低温环境时能够正常启动，需要在上一次停机时进行吹扫，将电堆与管路中的含水量控制在较低的范围。
目前停机吹扫的时间与阴阳侧极气体的流量与压力比较固定，未根据阴阳极含水量与不同环境温度进行动态调整，易出现吹扫不充分，电堆与管路内含水量过高，造成结冰的情况。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种燃料电池低温吹扫控制、系统及存储介质，通过划分温度区间，在不同的温度区间内设置不同的吹扫时间、气体流量与压力，保证吹扫后电堆的含水量处于目标值，精确控制，避免吹扫过度
第一方面，提供一种燃料电池低温吹扫控制方法，包括以下步骤：
当检测到吹扫指令之后，获取当前温度信息，并识别所述当前温度信息对应的目标温度区间；
获取实时电堆欧姆阻抗值，根据所述目标温度区间和所述实时电堆欧姆阻抗值得到目标吹扫时间；
获取电堆目标电流和空气进堆压力值，结合所述目标温度区间和所述实时电堆欧姆阻抗值，得到氢气进堆目标压力、氢气进出堆目标压力差、空气目标流量以及空气进出堆目标压力；
根据所述氢气进堆目标压力、所述氢气进出堆目标压力差、所述空气目标流量以及所述空气进堆目标压力，执行电堆吹扫；
当执行吹扫达到目标吹扫时间之后，若检测到电堆输出参数符合预设条件，则停机。
根据第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述“当检测到吹扫指令之后，获取当前温度信息，并识别所述当前温度信息对应的目标温度区间”步骤，包括以下步骤：
若检测到当前温度信息小于等于预设温度值时，生成所述吹扫指令；和/或，
获取预设时间段内的天气预报温度信息，若所述天气预报温度信息小于等于预设温度值时，生成所述吹扫指令；和/或，
接收用户操作信息，根据所述用户操作信息生成所述吹扫指令。
根据第一方面，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述“当检测到吹扫指令之后，获取当前温度信息，并识别所述当前温度信息对应的目标温度区间”步骤之前，包括以下步骤：
当检测到吹扫指令之后，控制电堆输出电流降载至怠速电流，保持冷却系统正常运行，控制水泵在最低转速下怠速运行，控制温控阀保持当前状态。
根据第一方面，在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述“获取电堆目标电流和空气进堆压力值，结合所述目标温度区间和所述实时电堆欧姆阻抗值，得到氢气进堆目标压力、氢气进出堆目标压力差、空气目标流量以及空气进堆目标压力”步骤，包括以下步骤：
获取电堆目标电流及空气进堆压力值，根据所述电堆目标电流及相应的映射表，得到氢气进堆压力值与空气进堆压力值的目标差值；
根据所述目标温度区间对应的目标电堆阻抗值、及相应的映射表，得到低温吹扫氢气进堆压力补偿值；
根据所述空气进堆压力值、所述目标差值和所述低温吹扫氢气进堆压力补偿值，得到所述氢气进堆目标压力；
根据所述电堆目标电流及相应的映射表，得到氢气进出堆目标压力差基础值；
根据所述目标温度区间对应的目标电堆阻抗值、及相应的映射表，得到低温吹扫氢气进堆压力差补偿值；
根据所述氢气进出堆目标压力差基础值和所述低温吹扫氢气进堆压力差补偿值，得到所述氢气进堆目标压力差。
根据第一方面，在第一方面的第四种可能的实现方式中，所述“获取电堆目标电流和空气进堆压力值，结合所述目标温度区间和所述实时电堆欧姆阻抗值，得到氢气进堆目标压力、氢气进出堆目标压力差、空气目标流量以及空气进堆目标压力”步骤，包括以下步骤：
根据所述电堆目标电流I计算空气目标流量基础值Q，
Figure BDA0002789876900000041
其中，F为法拉第常数，nm为分析所包含电子数，ncell为电池单体个数，Cmol为气体摩尔体积常数；
根据所述目标温度区间对应的目标电堆阻抗值、及相应的映射表，得到低温吹扫空气流量补偿值；
根据所述空气目标流量基础值和所述空气低温吹扫空气流量补偿值，得到所述空气目标流量；
根据所述电堆目标电流及相应的映射表，得到空气进堆目标压力基础值；
根据所述目标温度区间对应的目标电堆阻抗值、及相应的映射表，得到低温吹扫空气进堆压力补偿值；
根据所述空气进堆目标压力基础值和所述低温吹扫空气进堆压力补偿值，得到所述空气进堆目标压力。
根据第一方面，在第一方面的第五种可能的实现方式中，所述“根据所述氢气进堆目标压力、所述氢气进出堆目标压力差、所述空气目标流量以及所述空气进堆目标压力，执行电堆吹扫”步骤，包括以下步骤：
控制电堆阳极侧的进氢阀和排氢阀开启，根据所述氢气进堆目标压力和所述氢气进出堆目标压力差，对比例阀与氢气循环泵进行闭环控制，控制氢气进入阳极进行阳极吹扫；
根据所述空气目标流量和所述空气进出堆目标压力，对空压机与背压阀进行闭环控制，控制空气进入阴极进行阴极吹扫。
根据第一方面的第五种可能的实现方式，在第一方面的第六种可能的实现方式中，所述“根据所述空气目标流量和所述空气进出堆目标压力，对空压机与背压阀进行闭环控制，控制空气进入阴极进行阴极吹扫”步骤之后，包括以下步骤：
当对阳极进行吹扫的时间到达阳极目标吹扫时间之后，设置低温吹扫氢气进堆压力补偿值和低温吹扫氢气进堆压力差补偿值为零、控制比例阀开度减小至控制氢气流量降至零，并关闭进氢阀与排氢阀，停止阳极吹扫，继续执行阴极吹扫；其中，所述目标吹扫时间包括阳极目标吹扫时间和阴极目标吹扫时间，阴极目标吹扫时间大于阳极目标吹扫时间；
当对阴极进行吹扫的时间达到阴极目标吹扫时间之后，若检测到电堆输出参数符合预设条件，则停机。
根据第一方面，在第一方面的第七种可能的实现方式中，
所述“当执行吹扫目标吹扫时间之后，若检测到电堆输出参数符合预设条件，则停机”步骤，包括以下步骤：
当执行吹扫目标吹扫时间之后，若检测到到电堆目标电流为零、电堆单片电压平均值小于等于预设平均值、且电堆单片压力最小值小于等于预设压力值，则停机；
其中，所述电堆输出参数包括电堆目标电流、电堆单片电压平均值以及电堆单片压力最小值。
第二方面，提供一种燃料电池低温吹扫控制系统，其特征在于，包括：
温度识别模块，用于当检测到吹扫指令之后，获取当前温度信息，并识别所述当前温度信息对应的目标温度区间；
数据获取模块，与所述温度识别模块通讯连接，用于获取实时电堆欧姆阻抗值，根据所述目标温度区间和所述实时电堆欧姆阻抗值得到目标吹扫时间；
参数分析模块，与所述数据获取模块通讯连接，用于获取电堆目标电流和空气进堆压力值，结合所述目标温度区间和所述实时电堆欧姆阻抗值得到氢气进堆目标压力、氢气进出堆目标压力差、空气目标流量以及空气进出堆目标压力；
吹扫执行模块，与所述参数分析模块通讯连接，用于根据所述氢气进堆目标压力、所述氢气进出堆目标压力差、所述空气目标流量以及所述空气进堆目标压力执行电堆吹扫；
停机判断模块，与所述数据获取模块通讯连接，用于当执行吹扫达到目标吹扫时间之后，若检测到电堆输出参数符合预设条件，则停机。
与现有技术相比，本发明通过划分温度区间，在不同的温度区间内设置不同的吹扫时间、气体流量与压力，保证吹扫后电堆的含水量处于目标值，精确控制，避免吹扫过度。
附图说明
图1是本发明一种燃料电池低温吹扫控制方法的一实施例的流程示意图；
图2是本发明一种燃料电池低温吹扫控制方法的另一实施例的流程示意图；
图3是本发明电堆反应系统的结构示意图；
图4是本发明比例阀闭环控制的流程示意图；
图5是本发明氢气循环泵闭环控制的流程示意图；
图6是本发明空压机闭环控制的流程示意图；
图7是本发明背压阀闭环控制的流程示意图；
图8是本发明一种燃料电池低温吹扫控制系统的一实施例的结构示意图。
附图标号：
100、燃料电池低温吹扫控制系统；110、温度识别模块；120、数据获取模块；130、参数分析模块；140、吹扫执行模块；150、停机判断模块。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的具体实施例，在附图中例示了本发明的例子。尽管将结合具体实施例描述本发明，但将理解，不是想要将本发明限于所述的实施例。相反，想要覆盖由所附权利要求限定的在本发明的精神和范围内包括的变更、修改和等价物。应注意，这里描述的方法步骤都可以由任何功能块或功能布置来实现，且任何功能块或功能布置可被实现为物理实体或逻辑实体、或者两者的组合。
为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
注意：接下来要介绍的示例仅是一个具体的例子，而不作为限制本发明的实施例必须为如下具体的步骤、数值、条件、数据、顺序等等。本领域技术人员可以通过阅读本说明书来运用本发明的构思来构造本说明书中未提到的更多实施例。
参见图1所示，本发明实施例提供一种燃料电池低温吹扫控制方法，包括以下步骤：
S100当检测到吹扫指令之后，获取当前温度信息，并识别所述当前温度信息对应的目标温度区间；
S200获取实时电堆欧姆阻抗值，根据所述目标温度区间和所述实时电堆欧姆阻抗值得到目标吹扫时间；
S300获取电堆目标电流和空气进堆压力值，结合所述目标温度区间和所述实时电堆欧姆阻抗值，得到氢气进堆目标压力、氢气进出堆目标压力差、空气目标流量以及空气进出堆目标压力；
S400根据所述氢气进堆目标压力、所述氢气进出堆目标压力差、所述空气目标流量以及所述空气进堆目标压力，执行电堆吹扫；
S500当执行吹扫达到目标吹扫时间之后，若检测到电堆输出参数符合预设条件，则停机。
具体地，本实施例中，当检测到吹扫指令之后，进入吹扫流程。获取当前温度信息，并识别当前温度信息对应的目标温度区间，统统温度下水分蒸发的速度不同，因此不同的温度区间对应不同长度的吹扫时间。当温度越低，电堆结冰的可能性越大，所以电堆需要更低的含水量，阴阳极吹扫时间相应增加，吹扫时间根据电堆欧姆阻抗值进行标定，电堆欧姆阻抗值与含水量负相关，阻抗值约高，含水量越低，当电堆欧姆阻抗值达到要求，则停止吹扫，不同的电堆吹扫时间存在差异。因此，获取实时电堆欧姆阻抗值，根据目标温度区间和实时电堆欧姆阻抗值得到目标吹扫时间，目标温度区间、电堆欧姆阻抗值以及目标吹扫时间之间可以进行标定，即设定一定的目标温度区间和电堆欧姆阻抗值，当吹扫到一定时间之后电堆欧姆阻抗值满足要求，即为对应的目标吹扫时间，然后存储标定得到的映射表，以供直接调用。
获取电堆目标电流和空气进堆压力值，结合目标温度区间和实时电堆欧姆阻抗值，得到氢气进堆目标压力、氢气进出堆目标压力差、空气目标流量以及空气进出堆目标压力，执行电堆吹扫。当执行吹扫的时间达到目标吹扫时间之后，如果检测到电堆输出参数符合预设条件，则停机。
本申请通过划分温度区间，在不同的温度区间内设置不同的吹扫时间、气体流量与压力，保证吹扫后电堆的含水量处于目标值，精确控制，避免吹扫过度。
可选地，在本申请另外的实施例中，所述“S100当检测到吹扫指令之后，获取当前温度信息，并识别所述当前温度信息对应的目标温度区间”步骤，包括以下步骤：
S010若检测到当前温度信息小于等于预设温度值时，生成所述吹扫指令；和/或，
S020获取预设时间段内的天气预报温度信息，若所述天气预报温度信息小于等于预设温度值时，生成所述吹扫指令；和/或，
S030接收用户操作信息，根据所述用户操作信息生成所述吹扫指令。
具体的，本实施例中，停机吹扫的进入条件可以从三方面进行判断，满足以下任意一个条件即可进入停机吹扫流程。1)若温度信息小于等于预设温度值，例如当前环境温度小于等于0℃，则生成吹扫指令进入停机吹扫流程。2)获取预设时间段内的天气预报温度信息，若天气预报温度信息小于等于预设温度值时，生成吹扫指令。例如通过整车搭载的安卓平台获取当前地区天气预报，将温度信息通过CAN总线发送报文，若12小时内温度小于等于0℃，则进入停机吹扫流程。3)在车内设置手动开启吹扫按键，接收用户操作信息，根据用户操作信息生成吹扫指令。例如当夜晚地下车库温度过低或者车辆需要运送至寒冷地区时，可将当前档位置为P档，车速为0km/h，手动按下吹扫键进入停机吹扫流程。其中，如果是手动开启进入吹扫流程，则直接选择预设的目标温度区间，无需根据当前温度信息进行识别。
通过环境温度、预报温度、手动吹扫三种策略完善了停机吹扫的进行条件，避免由于进入条件的限制，没有及时进行吹扫，导致电堆发生结冰的现象。
可选地，在本申请另外的实施例中，所述“S100当检测到吹扫指令之后，获取当前温度信息，并识别所述当前温度信息对应的目标温度区间”步骤，包括以下步骤：
S050当检测到吹扫指令之后，控制电堆输出电流降载至怠速电流，保持冷却系统正常运行，控制水泵在最低转速下怠速运行，控制温控阀保持当前状态。
具体的，本实施例中，进入停机吹扫流程后，将电堆输出电流降载至怠速电流，此时电堆输出回路呈开路状态。保持冷却系统正常运行，设置水泵使能信号为1，设置水泵在最低转速下怠速运行。控制温控阀保持当前的状态。
可选地，在本申请另外的实施例中，所述“S300获取电堆目标电流和空气进堆压力值，结合所述目标温度区间和所述实时电堆欧姆阻抗值，得到氢气进堆目标压力、氢气进出堆目标压力差、空气目标流量以及空气进堆目标压力”步骤，包括以下步骤：
S311获取电堆目标电流及空气进堆压力值，根据所述电堆目标电流及相应的映射表，得到氢气进堆压力值与空气进堆压力值的目标差值；
S312根据所述目标温度区间对应的目标电堆阻抗值、及相应的映射表，得到低温吹扫氢气进堆压力补偿值；
S313根据所述空气进堆压力值、所述目标差值和所述低温吹扫氢气进堆压力补偿值，得到所述氢气进堆目标压力；
S321根据所述电堆目标电流及相应的映射表，得到氢气进出堆目标压力差基础值；
S322根据所述目标温度区间对应的目标电堆阻抗值、及相应的映射表，得到低温吹扫氢气进堆压力差补偿值；
S323根据所述氢气进出堆目标压力差基础值和所述低温吹扫氢气进堆压力差补偿值，得到所述氢气进堆目标压力差。
具体的，本实施例中，阳极侧控制进氢阀与排氢阀打开，对比例阀与氢气循环泵进行闭环控制，通入氢气进行阳极吹扫。
比例阀的控制流程如下：根据VCU(Vehicle control unit，整车控制器)的需求功率计算得出的电堆目标电流，通过电堆目标电流及相应的映射表，得到氢气进堆压力值与空气进堆压力值的目标差值，以空气进堆压力值为基础值，得到氢气进堆压力值初始值。另外，吹扫过程中气体的流动会造成压力值存在一定的偏差，因此根据目标温度区间对应的目标电堆阻抗值、及相应的映射表，得到低温吹扫氢气进堆压力补偿值。最后空气进堆压力值、氢气进堆压力值与空气进堆压力值的目标差值及低温吹扫氢气进堆压力补偿值相加得到氢气进堆目标压力。其中，上述映射表可以通过标定得到，例如，选定电堆目标电流，调整在不同的氢气进堆压力值与空气进堆压力值的差值下进行吹扫，选取吹扫时间最短的差值为该电堆目标电流下的目标差值，其它的映射表标定过程类似，不再一一进行描述。
氢气循环泵的控制流程如下：根据电堆目标电流及相应的映射表得到氢气进出堆目标压力差基础值，根据目标温度区间对应的目标电堆阻抗值、及相应的映射表，得到低温吹扫氢气进堆压力差补偿值，各映射表同样可以通过标定得到。最后根据氢气进出堆目标压力差基础值和低温吹扫氢气进堆压力差补偿值，得到氢气进堆目标压力差。
可选地，在本申请另外的实施例中，所述“S300获取电堆目标电流和空气进堆压力值，结合所述目标温度区间和所述实时电堆欧姆阻抗值，得到氢气进堆目标压力、氢气进出堆目标压力差、空气目标流量以及空气进堆目标压力”步骤，包括以下步骤：
S331根据所述电堆目标电流I计算空气目标流量基础值Q，
Figure BDA0002789876900000121
其中，F为法拉第常数，nm为分析所包含电子数，ncell为电池单体个数，Cmol为气体摩尔体积常数，60为时间单位秒转化为分的计算；
S332根据所述目标温度区间对应的目标电堆阻抗值、及相应的映射表，得到低温吹扫空气流量补偿值；
S333根据所述空气目标流量基础值和所述空气低温吹扫空气流量补偿值，得到所述空气目标流量；
S341根据所述电堆目标电流及相应的映射表，得到空气进堆目标压力基础值；
S342根据所述目标温度区间对应的目标电堆阻抗值、及相应的映射表，得到低温吹扫空气进堆压力补偿值；
S343根据所述空气进堆目标压力基础值和所述低温吹扫空气进堆压力补偿值，得到所述空气进堆目标压力。
具体的，本实施例中，阴极侧通过控制空压机转速与背压阀开度，通入空气进行阴极侧的吹扫。空压机的控制流程如步骤S331-S333所述，背压阀的控制流程如步骤S341-S343所述，其中的映射表通过标定得到。
可选地，在本申请另外的实施例中，所述“S400根据所述氢气进堆目标压力、所述氢气进出堆目标压力差、所述空气目标流量以及所述空气进堆目标压力，执行电堆吹扫”步骤，包括以下步骤：
S410控制电堆阳极侧的进氢阀和排氢阀开启，根据所述氢气进堆目标压力和所述氢气进出堆目标压力差，对比例阀与氢气循环泵进行闭环控制，控制氢气进入阳极进行阳极吹扫；
S420根据所述空气目标流量和所述空气进出堆目标压力，对空压机与背压阀进行闭环控制，控制空气进入阴极进行阴极吹扫。
具体的，本实施例中，阳极侧控制进氢阀与排氢阀打开，对比例阀与氢气循环泵进行闭环控制，通入氢气进行阳极吹扫。根据氢气进堆目标压力对比例阀进行闭环控制，根据氢气进出堆目标压力差对氢气循环泵进行闭环控制，例如PID闭环控制。
阴极侧通过控制空压机转速与背压阀开度，通入空气进行阴极侧的吹扫。根据空气目标流量对空压机进行闭环控制，根据空气进出堆目标压力对背压阀进行闭环控制，例如PID闭环控制。
可选地，在本申请另外的实施例中，所述“S420根据所述空气目标流量和所述空气进出堆目标压力，对空压机与背压阀进行闭环控制，控制空气进入阴极进行阴极吹扫”步骤之后，包括以下步骤:
S430当对阳极进行吹扫的时间到达阳极目标吹扫时间之后，设置低温吹扫氢气进堆压力补偿值和低温吹扫氢气进堆压力差补偿值为零、控制比例阀开度减小至控制氢气流量降至零，并关闭进氢阀与排氢阀，停止阳极吹扫，继续执行阴极吹扫；其中，所述目标吹扫时间包括阳极目标吹扫时间和阴极目标吹扫时间，阴极目标吹扫时间大于阳极目标吹扫时间；
S440当对阴极进行吹扫的时间达到阴极目标吹扫时间之后，若检测到电堆输出参数符合预设条件，则停机。
具体的，本实施例中，由于电堆内化学反应在阴极侧发生，反应生成水，阴极侧的水含量大于阳极。因此阴极侧的吹扫时间应大于阳极，根据电堆阻抗值标定得出，阴极侧的吹扫时间通常比阳极侧多180s至300s，不同的电堆吹扫时间存在差异。阴极和阳极同时开始吹扫，阳极吹扫完成之后阴极继续吹扫。
当对阳极进行吹扫的时间到达阳极目标吹扫时间之后，设置低温吹扫氢气进堆压力补偿值和低温吹扫氢气进堆压力差补偿值为零、控制比例阀开度减小至控制氢气流量降至零，并关闭进氢阀与排氢阀，停止阳极吹扫，阳极吹扫完成。
之后阴极吹扫继续，当对阴极进行吹扫的总共的时间达到阴极目标吹扫时间之后，检测到电堆输出参数符合预设条件，则停机。
本申请基于电堆内化学反应在阴极侧发生，阴极吹扫和阳极吹扫分别对应不同的目标吹扫时间，且阴极目标吹扫时间大于阳极目标吹扫时间，确保清扫完全同时避免过量清扫。
可选地，在本申请另外的实施例中，所述“S500当执行吹扫目标吹扫时间之后，若检测到电堆输出参数符合预设条件，则停机”步骤，包括以下步骤：
S510当执行吹扫目标吹扫时间之后，若检测到到电堆目标电流为零、电堆单片电压平均值小于等于预设平均值、且电堆单片压力最小值小于等于预设压力值，则停机；其中，所述电堆输出参数包括电堆目标电流、电堆单片电压平均值以及电堆单片压力最小值。
具体的，本实施例中，当执行吹扫目标吹扫时间之后，即阴极吹扫和阳极吹扫全部吹扫完毕之后，获取电堆输出参数，电堆输出参数包括电堆目标电流、电堆单片电压平均值以及电堆单片压力最小值。如果检测到到电堆目标电流为零、电堆单片电压平均值小于等于预设平均值、且电堆单片压力最小值小于等于预设压力值，则说明吹扫完毕且电堆处于非警戒状态，因此停机。例如，当阴极吹扫时间达到设定值后，设置电堆目标电流为0A，当电堆输出电流为0A，电堆单片电压平均值小于等于设定值V2，电堆单片电压最小值小于等于V1，同时满足以上三个条件，则停机吹扫完成，进入停机流程。
本申请从电堆输出电流、单片电压最小值、单片电压平均值三方面判断停机吹扫是否完成，确保在电堆降载完成后再进入正常停机流程。
本发明实施例提供一种燃料电池低温吹扫控制方法，包括以下步骤：
如图2所示，停机吹扫的进入条件有三条，环境温度小于等于0℃，通过CAN总线接收的12小时内天气预报温度小于等于0℃，手动吹扫信号为1。以上三个条件满足任意一个，即进入停机吹扫流程，否则进入正常停机流程。
进入停机吹扫流程后，将电堆输出电流降载至怠速电流，此时电堆输出回路呈开路状态。保持冷却系统正常运行，设置水泵使能信号为1，设置水泵在最低转速下怠速运行。控制温控阀保持当前的状态。
当温度越低，电堆结冰的可能性越大，所以电堆需要更低的含水量，阴阳极吹扫时间相应增加，吹扫时间根据电堆欧姆阻抗值进行标定，电堆欧姆阻抗值与含水量负相关，阻抗值约高，含水量越低，当电堆欧姆阻抗值达到要求，则停止吹扫，不同的电堆吹扫时间存在差异。
由于电堆内化学反应在阴极侧发生，反应生成水，阴极侧的水含量大于阳极。因此阴极侧的吹扫时间应大于阳极，根据燃料电池台架吹扫实验标定得出，阴极侧的吹扫时间通常比阳极侧多180s至300s，不同的电堆吹扫时间存在差异。
进入判断温度区间模块，将当前温度或天气预报温度分为三个区间，通过系统台架对吹扫时间进行标定。鉴于当前国内燃料电池汽车冷启动的能力为-20℃。将温度分为三个梯度，设当前环境温度或预报温度为T，阳极吹扫时间为ta,阴极吹扫时间为tc(ta+180s<tc<ta+300s)，手动吹扫模式下，由于不能根据温度进行控制，因此直接进入T＜-20℃区间，使电堆内含水量处于较低水平。根据不同温度区间，设置电堆目标阻抗值，阴阳极侧通入气体进行吹扫，并实时监测电堆阻抗值，当阻抗值达到目标值时，停止吹扫，记录吹扫时间。
当-10℃≤T＜0℃，阳极吹扫时间为ta1，阴极吹扫时间为tc1；
当-20℃≤T＜-10℃，阳极吹扫时间为ta2,阴极吹扫时间为tc2；
当T＜-20℃，阳极吹扫时间为ta3，阴极吹扫时间为tc3；
根据电堆类型设置电堆由于电堆内化学反应在阴极侧发生，反应生成水，阴极侧的水含量大于阳极。因此阴极侧的吹扫时间应大于阳极，根据标定可知，ta+180s<tc<ta+300s。
电堆反应系统如图3所示，其中通过进氢阀、排氢阀、比例阀以及氢气循环泵进行阳极吹扫，通过空压机和背压阀进行阴极吹扫。
阳极侧控制进氢阀与排氢阀打开，对比例阀与氢气循环泵进行闭环控制，通入氢气进行阳极吹扫。比例阀与氢气循环泵的具体控制流程如下。
比例阀的控制逻辑如图4所示，氢气进堆目标压力初始值以空气进堆压力为基础值，再根据VCU的需求功率计算得出的电堆目标电流，通过电堆目标电流标定查表得出氢气进堆压力与空气进堆压力的目标差值。由于环境温度越低，电堆内以及管路内含水量需求值越低，吹扫强度需要提高，氢气进堆目标压力也相应增加。因此需要通过温度区间模块确定当前所在温度区间，根据当前区间电堆阻抗值要求，标定得出低温吹扫压力补偿值，三者相加得出氢气进堆目标压力值PH。以参考量PH与反馈值氢气进堆压力的差值为控制目标，对比例阀开度进行PID闭环控制。
氢气循环泵的控制逻辑如图5所示，根据VCU的需求功率计算得出的电堆目标电流标定得出氢气进出堆目标压力差基础值，该值同样需要通过温度区间模块确定当前所在温度区间，对氢气进出堆压力差基础值进行补偿得出氢气进出堆目标压力差dPH。以参考量dPH与反馈值氢气进出堆压力差为控制目标，对氢气循环泵转速进行PID闭环控制。
当阳极吹扫时间达到设定值时，设置阳极低温吹扫补偿为0，降低氢气进堆目标压力,控制比例阀开度减小，停止阳极吹扫。
阴极侧通过控制空压机转速与背压阀开度，通入空气进行阴极侧的吹扫。空压机与背压阀的具体控制流程如下。
空压机的控制逻辑如图6所示，阴极侧空气目标流量根据VCU需求功率所折算出的需求电流由以下公式计算得出，并通过温度区间模块确定当前所在温度区间，在空气目标流量的基础上进行补偿。以该参考量与反馈值空气流量为控制目标，对空压机转速进行PID闭环控制，
Figure BDA0002789876900000171
其中，Q为空气目标流量基础值，I为电堆目标电流，F为法拉第常数，nm为分析所包含电子数，ncell为电池单体个数，Cmol为气体摩尔体积常数。
背压阀的控制逻辑如图7所示，空气进出堆目标压力基础值根据电堆目标电流标定后查表得出(正相关)，通过温度区间模块确定当前所在温度区间，对空气进出堆目标压力基础值进行补偿，得出空气进出堆目标压力。以该参考量与反馈值空气进堆压力为控制目标，对背压阀开度进行PID闭环控制。
当阴极吹扫时间达到设定值时，设置空气目标流量为0NLPM,控制空压机转速降至怠速，使得空气流量降至0NLPM。
当阴极吹扫时间达到设定值后，设置电堆目标电流为0A，当电堆输出电流为0A，电堆单片电压平均值小于等于设定值V2，电堆单片电压最小值小于等于V1，同时满足以上三个条件，则停机吹扫完成，进入停机流程。
参见图8所示，本发明实施例提供一种燃料电池低温吹扫控制系统100，包括：
温度识别模块110，用于当检测到吹扫指令之后，获取当前温度信息，并识别所述当前温度信息对应的目标温度区间；
数据获取模块120，与所述温度识别模块110通讯连接，用于获取实时电堆欧姆阻抗值，根据所述目标温度区间和所述实时电堆欧姆阻抗值得到目标吹扫时间；
参数分析模块130，与所述数据获取模块120通讯连接，用于获取电堆目标电流和空气进堆压力值，结合所述目标温度区间和所述实时电堆欧姆阻抗值得到氢气进堆目标压力、氢气进出堆目标压力差、空气目标流量以及空气进出堆目标压力；
吹扫执行模块140，与所述参数分析模块130通讯连接，用于根据所述氢气进堆目标压力、所述氢气进出堆目标压力差、所述空气目标流量以及所述空气进堆目标压力执行电堆吹扫；
停机判断模块150，与所述数据获取模块120和所述吹扫执行模块140通讯连接，用于当执行吹扫达到目标吹扫时间之后，若检测到电堆输出参数符合预设条件，则停机。
还包括：指令生成模块，与所述温度识别模块110通讯连接，用于若检测到当前温度信息小于等于预设温度值时，生成所述吹扫指令；和/或，获取预设时间段内的天气预报温度信息，若所述天气预报温度信息小于等于预设温度值时，生成所述吹扫指令；和/或，接收用户操作信息，根据所述用户操作信息生成所述吹扫指令。
所述吹扫执行模块140，用于当检测到吹扫指令之后，控制电堆输出电流降载至怠速电流，保持冷却系统正常运行，控制水泵在最低转速下怠速运行，控制温控阀保持当前状态。
所述参数分析模块130，具体用于：获取电堆目标电流及空气进堆压力值，根据所述电堆目标电流及相应的映射表，得到氢气进堆压力值与空气进堆压力值的目标差值；
根据所述目标温度区间对应的目标电堆阻抗值、及相应的映射表，得到低温吹扫氢气进堆压力补偿值；
根据所述空气进堆压力值、所述目标差值和所述低温吹扫氢气进堆压力补偿值，得到所述氢气进堆目标压力；
根据所述电堆目标电流及相应的映射表，得到氢气进出堆目标压力差基础值；
根据所述目标温度区间对应的目标电堆阻抗值、及相应的映射表，得到低温吹扫氢气进堆压力差补偿值；
根据所述氢气进出堆目标压力差基础值和所述低温吹扫氢气进堆压力差补偿值，得到所述氢气进堆目标压力差；
根据所述电堆目标电流I计算空气目标流量基础值Q
Figure BDA0002789876900000191
其中，F为法拉第常数，nm为分析所包含电子数，ncell为电池单体个数，Cmol为气体摩尔体积常数；
根据所述目标温度区间对应的目标电堆阻抗值、及相应的映射表，得到低温吹扫空气流量补偿值；
根据所述空气目标流量基础值和所述空气低温吹扫空气流量补偿值，得到所述空气目标流量；
根据所述电堆目标电流及相应的映射表，得到空气进堆目标压力基础值；
根据所述目标温度区间对应的目标电堆阻抗值、及相应的映射表，得到低温吹扫空气进堆压力补偿值；
根据所述空气进堆目标压力基础值和所述低温吹扫空气进堆压力补偿值，得到所述空气进堆目标压力。
所述吹扫执行模块140，用于控制电堆阳极侧的进氢阀和排氢阀开启，根据所述氢气进堆目标压力和所述氢气进出堆目标压力差，对比例阀与氢气循环泵进行闭环控制，控制氢气进入阳极进行阳极吹扫；根据所述空气目标流量和所述空气进出堆目标压力，对空压机与背压阀进行闭环控制，控制空气进入阴极进行阴极吹扫。当对阳极进行吹扫的时间到达阳极目标吹扫时间之后，设置低温吹扫氢气进堆压力补偿值和低温吹扫氢气进堆压力差补偿值为零、控制比例阀开度减小至控制氢气流量降至零，并关闭进氢阀与排氢阀，停止阳极吹扫，继续执行阴极吹扫；其中，所述目标吹扫时间包括阳极目标吹扫时间和阴极目标吹扫时间，阴极目标吹扫时间大于阳极目标吹扫时间；当对阴极进行吹扫的时间达到阴极目标吹扫时间之后，若检测到电堆输出参数符合预设条件，则停机。
所述停机判断模块150，用于当执行吹扫目标吹扫时间之后，若检测到到电堆目标电流为零、电堆单片电压平均值小于等于预设平均值、且电堆单片压力最小值小于等于预设压力值，则停机；其中，所述电堆输出参数包括电堆目标电流、电堆单片电压平均值以及电堆单片压力最小值。
具体的，本实施例中各个模块的功能在上述对应的方法实施例中已经进行了详细阐述，因此不再一一进行说明。+
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述方法的所有方法步骤或部分方法步骤。
本发明实现上述方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供一种电子设备，包括存储器和处理器，存储器上储存有在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述方法中的所有方法步骤或部分方法步骤。
所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，处理器是计算机装置的控制中心，利用各种接口和线路连接整个计算机装置的各个部分。
存储器可用于存储计算机程序和/或模块，处理器通过运行或执行存储在存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现计算机装置的各种功能。存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(例如声音播放功能、图像播放功能等)；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(例如音频数据、视频数据等)。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(SmartMedia Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、服务器或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、服务器和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种燃料电池低温吹扫控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
当检测到吹扫指令之后，获取当前温度信息，并识别所述当前温度信息对应的目标温度区间；
获取实时电堆欧姆阻抗值，根据所述目标温度区间和所述实时电堆欧姆阻抗值得到目标吹扫时间；
获取电堆目标电流和空气进堆压力值，结合所述目标温度区间和所述实时电堆欧姆阻抗值，得到氢气进堆目标压力、氢气进出堆目标压力差、空气目标流量以及空气进出堆目标压力；
根据所述氢气进堆目标压力、所述氢气进出堆目标压力差、所述空气目标流量以及所述空气进堆目标压力，执行电堆吹扫；
当执行吹扫达到目标吹扫时间之后，若检测到电堆输出参数符合预设条件，则停机。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述“当检测到吹扫指令之后，获取当前温度信息，并识别所述当前温度信息对应的目标温度区间”步骤之前，包括以下步骤：
若检测到当前温度信息小于等于预设温度值时，生成所述吹扫指令；和/或，
获取预设时间段内的天气预报温度信息，若所述天气预报温度信息小于等于预设温度值时，生成所述吹扫指令；和/或，
接收用户操作信息，根据所述用户操作信息生成所述吹扫指令。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述“当检测到吹扫指令之后，获取当前温度信息，并识别所述当前温度信息对应的目标温度区间”步骤之前，包括以下步骤：
当检测到吹扫指令之后，控制电堆输出电流降载至怠速电流，保持冷却系统正常运行，控制水泵在最低转速下怠速运行，控制温控阀保持当前状态。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述“获取电堆目标电流和空气进堆压力值，结合所述目标温度区间和所述实时电堆欧姆阻抗值，得到氢气进堆目标压力、氢气进出堆目标压力差、空气目标流量以及空气进堆目标压力”步骤，包括以下步骤：
获取电堆目标电流及空气进堆压力值，根据所述电堆目标电流及相应的映射表，得到氢气进堆压力值与空气进堆压力值的目标差值；
根据所述目标温度区间对应的目标电堆阻抗值、及相应的映射表，得到低温吹扫氢气进堆压力补偿值；
根据所述空气进堆压力值、所述目标差值和所述低温吹扫氢气进堆压力补偿值，得到所述氢气进堆目标压力；
根据所述电堆目标电流及相应的映射表，得到氢气进出堆目标压力差基础值；
根据所述目标温度区间对应的目标电堆阻抗值、及相应的映射表，得到低温吹扫氢气进堆压力差补偿值；
根据所述氢气进出堆目标压力差基础值和所述低温吹扫氢气进堆压力差补偿值，得到所述氢气进堆目标压力差。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述“获取电堆目标电流和空气进堆压力值，结合所述目标温度区间和所述实时电堆欧姆阻抗值，得到氢气进堆目标压力、氢气进出堆目标压力差、空气目标流量以及空气进堆目标压力”步骤，包括以下步骤：
根据所述电堆目标电流I计算空气目标流量基础值Q，
Figure FDA0002789876890000031
其中，F为法拉第常数，nm为分析所包含电子数，ncell为电池单体个数，Cmol为气体摩尔体积常数；
根据所述目标温度区间对应的目标电堆阻抗值、及相应的映射表，得到低温吹扫空气流量补偿值；
根据所述空气目标流量基础值和所述空气低温吹扫空气流量补偿值，得到所述空气目标流量；
根据所述电堆目标电流及相应的映射表，得到空气进堆目标压力基础值；
根据所述目标温度区间对应的目标电堆阻抗值、及相应的映射表，得到低温吹扫空气进堆压力补偿值；
根据所述空气进堆目标压力基础值和所述低温吹扫空气进堆压力补偿值，得到所述空气进堆目标压力。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述“根据所述氢气进堆目标压力、所述氢气进出堆目标压力差、所述空气目标流量以及所述空气进堆目标压力，执行电堆吹扫”步骤，包括以下步骤：
控制电堆阳极侧的进氢阀和排氢阀开启，根据所述氢气进堆目标压力和所述氢气进出堆目标压力差，对比例阀与氢气循环泵进行闭环控制，控制氢气进入阳极进行阳极吹扫；
根据所述空气目标流量和所述空气进出堆目标压力，对空压机与背压阀进行闭环控制，控制空气进入阴极进行阴极吹扫。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述“根据所述空气目标流量和所述空气进出堆目标压力，对空压机与背压阀进行闭环控制，控制空气进入阴极进行阴极吹扫”步骤之后，包括以下步骤：
当对阳极进行吹扫的时间到达阳极目标吹扫时间之后，设置低温吹扫氢气进堆压力补偿值和低温吹扫氢气进堆压力差补偿值为零、控制比例阀开度减小至控制氢气流量降至零，并关闭进氢阀与排氢阀，停止阳极吹扫，继续执行阴极吹扫；其中，所述目标吹扫时间包括阳极目标吹扫时间和阴极目标吹扫时间，阴极目标吹扫时间大于阳极目标吹扫时间；
当对阴极进行吹扫的时间达到阴极目标吹扫时间之后，若检测到电堆输出参数符合预设条件，则停机。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述“当执行吹扫目标吹扫时间之后，若检测到电堆输出参数符合预设条件，则停机”步骤，包括以下步骤：
当执行吹扫目标吹扫时间之后，若检测到到电堆目标电流为零、电堆单片电压平均值小于等于预设平均值、且电堆单片压力最小值小于等于预设压力值，则停机；
其中，所述电堆输出参数包括电堆目标电流、电堆单片电压平均值以及电堆单片压力最小值。
9.一种燃料电池低温吹扫控制系统，其特征在于，包括：
温度识别模块，用于当检测到吹扫指令之后，获取当前温度信息，并识别所述当前温度信息对应的目标温度区间；
数据获取模块，与所述温度识别模块通讯连接，用于获取实时电堆欧姆阻抗值，根据所述目标温度区间和所述实时电堆欧姆阻抗值得到目标吹扫时间；
参数分析模块，与所述数据获取模块通讯连接，用于获取电堆目标电流和空气进堆压力值，结合所述目标温度区间和所述实时电堆欧姆阻抗值得到氢气进堆目标压力、氢气进出堆目标压力差、空气目标流量以及空气进出堆目标压力；
吹扫执行模块，与所述参数分析模块通讯连接，用于根据所述氢气进堆目标压力、所述氢气进出堆目标压力差、所述空气目标流量以及所述空气进堆目标压力执行电堆吹扫；
停机判断模块，与所述数据获取模块和所述数据获取模块通讯连接，用于当执行吹扫达到目标吹扫时间之后，若检测到电堆输出参数符合预设条件，则停机。
10.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至8中任一项所述燃料电池低温吹扫控制方法。
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