CN113036182B - 一种燃料电池系统的吹扫控制方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种燃料电池系统的吹扫控制方法和装置，该方法包括：当检测到停机吹扫指令时，控制所述燃料电池系统停机；根据前置工况参数确定初始吹扫参数；若吹扫一致性参数高于预设目标值，基于预设调整策略对所述初始吹扫参数进行调整，并基于调整的结果确定最终吹扫参数；若所述吹扫一致性参数不高于所述预设目标值，将所述初始吹扫参数作为所述最终吹扫参数；基于所述最终吹扫参数进行预设吹扫操作；其中，所述前置工况参数包括所述燃料电池系统停机时的加载电流和或电堆出水温度，从而避免了在燃料电池系统吹扫过程中单片间吹扫效果不一致，进而保证了电堆降温存储和冷启动的安全性和功能性，以及电堆的耐久性和动态特性。

Description

一种燃料电池系统的吹扫控制方法和装置
技术领域
本申请涉及燃料电池技术领域，更具体地，涉及一种燃料电池系统的吹扫控制方法和装置。
背景技术
质子交换膜燃料电池的工作原理是氢气和氧气发生电化学反应，生成水的同时输出电能。由于燃料电池单体的电压通常小1V，在实际应用时，需要将上百片单体串联组成燃料电池电堆，并匹配相应的外围附件，构成燃料电池系统。
燃料电池系统停机后，运转期间生成水及加湿的水可能会残留在系统内部，不利于下次的启动，尤其是当停机期间环境温度降低到零度以下时，内部的水可能会结冰，导致零部件、流道和扩散层等冻结，导致启动失败和部件损坏，所以通常在停机时执行吹扫操作。
现有的技术方案通常是根据压差法、阻抗法、时间法等方式来控制吹扫的过程，但上述方案都存在着共同的问题，即上述方案判断的参数都是基于电堆整体的参数，没有充分考虑到吹扫过程中电堆数百片单片间吹扫效果的不一致，而吹扫效果的不一致会导致单片间膜的干湿程度不同，从而导致安全性、耐久性和动态特性问题。
因此，如何避免在燃料电池系统吹扫过程中单片间吹扫效果不一致，进而提高燃料电池系统的可靠性，是目前有待解决的技术问题。
发明内容
本发明提供一种燃料电池系统的吹扫控制方法，用以解决现有技术中在燃料电池系统吹扫过程中单片间吹扫效果不一致的技术问题。
该方法包括：
当检测到停机吹扫指令时，控制所述燃料电池系统停机；
根据前置工况参数确定初始吹扫参数；
若吹扫一致性参数高于预设目标值，基于预设调整策略对所述初始吹扫参数进行调整，并基于调整的结果确定最终吹扫参数；
若所述吹扫一致性参数不高于所述预设目标值，将所述初始吹扫参数作为所述最终吹扫参数；
基于所述最终吹扫参数进行预设吹扫操作；
其中，所述前置工况参数包括所述燃料电池系统停机时的加载电流和或电堆出水温度，所述吹扫一致性参数包括电堆中各单片的阻抗值的标准差，或各所述阻抗值中最大阻抗值与最小阻抗值的差值，或各所述阻抗值的平均值与所述最大阻抗值的偏差，或所述平均值与所述最小阻抗值的偏差。
在本申请一些实施例中，所述预设调整策略包括降低吹扫时的空气流量，和或降低吹扫时的水泵转速，和或降低吹扫温度。
在本申请一些实施例中，在基于所述最终吹扫参数进行预设吹扫操作之后，所述方法还包括：
若吹扫阻抗值达到预设阻抗值，确定吹扫结束；
若所述吹扫阻抗值小于所述预设阻抗值，根据各所述阻抗值确定新的吹扫一致性参数；
其中，所述吹扫阻抗值包括所述平均值或所述最小阻抗值。
在本申请一些实施例中，所述阻抗值为频率高于第一预设频率的高频阻抗值或频率低于第二预设频率的低频阻抗值。
相应的，本发明还提出了一种燃料电池系统的吹扫控制装置，所述装置包括：
停机模块，用于当检测到停机吹扫指令时，控制所述燃料电池系统停机；
第一确定模块，用于根据前置工况参数确定初始吹扫参数；
第二确定模块，用于若吹扫一致性参数高于预设目标值，基于预设调整策略对所述初始吹扫参数进行调整，并基于调整的结果确定最终吹扫参数；
第三确定模块，用于若所述吹扫一致性参数不高于所述预设目标值，将所述初始吹扫参数作为所述最终吹扫参数；
执行模块，用于基于所述最终吹扫参数进行预设吹扫操作；
其中，所述前置工况参数包括所述燃料电池系统停机时的加载电流和或电堆出水温度，所述吹扫一致性参数包括电堆中各单片的阻抗值的标准差，或各所述阻抗值中最大阻抗值与最小阻抗值的差值，或各所述阻抗值的平均值与所述最大阻抗值的偏差，或所述平均值与所述最小阻抗值的偏差。
在本申请一些实施例中，所述预设调整策略包括降低吹扫时的空气流量，和或降低吹扫时的水泵转速，和或降低吹扫温度。
在本申请一些实施例中，所述装置还包括第四确定模块，用于：
若吹扫阻抗值达到预设阻抗值，确定吹扫结束；
若所述吹扫阻抗值小于所述预设阻抗值，根据各所述阻抗值确定新的吹扫一致性参数；
其中，所述吹扫阻抗值包括所述平均值或所述最小阻抗值。
在本申请一些实施例中，所述阻抗值为频率高于第一预设频率的高频阻抗值或频率低于第二预设频率的低频阻抗值。
与现有技术对比，本发明具备以下有益效果：
本发明公开了一种燃料电池系统的吹扫控制方法和装置，该方法包括：当检测到停机吹扫指令时，控制所述燃料电池系统停机；根据前置工况参数确定初始吹扫参数；若吹扫一致性参数高于预设目标值，基于预设调整策略对所述初始吹扫参数进行调整，并基于调整的结果确定最终吹扫参数；若所述吹扫一致性参数不高于所述预设目标值，将所述初始吹扫参数作为所述最终吹扫参数；基于所述最终吹扫参数进行预设吹扫操作；其中，所述前置工况参数包括所述燃料电池系统停机时的加载电流和或电堆出水温度，从而避免了在燃料电池系统吹扫过程中单片间吹扫效果不一致，进而保证了电堆降温存储和冷启动的安全性和功能性，以及电堆的耐久性和动态特性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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示出了本发明实施例中燃料电池系统原理示意图；
图2示出了本发明实施例提出的一种燃料电池系统的吹扫控制方法的流程示意图；
图3示出了本发明另一实施例提出的一种燃料电池系统的吹扫控制方法的流程示意图；
图4示出了本发明实施例提出的一种燃料电池系统的吹扫控制装置的结构示意图；
其中，图1中：1是控制阀，2是氢气循环装置，3是吹扫电磁阀，4是电堆，5是调压阀，6是空压机，7是水泵，8是散热器，9是节温器，10是氢气入堆压力传感器，11是氢气出堆压力传感器，12是入堆水温传感器，13是出堆水温传感器，14是空气入堆压力传感器，15是空气入堆流量传感器，16是具有单片阻抗测量功能的装置，20是控制装置。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
如图1所示，燃料电池系统包括氢气系统、空气系统、冷却系统、电堆4和控制装置20。
氢气系统包括控制阀1、氢气循环装置2、吹扫电磁阀3、氢气入堆压力传感器10和氢气出堆压力传感器11，氢气经控制阀1和氢气入堆压力传感器10进入电堆4的阳极侧，氢气循环装置2用于对电堆4中的氢气进行循环，吹扫电磁阀3用于排出电堆4氢气侧的杂质气体，氢气出堆压力传感器11设置在吹扫电磁阀3和电堆4之间。
冷却系统包括水泵7，散热器8、节温器9、入堆水温传感器连12和出堆水温传感器13，水泵7的入口经出堆水温传感器13连接电堆4，水泵7的出口分别连接节温器9的第一端和散热器8的入口，散热器8的出口连接节温器9的第二端，节温器9的第三端经入堆水温传感器连12接电堆4。
空气系统包括空压机6、调压阀5、空气入堆流量传感器15和空气入堆压力传感器14，空气经空气入堆流量传感15进入空压机6，空压机6将压缩后的空气经空气入堆压力传感器14进入电堆4的阴极，调压阀5用于控制空气系统内的压力并将未反应的废气排入大气中。
燃料电池系统还包括具有单片阻抗测量功能的装置16。
控制装置20分别与氢气入堆压力传感器10、氢气出堆压力传感器11、入堆水温传感器连12、出堆水温传感器13、空气入堆流量传感15、空气入堆压力传感器14、具有单片阻抗测量功能的装置16和电堆4电连接。
本申请实施例提供一种燃料电池系统的吹扫控制方法，如图2所示，所述方法包括以下步骤：
步骤S101，当检测到停机吹扫指令时，控制所述燃料电池系统停机。
本步骤中，吹扫需要在燃料电池停机后进行，停机吹扫指令可以是用户发送的，根据停机吹扫指令控制燃料电池系统停机。
步骤S102，根据前置工况参数确定初始吹扫参数。
具体的，可预先通过试验将不同前置工况下吹扫效果最好的吹扫参数作为对应的初始吹扫参数，并进行保存，从而建立前置工况参数和初始吹扫参数的映射关系，根据该前置工况参数和该映射关系确定初始吹扫参数。其中，前置工况参数包括所述燃料电池系统停机时的加载电流和或电堆出水温度。
本实施例中，在燃料电池系统停机后，通过空气及氢气供给系统对电堆进行吹扫带出残余水分，而一旦电堆膜两侧同时存在氢气和空气，会产生开路电压，开路电压对燃料电池电堆的催化层和碳载体有腐蚀性，所以吹扫时候需要在电堆母线上加载一定的电流。
在本申请一些实施例中，初始吹扫参数包括氢气入堆压力、空气入堆压力、空气入堆流量、水泵转速、节温器开度和电堆加载电流。
本领域技术人员可根据实际需要选择不同的初始吹扫参数，这并不影响本申请的保护范围。
步骤S103，根据电堆中各单片的阻抗值和所述初始吹扫参数确定最终吹扫参数。
具体的，根据各所述阻抗值确定吹扫一致性参数；
若所述吹扫一致性参数高于预设目标值，基于预设调整策略对所述初始吹扫参数进行调整，并基于调整的结果确定所述最终吹扫参数；
若所述吹扫一致性参数不高于所述预设目标值，将所述初始吹扫参数作为所述最终吹扫参数；
其中，所述吹扫一致性参数包括各所述阻抗值的标准差或各所述阻抗值中最大阻抗值与最小阻抗值的差值。
本实施例中，吹扫一致性参数包括电堆中各单片的阻抗值的标准差，或各所述阻抗值中最大阻抗值与最小阻抗值的差值，或各所述阻抗值的平均值与所述最大阻抗值的偏差，或所述平均值与所述最小阻抗值的偏差，先根据各阻抗值确定吹扫一致性参数，然后将该吹扫一致性参数与预设目标值进行比较。若吹扫一致性参数不高于预设目标值，说明各单片间的阻抗值差别不大，将初始吹扫参数作为最终吹扫参数；若吹扫一致性参数高于预设目标值，说明各单片间的阻抗值差别较大，若基于该初始吹扫参数进行吹扫将会导致吹扫后的单片膜的干湿程度差别较大，因此基于预设调整策略对初始吹扫参数进行调整后确定最终吹扫参数。
可选的，若所述吹扫一致性参数为所述标准差，所述预设目标值为第一目标值；若所述吹扫一致性参数为最大阻抗值与最小阻抗值的差值，所述预设目标值为第二目标值；若所述吹扫一致性参数为平均值与所述最大阻抗值的偏差，所述预设目标值为第三目标值；若所述吹扫一致性参数为平均值与所述最小阻抗值的偏差，所述预设目标值为第四目标值。
为了可靠的确定最终吹扫参数，在本申请一些实施例中，所述预设调整策略包括降低吹扫时的空气流量，和或降低吹扫时的水泵转速，和或降低吹扫温度。
具体的，在吹扫一致性参数高于预设目标值时需要对所述初始吹扫参数进行调整，通过降低吹扫时的空气流量，和或降低吹扫时的水泵转速，和或降低吹扫温度，可以降低吹扫强度，增大吹扫时的均匀性，进而可以减小单片间的吹扫效果的差异。
本领域技术人员还可灵活设置其他的调整策略，这并不影响本申请的保护范围。
为了可靠的确定各单片的阻抗值，在本申请优选的实施例中，所述阻抗值为频率高于第一预设频率的高频阻抗值或频率低于第二预设频率的低频阻抗值。
在本申请具体的应用场景中，高频阻抗值为1kHz频率的阻抗值，低频阻抗值为100Hz频率的阻抗值。
步骤S104，基于所述最终吹扫参数进行预设吹扫操作。
本实施例中，基于最终吹扫参数对燃料电池系统进行调节并进行预设吹扫操作，例如，预设吹扫操作可以为对电堆的阳极侧和阴极侧分别进行第一时长和第二时长的吹扫，具体的吹扫控制过程对于本领域技术人员是显而易见的，在此不再赘述。
为了保证燃料电池的吹扫效果，在本申请一些实施例中，在基于所述最终吹扫参数进行预设吹扫操作之后，所述方法还包括：
若吹扫阻抗值达到预设阻抗值，确定吹扫结束；
若所述吹扫阻抗值小于所述预设阻抗值，根据各所述阻抗值确定新的吹扫一致性参数；
其中，所述吹扫阻抗值包括所述平均值或所述最小阻抗值。
本实施例中，吹扫阻抗值包括所述平均值或所述最小阻抗值，若吹扫阻抗值达到预设阻抗值，说明达到了预设的吹扫效果，确定吹扫结束；若吹扫阻抗值小于所述预设阻抗值，说明未达到预设的吹扫效果，需要继续进行吹扫，此时继续根据各所述阻抗值确定新的吹扫一致性参数，并基于新的吹扫一致性参数确定新的最终吹扫参数后进行预设吹扫操作。
可选的，若所述吹扫阻抗值为所述平均值，所述预设阻抗值为第一阻抗值；若所述吹扫阻抗值为所述最小阻抗值，所述预设阻抗值为第二阻抗值。
通过应用以上技术方案，当检测到停机吹扫指令时，控制所述燃料电池系统停机；根据前置工况参数确定初始吹扫参数；若吹扫一致性参数高于预设目标值，基于预设调整策略对所述初始吹扫参数进行调整，并基于调整的结果确定最终吹扫参数；若所述吹扫一致性参数不高于所述预设目标值，将所述初始吹扫参数作为所述最终吹扫参数；基于所述最终吹扫参数进行预设吹扫操作；其中，所述前置工况参数包括所述燃料电池系统停机时的加载电流和或电堆出水温度，从而避免了在燃料电池系统吹扫过程中单片间吹扫效果不一致，进而保证了电堆降温存储和冷启动的安全性和功能性，以及电堆的耐久性和动态特性。
为了进一步阐述本发明的技术思想，现结合具体的应用场景，对本发明的技术方案进行说明。
本申请实施例提供一种燃料电池系统的吹扫控制方法，如图3所示，包括以下步骤：
步骤S201，接收停机吹扫指令。
步骤S202，燃料电池系统停机。
步骤S203，根据前置工况参数确定初始吹扫参数。
步骤S204，是否吹扫一致性参数高于预设目标值，若是执行步骤S206，否则执行步骤S205。
由于燃料电池系统电堆通常由300-400片单片组成，所以吹扫过程中，不同位置处的单片的吹扫效果会不同，例如靠近电堆端板处的单片和歧管处的单片的吹扫效果会明显不同。若一致性参数高于预设目标值，则说明单片间的吹扫效果差别过大，会导致吹扫后的单片膜的干湿程度差别较大，对耐久性和动态性能影响较大，执行步骤S205，否则执行步骤S206。
步骤S205，保持初始吹扫参数，执行步骤S207。
本步骤中，保持初始吹扫参数并进行预设吹扫操作。
步骤S206，调整初始吹扫参数并确定最终吹扫参数。
本步骤中，调整初始吹扫参数并确定最终吹扫参数，并进行预设吹扫操作。
步骤S207，是否吹扫阻抗值达到预设阻抗，若是执行步骤S208，否则执行步骤S204。
步骤S208，吹扫结束。
与本申请实施例中的一种燃料电池系统的吹扫控制方法相对应，本申请实施例还提出了一种燃料电池系统的吹扫控制装置，如图4所示，所述装置包括：
停机模块401，用于当检测到停机吹扫指令时，控制所述燃料电池系统停机；
第一确定模块402，用于根据前置工况参数确定初始吹扫参数；
第二确定模块403，用于若吹扫一致性参数高于预设目标值，基于预设调整策略对所述初始吹扫参数进行调整，并基于调整的结果确定最终吹扫参数；
第三确定模块404，用于若所述吹扫一致性参数不高于所述预设目标值，将所述初始吹扫参数作为所述最终吹扫参数；
执行模块405，用于基于所述最终吹扫参数进行预设吹扫操作；
其中，所述前置工况参数包括所述燃料电池系统停机时的加载电流和或电堆出水温度，所述吹扫一致性参数包括电堆中各单片的阻抗值的标准差，或各所述阻抗值中最大阻抗值与最小阻抗值的差值，或各所述阻抗值的平均值与所述最大阻抗值的偏差，或所述平均值与所述最小阻抗值的偏差。
在本申请具体的应用场景中，所述预设调整策略包括降低吹扫时的空气流量，和或降低吹扫时的水泵转速，和或降低吹扫温度。
在本申请具体的应用场景中，所述装置还包括第四确定模块，用于：
若吹扫阻抗值达到预设阻抗值，确定吹扫结束；
若所述吹扫阻抗值小于所述预设阻抗值，根据各所述阻抗值确定新的吹扫一致性参数；
其中，所述吹扫阻抗值包括所述平均值或所述最小阻抗值。
在本申请具体的应用场景中，所述阻抗值为频率高于第一预设频率的高频阻抗值或频率低于第二预设频率的低频阻抗值。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不驱使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种燃料电池系统的吹扫控制方法，其特征在于，所述方法包括：
当检测到停机吹扫指令时，控制所述燃料电池系统停机；
根据前置工况参数确定初始吹扫参数；
若吹扫一致性参数高于预设目标值，基于预设调整策略对所述初始吹扫参数进行调整，并基于调整的结果确定最终吹扫参数；
若所述吹扫一致性参数不高于所述预设目标值，将所述初始吹扫参数作为所述最终吹扫参数；
基于所述最终吹扫参数进行预设吹扫操作；
其中，所述前置工况参数包括所述燃料电池系统停机时的加载电流和/或电堆出水温度，所述吹扫一致性参数包括电堆中各单片的阻抗值的标准差，或各所述阻抗值中最大阻抗值与最小阻抗值的差值，或各所述阻抗值的平均值与所述最大阻抗值的偏差，或所述平均值与所述最小阻抗值的偏差，所述预设调整策略包括降低吹扫时的空气流量，和/或降低吹扫时的水泵转速，和/或降低吹扫温度。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在基于所述最终吹扫参数进行预设吹扫操作之后，所述方法还包括：
若吹扫阻抗值达到预设阻抗值，确定吹扫结束；
若所述吹扫阻抗值小于所述预设阻抗值，根据各所述阻抗值确定新的吹扫一致性参数；
其中，所述吹扫阻抗值包括所述平均值或所述最小阻抗值。
3.如权利要求1-2任一项所述的方法，其特征在于，所述阻抗值为频率高于第一预设频率的高频阻抗值或频率低于第二预设频率的低频阻抗值。
4.一种燃料电池系统的吹扫控制装置，其特征在于，所述装置包括：
停机模块，用于当检测到停机吹扫指令时，控制所述燃料电池系统停机；
第一确定模块，用于根据前置工况参数确定初始吹扫参数；
第二确定模块，用于若吹扫一致性参数高于预设目标值，基于预设调整策略对所述初始吹扫参数进行调整，并基于调整的结果确定最终吹扫参数；
第三确定模块，用于若所述吹扫一致性参数不高于所述预设目标值，将所述初始吹扫参数作为所述最终吹扫参数；
执行模块，用于基于所述最终吹扫参数进行预设吹扫操作；
其中，所述前置工况参数包括所述燃料电池系统停机时的加载电流和/或电堆出水温度，所述吹扫一致性参数包括电堆中各单片的阻抗值的标准差，或各所述阻抗值中最大阻抗值与最小阻抗值的差值，或各所述阻抗值的平均值与所述最大阻抗值的偏差，或所述平均值与所述最小阻抗值的偏差，所述预设调整策略包括降低吹扫时的空气流量，和/或降低吹扫时的水泵转速，和/或降低吹扫温度。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述装置还包括第四确定模块，用于：
若吹扫阻抗值达到预设阻抗值，确定吹扫结束；
若所述吹扫阻抗值小于所述预设阻抗值，根据各所述阻抗值确定新的吹扫一致性参数；
其中，所述吹扫阻抗值包括所述平均值或所述最小阻抗值。
6.如权利要求4-5任一项所述的装置，其特征在于，所述阻抗值为频率高于第一预设频率的高频阻抗值或频率低于第二预设频率的低频阻抗值。
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