CN113629274A - 一种燃料电池系统停机吹扫控制方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种燃料电池系统停机吹扫控制方法及装置，燃料电池系统包括空气子系统、氢气子系统和电堆，空气子系统和氢气子系统分别与电堆连接，所述方法包括：S10：在启动燃料电池系统的停机吹扫后，关闭空气子系统的泄压阀和氢气子系统的排氢阀，并监测电堆阻抗值和进入电堆的氢气浓度值；S20：当氢气浓度值达到预设的第一浓度阈值时，控制排氢阀周期性开启，控制泄压阀开启；S30：当氢气浓度值达到预设的第二浓度阈值时，控制排氢阀和泄压阀关闭；S40：实时判断电堆阻抗值是否达到预设的目标阻抗；S50：若是，则停止吹扫；若否，则继续执行步骤S20‑S40。本发明能够有效的在停机吹扫过程中降低排放氢气的浓度，并节省氢气的消耗量。

Description

一种燃料电池系统停机吹扫控制方法及装置
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池系统停机吹扫控制方法及装置。
背景技术
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，因此热效率高。目前在汽车领域，质子交换膜燃料电池的应用最为广泛，燃料电池反应所需的氢气和空气分别通过双极板阴阳极流场的传导进入气体扩散层，然后透过扩散层进入催化层；氢气被阳极催化剂颗粒吸附后离解为质子和电子。质子以水合质子的形式透过质子交换膜到达阴极催化层。电子无法通过质子交换膜，只能从外电路电子负载到达阴极。在阴极催化层处，氧原子、质子和电子在催化剂作用下发生电化学反应生成水。
一般的，燃料电池系统包括电堆、空气系统、氢气系统、冷却系统、电气系统以及相应控制系统。质子交换膜燃料电池在低温条件下启动会受到残余水和生成水结冰的阻碍，冰会填充催化层或扩散层孔隙，使电化学反应降低甚至停止，影响电堆的低温启动性能。所以在低温停机前，燃料电池系统会进行低温停机吹扫过程，在吹扫过程中要尽可能将电堆和子系统部件中的水汽吹扫干净，避免液态水的累积，防止再次启动时冰冻，无法或者需要长时间才能打开的情况。为了除尽电堆内部和部件管路的水，目前一般采用较大的空气和氢气流量进行持续几分钟的吹扫。
但是目前燃料电池的低温停机吹扫的控制方式容易导致尾排出口的氢气浓度较高，并且氢气消耗量较大。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提出了一种燃料电池系统停机吹扫控制方法及装置，能够有效的在停机吹扫过程中降低排放氢气的浓度，并节省氢气的消耗量。
第一方面，本申请通过一实施例提供如下技术方案：
一种燃料电池系统停机吹扫控制方法，所述燃料电池系统包括空气子系统、氢气子系统和电堆，所述空气子系统和所述氢气子系统分别与所述电堆连接，所述方法包括：
S10：在启动所述燃料电池系统的停机吹扫后，关闭所述空气子系统的泄压阀和所述氢气子系统的排氢阀，并监测电堆阻抗值和进入所述电堆的氢气浓度值；S20：当所述氢气浓度值达到预设的第一浓度阈值时，控制所述排氢阀周期性开启，控制所述泄压阀开启；S30：当所述氢气浓度值达到预设的第二浓度阈值时，控制所述排氢阀和所述泄压阀关闭；S40：实时判断所述电堆阻抗值是否达到预设的目标阻抗；其中，所述目标阻抗表示所述电堆内的含水量达到低温停机要求；S50：若是，则停止吹扫；若否，则继续执行步骤S20-S40。
可选的，所述控制所述泄压阀开启，包括：
控制所述泄压阀周期性开启；其中，所述泄压阀对应的一个周期时长与所述排氢阀对应的一个周期的时长相同。
可选的，所述控制所述泄压阀周期性开启，包括：
在每个周期中，控制所述泄压阀在预设时刻开启；其中，所述预设时刻为距离所述排氢阀开启之前预设时长的时刻；
控制所述泄压阀在所述排氢阀关闭时或之后关闭。
可选的，所述预设时长为1s～2s。
可选的，在每个周期中，控制所述排氢阀的开启时长和关闭时长的比例范围为：1:15～1:5。
可选的，在每个周期中，控制所述排氢阀的开启时长不大于1s。
可选的，所述第一浓度阈值的取值范围为65％～75％；所述第二浓度阈值的取值范围为85％～95％。
可选的，所述启动所述燃料电池系统的停机吹扫之前，还包括：
控制空气进入所述电堆的空气压力和空气流量，以及控制氢气进入所述电堆的氢气压力和氢气流量，以使所述电堆的电流达到预设电流；其中，所述预设电流小于所述燃料电池系统所在车辆正常行驶时的电流。
第二方面，基于同一发明构思，本申请通过一实施例提供如下技术方案：
一种燃料电池系统停机吹扫控制装置，所述燃料电池系统包括空气子系统、氢气子系统和电堆，所述空气子系统和所述氢气子系统分别与所述电堆连接，所述装置包括：
启动模块，用于在启动所述燃料电池系统的停机吹扫后，关闭所述空气子系统的泄压阀和所述氢气子系统的排氢阀，并监测电堆阻抗值和进入所述电堆的氢气浓度值；第一控制模块，用于当所述氢气浓度值达到预设的第一浓度阈值时，控制所述排氢阀周期性开启，控制所述泄压阀开启；第二控制模块，用于当所述氢气浓度值达到预设的第二浓度阈值时，控制所述排氢阀和所述泄压阀关闭；判断模块，用于实时判断所述电堆阻抗值是否达到预设的目标阻抗；其中，所述目标阻抗表示所述电堆内的含水量达到低温停机要求；循环模块，用于当所述电堆阻抗值达到所述目标阻抗时，停止吹扫；否则控制所述第一控制模块、所述第二控制模块和所述判断模块继续执行其对应功能。
第三方面，基于同一发明构思，本申请通过一实施例提供如下技术方案：
一种燃料电池控制单元，包括处理器和存储器，所述存储器耦接到所述处理器，所述存储器存储指令，当所述指令由所述处理器执行时使所述燃料电池控制单元执行上述第一方面中任一项所述方法的步骤。
本发明实施例中提供的一种燃料电池系统停机吹扫控制方法及装置，通过在启动燃料电池系统的停机吹扫后，关闭空气子系统的泄压阀和氢气子系统的排氢阀，并监测电堆阻抗值和进入电堆的氢气浓度值。当浓度值达到预设的第一浓度阈值时，控制排氢阀周期性开启，控制泄压阀开启；提高了空气侧氮气渗透至氢气侧而降低氢气浓度的速率，当排氢阀短时开启时，空气侧的泄压阀也会开启，增加混排器中的空气流量，进一步的降低了氢气浓度。当氢气浓度值达到预设的第二浓度阈值时，控制排氢阀和泄压阀关闭，对电堆中的氢气浓度值再次降低。并且，在周期性的开启排氢阀过程中，还实时判断电堆阻抗值是否达到预设的目标阻抗，目标阻抗表示电堆内的含水量达到低温停机要求；若是，则停止吹扫；若否，则继续执行上述的排氢阀、泄压阀的开启关闭步骤。直至满足低温停机要求。因此，本发明实施例通过上述控制过程能够有效的在停机吹扫过程中降低排放氢气的浓度，并节省氢气的消耗量。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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。在附图中：
图1示出了本发明实施例中提供的一示例性的燃料电池系统的结构示意图；
图2示出了本发明实施例中提供的一种燃料电池系统停机吹扫控制方法德尔流程图；
图3示出了本发明实施例中氢气浓度值变化的趋势示意图；
图4示出了本发明实施例中排氢阀和泄压阀的控制周期示意图；
图5示出了本发明实施例中方法控制后的氢气排放浓度和现有技术方法控制后的氢气排放浓度对比示意图；
图6示出了本发明第二实施例提供的一种燃料电池系统停机吹扫控制装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
在燃料电池车辆工作在低温状态(一般指环境温度不高于0℃)下时，车辆停机前需要进行停机吹扫，以保证将燃料电池系统的电堆中的含水量小于停机标准。在停机过程中，燃料电池系统输出功率较小，即电堆输出电流较小，氢气消耗量较少，大部分的氢气都与空气进入尾排管路排除，尾排出口的氢气浓度容易超过氢气爆燃下限4％，可能危及行车安全，同时增加了氢气消耗量。针对此，在本发明实施例中提出了一种燃料电池系统停机吹扫控制方法及装置，以克服上述燃料电池车辆在吹扫过程中尾排氢气浓度过大的问题，并且无需增加额外风扇或管路结构等对氢气进行稀释。本发明具有成本低，可靠性、效率高的特点。请参阅图1，本发明实施例的燃料电池系统停机吹扫控制方法及装置可应用于燃料电池系统中，更具体的可应用于燃料电池系统的控制器中。该燃料电池系统一般包括：空气子系统、氢气子系统、冷却子系统300、电堆100和控制器200。
空气子系统包括：空气流量计10、空压机11、泄压阀12、空气进堆温压传感器13、空气出堆温压传感器14、背压阀15和混排器16。当上述空气子系统各部件连接后，该空气子系统的主气流方向为：空气流量计10、空压机11、空气进堆温压传感器13、电堆100、空气出堆温压传感器14、背压阀15、混排器16。当泄压阀12开启时，一部分空气由空压机11进入泄压阀12后，再进入混排器16。空气流量计10位于空压机11的入口，用于检测空气流量并将空气流量值反馈给控制器200以闭环控制空气流量。空压机11为电堆100提供所需空气流量和压力，空压机11和背压阀15联合作用实现空气流量和压力的实时调节。当需要旁通多余的空气时，开启泄压阀12进行泄压泄流。空气进堆温压传感器13和空气出堆温压传感器14用来检测空气进入电堆100和出电堆100的温度和压力。
氢气子系统包括：排水阀10、氢气进堆压力传感器21、氢气出堆压力传感器22、气液分离器23、液位传感器24、回氢泵25、排氢阀26和排水阀27。当上述上述氢气子系统的各部件连接完成后，该氢气子系统的气流方向为：排水阀10、氢气进堆压力传感器21、电堆100、氢气出堆压力传感器22、气液分离器23、回氢泵25、排氢阀26、混排器16；从气液分离器23中分离出的水分从排水阀27排出。氢气子系统的排水阀10的作用是调节氢气进堆流量和压力。氢气进堆压力传感器21和氢气出堆压力传感器22，用于检测氢气进电堆100和出电堆100的压力。气液分离器23用于分离氢气中的液态水。液位传感器24安装在气液分离器23上端；液位传感器24，用于检测气液分离器23中的液位高度。回氢泵25，用于回收氢气用于实现氢气循环利用。排氢阀26，用于定期开启排出氢气中氮气等杂质气体，使进入电堆100的氢气浓度保持在较高的值。排水阀27，用于当液位传感器24检测到气液分离器23内部液位高度达到设定值时，开启并将液态水排出。在相同电堆100运行工况下，当排氢阀26和排水阀27开启频率适度时，可以将氢气中的液态水完全排出，同时也可排出较多的氮气杂质，使进堆氢气浓度控制在95％以上；当排氢阀26和排水阀27开启频率较低时，排出的液态水和氮气杂质较少，氢气进堆浓度低于95％；当排氢阀26和排水阀27的开启频率过高时，排出的液态水和氮气杂质较多，进堆氢气浓度虽可以达到95％以上，但是大量的氢气会排到大气中浪费掉，会降低氢气利用率。
冷却子系统300，用于对电堆100进行冷却。可采用现有的常用冷却方式实现。
电堆100是实现氢气与氧气的化学反应并输出电能，同时反馈单片电压值与电堆100阻抗值给控制器200。
控制器200，也即燃料电池控制单元(Fuel Cell Control Unit，FCCU)。控制器200可根据电堆100的单片电压进行系统调节和保护，还可根据电堆100阻抗判断电堆100内部含水量状态。控制器200可实现对上述空气子系统和氢气子系统中各传感器、阀、泵等部件的信号检测和动作控制。控制器200内可设置空气流量控制程序，以根据当前电流进行查表得出目标空气流量，通过空压机11和背压阀15调节实现实际空气流量与目标空气流量一致。控制器200内还可设置氢气流量控制程序，根据当前电流进行查表得出目标氢气流量，通过排水阀10和氢泵调节实现实际氢气流量与目标氢气流量一致。氢气进电堆100流量还可根据排水阀10实际开度、氢泵实际转速和氢泵进出口压力值计算获得。
本实施例方法及装置的具体应用请继续参照下述实施例。
第一实施例
请参见图1，示出了本发明第一实施例提供的一种燃料电池系统停机吹扫控制方法，包括：
步骤S10：在启动所述燃料电池系统的停机吹扫后，关闭所述空气子系统的泄压阀和所述氢气子系统的排氢阀，并监测电堆阻抗值和进入所述电堆的氢气浓度值。
在步骤S10中，在燃料电池准备停机时，说明车辆已不再继续行驶。为了节省能源消耗，本实施例中在启动所述燃料电池系统的停机吹扫之前，可通过控制进入电堆的空气压力和空气流量，以及控制进入电堆的氢气压力和氢气流量，以使电堆的电流达到预设电流；预设电流小于燃料电池系统所在车辆正常行驶时的电流。这样可有效的节约氢气的消耗量，达到节能的目的。
进一步的，预设电流可控制在10A～20A，这样可保证车辆电器附件正常工作，并且对动力电池进行小电流充电，达到保护动力电池的目的。同时，该种情况下，空气侧氮气有较好的速率渗透至氢气侧，提高吹扫效率。
在进行控制时，可基于预设电流进行查表，确定出各个部件的控制方式；然后对各个部件进行控制。具体的，控制空气的流量和压力时，可调节空压机转速和背压阀开度；控制氢气的流量和压力时，可调节比例阀开度和氢泵转速。
接着，启动吹扫过程，关闭空气子系统的泄压阀和氢气子系统的排氢阀，这样保持一段时间后，因空气侧中含有氮气不断向氢气侧渗透，且排氢阀一直保持关闭状态，氢气进电堆的浓度将会不断下降，并且该过程不排放氢气。氢气进电堆浓度越低，电堆的工作效率越低，此时电堆单片电压也将会出现下降。因此，通过对电压监测可间接的实现对进堆氢气浓度值的监测，另外也可设置监测氢气浓度值的传感器对进堆的氢气浓度进行监测。
对进入电堆的氢气浓度值和电堆阻抗值进行监测时，可为实时监测。监测的采样频率不作限制，例如，可为0.5Hz、1Hz、2Hz、60Hz等等。
例如，请参阅图3，氢气进电堆的初始浓度为C1(也即正常工作时的浓度，大于95％)；电堆单片电压为V1，如为0.82V；控制泄压阀和排氢阀保持关闭状态。氢气浓度将逐渐下降至吹扫工作浓度的区间，也即C3～C2区间，对应电压V3(0.75V)～V2(0.8V)。在吹扫过程中，排水阀进行周期性开闭以控制气液分离器内部液位高度，保证氢气的湿度符合电堆的反应条件，避免故障。
此外，在步骤S10之前还可进行低温判断，通过获取当前燃料电池系统所处环境的环境温度，判断该环境温度是否小于预设温度值，若是则启动步骤S10的执行。预设温度值可为0～2℃；例如，为0℃、1℃。
步骤S20：当所述氢气浓度值达到预设的第一浓度阈值时，控制所述排氢阀周期性开启，控制所述泄压阀开启。
在步骤S20中，当氢气浓度值达到预设的第一浓度阈值时，例如监测到单片电压达到0.75V时，说明此时氢气浓度值已经下降到足够低的程度了。若氢气浓度值继续下降可能导致电堆无法正常运转，或出现其他问题。因此，此时控制排氢阀开启，排氢阀开启后高浓度的氢气继续进堆，保证足够的反应浓度，电堆单片电压也将逐渐升高。在本实施例中，控制氢气浓度下降到一定的低浓度范围内，但保证电堆能够正常工作，实现最大限度的降低氢气浓度，保证排氢阀开启后排放的氢气浓度足够低。为了实现上述效果，第一浓度阈值的取值范围可为65％～75％；为保证较好的可靠性，第一浓度阈值的取值范围可为68％～72％，例如，可取69％、70％、71％等等。
与此同时，将泄压阀也进行开启，通过空气流动对排氢阀排出的氢气进行稀释，从而进一步的降低混排器中氢气的浓度。
在一些实施方式中，排氢阀的开启可为周期性的开启，防止大量氢气在混排器中聚集导致尾排氢气浓度过度增加。较优的，在一个周期中，排氢阀的开启时长和关闭时长的比例范围为：1:15～1:5；并且排氢阀的开启时长不大于1s。这样可保证混排器氢气浓度不超过4％。例如，一个周期中，排氢阀的开启时长可为0.5s，关闭时长可为5s，这样可保证较好的吹扫效率，并且混排器氢气浓度更加稳定的低于4％。
同样的，也可控制泄压阀周期性开启，且泄压阀对应的一个周期时长与排氢阀对应的一个周期的时长相同。保证同步性，准确的对排放的氢气时进行稀释，并且还节省了空压机的能耗。
在一些实施方式中，在每个周期中，控制泄压阀在预设时刻开启，该预设时刻为距离排氢阀开启之前预设时长的时刻。也即一个周期中，泄压阀的开启提前于排氢阀的开启。该控制方式可提前供给大量的空气进入混排器，当排氢阀开启后可对进入混排器的氢气进行充分稀释，防止局部氢气过浓。预设时长可为1～2s，也即泄压阀提前1～2s开启，保证稀释氢气的有效性，且节省空压机能耗。
进一步的，还可控制泄压阀在排氢阀关闭时关闭；较优的，可控制泄压阀在排氢阀关闭之后关闭，保证供给空气的时段能够将排放氢气的时段完全覆盖，如图4所示。泄压阀延后关闭的时长也可为1～2s，保证稀释氢气的有效性，且节省空压机能耗。
随着排氢阀周期性开启，氢气进堆浓度逐步上升，然后可触发步骤S30的执行。
步骤S30：当所述氢气浓度值达到预设的第二浓度阈值时，控制所述排氢阀和所述泄压阀关闭。
在步骤S30中，由于氢气浓度值不可能无限制的上升，若上升到车辆驾驶时的浓度以上时可能导致氢气浪费。因此，当氢气浓度值达到第二浓度阈值时，例如监测到单片电压为0.8V，可控制排氢阀和泄压阀关闭，使电堆内的氢气浓度值再次下降。该第二浓度阈值的取值范围可为85％～95％，避免氢气浓度值上升和下降切换过于频繁，同时减少氢气浪费。
由于执行步骤时属于车辆停机前的吹扫动作，因此，进堆氢气浓度值可无需达到车辆正常驾驶时的反应浓度。较优的，第二浓度阈值的取值范围可为88％～92％，氢气浓度值可快速的上升到该范围内，保证较高的吹扫效率；例如，第二浓度阈值为89％、90％、91％等等。
通过步骤S20～S30，可将氢气浓度值限定在第一浓度阈值至第二浓度阈值范围内。以图3为例，也即将氢气浓度值限定在C3～C2范围内进行吹扫，无需再次达到C1浓度。可使电堆在更低浓度值的氢气下工作，降低了氢气排出浓度。
步骤S40：实时判断所述电堆阻抗值是否达到预设的目标阻抗；其中，所述目标阻抗表示所述电堆内的含水量达到低温停机要求。
在步骤S40中，步骤S40的执行可在步骤S20和步骤S30执行的过程中实时执行。步骤S40的执行频率可与氢气浓度值或电堆阻抗值的采样频率相同，或不同。在不同类型或规格的电堆中，低温停机要求可能不同；例如，在某些类型的电堆中，电堆内的含水量被吹扫下降到10％以下后可认为符合低温停机要求。
步骤S50：若是，则停止吹扫；若否，则继续执行步骤S20-S40。
在步骤S50中，若达到预设的目标阻抗时，也即当电堆阻抗升高至目标阻抗时，吹扫过程结束，执行电压泄放并关闭空气子系统、氢气子系统以及冷却系统，停机完成。
请参阅图5，通过检测验证，在混排器处测定氢气浓度。现有技术的大部分吹扫控制方法控制下的氢气排放浓度趋势可如A所示，在吹扫中期浓度较大，往往可超过4％，具有较大的安全隐患。采用本实施例方法进行吹扫控制，氢气排放浓度趋势可如B所示，氢气浓度趋势更加平稳，达峰值延后，最大值也小于4％，安全性高。
综上所述，本实施例中提供的一种燃料电池系统停机吹扫控制方法，通过在启动燃料电池系统的停机吹扫后，关闭空气子系统的泄压阀和氢气子系统的排氢阀，并监测电堆阻抗值和进入电堆的氢气浓度值。当浓度值达到预设的第一浓度阈值时，控制排氢阀周期性开启，控制泄压阀开启；提高了空气侧氮气渗透至氢气侧而降低氢气浓度的速率，当排氢阀短时开启时，空气侧的泄压阀也会开启，增加混排器中的空气流量，进一步的降低了氢气浓度。当氢气浓度值达到预设的第二浓度阈值时，控制排氢阀和泄压阀关闭，对电堆中的氢气浓度值再次降低。并且，在周期性的开启排氢阀过程中，还实时判断电堆阻抗值是否达到预设的目标阻抗，目标阻抗表示电堆内的含水量达到低温停机要求；若是，则停止吹扫；若否，则继续执行上述的排氢阀、泄压阀的开启关闭步骤。直至满足低温停机要求。因此，本实施例通过上述控制过程能够有效的在停机吹扫过程中降低排放氢气的浓度，并节省氢气的消耗量。
第二实施例
请参阅图6，基于同一发明构思，本发明第二实施例提供了一种燃料电池系统停机吹扫控制装置800，可应用于任一的燃料电池系统，燃料电池系统包括空气子系统、氢气子系统和电堆，空气子系统和氢气子系统分别与电堆连接。所述燃料电池系统停机吹扫控制装置800，包括：
启动模块801，用于在启动所述燃料电池系统的停机吹扫后，关闭所述空气子系统的泄压阀和所述氢气子系统的排氢阀，并监测电堆阻抗值和进入所述电堆的氢气浓度值；第一控制模块802，用于当所述氢气浓度值达到预设的第一浓度阈值时，控制所述排氢阀周期性开启，控制所述泄压阀开启；第二控制模块803，用于当所述氢气浓度值达到预设的第二浓度阈值时，控制所述排氢阀和所述泄压阀关闭；判断模块804，用于实时判断所述电堆阻抗值是否达到预设的目标阻抗；其中，所述目标阻抗表示所述电堆内的含水量达到低温停机要求；循环模块805，用于当所述电堆阻抗值达到所述目标阻抗时，停止吹扫；否则控制所述第一控制模块、所述第二控制模块和所述判断模块继续执行其对应功能。
作为一种可选的实施方式，所述第一控制模块802，具体用于：
控制所述泄压阀周期性开启；其中，所述泄压阀对应的一个周期时长与所述排氢阀对应的一个周期的时长相同。
作为一种可选的实施方式，所述第一控制模块802，还具体用于：
在每个周期中，控制所述泄压阀在预设时刻开启；其中，所述预设时刻为距离所述排氢阀开启之前预设时长的时刻；控制所述泄压阀在所述排氢阀关闭时或之后关闭。
作为一种可选的实施方式，所述预设时长为1s～2s。
作为一种可选的实施方式，在每个周期中，所述第一控制模块802，用于控制所述排氢阀的开启时长和关闭时长的比例范围为：1:15～1:5。
作为一种可选的实施方式，在每个周期中，所述第一控制模块802，用于控制所述排氢阀的开启时长不大于1s。
作为一种可选的实施方式，所述第一浓度阈值的取值范围为65％～75％；所述第二浓度阈值的取值范围为85％～95％。
作为一种可选的实施方式，所述启动模块，还用于在所述启动所述燃料电池系统的停机吹扫之前：
控制空气进入所述电堆的空气压力和空气流量，以及控制氢气进入所述电堆的氢气压力和氢气流量，以使所述电堆的电流达到预设电流；其中，所述预设电流小于所述燃料电池系统所在车辆正常行驶时的电流。
需要说明的是，本发明实施例所提供的燃料电池系统停机吹扫控制装置800，其具体实现及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。
第三实施例
基于同一发明构思，本发明第三实施例还提供了一种燃料电池控制单元，包括处理器和存储器，所述存储器耦接到所述处理器，所述存储器存储指令，当所述指令由所述处理器执行时使所述燃料电池控制单元执行上述第一实施例中任一项所述方法的步骤。
需要说明的是，本发明实施例所提供的燃料电池控制单元中，当所述指令由所述处理器执行时，每个步骤的具体实现及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，本实施例未提及之处可参考前述方法实施例中相应内容。
本文中出现的术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系；单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
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、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、CD-ROM、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)、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。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
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)

1.一种燃料电池系统停机吹扫控制方法，所述燃料电池系统包括空气子系统、氢气子系统和电堆，所述空气子系统和所述氢气子系统分别与所述电堆连接，其特征在于，所述方法包括：
S10：在启动所述燃料电池系统的停机吹扫后，关闭所述空气子系统的泄压阀和所述氢气子系统的排氢阀，并监测电堆阻抗值和进入所述电堆的氢气浓度值；
S20：当所述氢气浓度值达到预设的第一浓度阈值时，控制所述排氢阀周期性开启，控制所述泄压阀开启；
S30：当所述氢气浓度值达到预设的第二浓度阈值时，控制所述排氢阀和所述泄压阀关闭；
S40：实时判断所述电堆阻抗值是否达到预设的目标阻抗；其中，所述目标阻抗表示所述电堆内的含水量达到低温停机要求；
S50：若是，则停止吹扫；若否，则继续执行步骤S20-S40。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制所述泄压阀开启，包括：
控制所述泄压阀周期性开启；其中，所述泄压阀对应的一个周期时长与所述排氢阀对应的一个周期的时长相同。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述控制所述泄压阀周期性开启，包括：
在每个周期中，控制所述泄压阀在预设时刻开启；其中，所述预设时刻为距离所述排氢阀开启之前预设时长的时刻；
控制所述泄压阀在所述排氢阀关闭时或之后关闭。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述预设时长为1s～2s。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在每个周期中，控制所述排氢阀的开启时长和关闭时长的比例范围为：1:15～1:5。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在每个周期中，控制所述排氢阀的开启时长不大于1s。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一浓度阈值的取值范围为65％～75％；所述第二浓度阈值的取值范围为85％～95％。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述启动所述燃料电池系统的停机吹扫之前，还包括：
控制空气进入所述电堆的空气压力和空气流量，以及控制氢气进入所述电堆的氢气压力和氢气流量，以使所述电堆的电流达到预设电流；其中，所述预设电流小于所述燃料电池系统所在车辆正常行驶时的电流。
9.一种燃料电池系统停机吹扫控制装置，所述燃料电池系统包括空气子系统、氢气子系统和电堆，所述空气子系统和所述氢气子系统分别与所述电堆连接，其特征在于，所述装置包括：
启动模块，用于在启动所述燃料电池系统的停机吹扫后，关闭所述空气子系统的泄压阀和所述氢气子系统的排氢阀，并监测电堆阻抗值和进入所述电堆的氢气浓度值；
第一控制模块，用于当所述氢气浓度值达到预设的第一浓度阈值时，控制所述排氢阀周期性开启，控制所述泄压阀开启；
第二控制模块，用于当所述氢气浓度值达到预设的第二浓度阈值时，控制所述排氢阀和所述泄压阀关闭；
判断模块，用于实时判断所述电堆阻抗值是否达到预设的目标阻抗；其中，所述目标阻抗表示所述电堆内的含水量达到低温停机要求；
循环模块，用于当所述电堆阻抗值达到所述目标阻抗时，停止吹扫；否则控制所述第一控制模块、所述第二控制模块和所述判断模块继续执行其对应功能。
10.一种燃料电池控制单元，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器耦接到所述处理器，所述存储器存储指令，当所述指令由所述处理器执行时使所述燃料电池控制单元执行权利要求1-8中任一项所述方法的步骤。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114050295A (zh) * 2021-11-11 2022-02-15 金华氢途科技有限公司 一种燃料电池发动机快速低温关机方法
CN114824382A (zh) * 2022-04-29 2022-07-29 三一电动车科技有限公司 燃料电池系统的尾排氢气浓度控制方法及装置
CN114883614A (zh) * 2022-07-11 2022-08-09 佛山市清极能源科技有限公司 一种燃料电池系统的自适应排气方法
CN115050999A (zh) * 2022-07-07 2022-09-13 玉柴芯蓝新能源动力科技有限公司 燃料电池系统及其低温停机过程
CN115911460A (zh) * 2023-01-06 2023-04-04 国家电投集团氢能科技发展有限公司 氢燃料电池系统的停机方法及系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100167145A1 (en) * 2007-05-25 2010-07-01 Hideaki Kume Fuel cell system and fuel cell system control method
JP2016122541A (ja) * 2014-12-24 2016-07-07 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムの起動方法
CN112201811A (zh) * 2020-09-27 2021-01-08 中国第一汽车股份有限公司 一种车载储氢系统装置及其控制方法
CN112436164A (zh) * 2020-11-20 2021-03-02 东风汽车集团有限公司 燃料电池低温吹扫控制、系统及存储介质

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100167145A1 (en) * 2007-05-25 2010-07-01 Hideaki Kume Fuel cell system and fuel cell system control method
JP2016122541A (ja) * 2014-12-24 2016-07-07 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムの起動方法
CN112201811A (zh) * 2020-09-27 2021-01-08 中国第一汽车股份有限公司 一种车载储氢系统装置及其控制方法
CN112436164A (zh) * 2020-11-20 2021-03-02 东风汽车集团有限公司 燃料电池低温吹扫控制、系统及存储介质

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114050295A (zh) * 2021-11-11 2022-02-15 金华氢途科技有限公司 一种燃料电池发动机快速低温关机方法
CN114050295B (zh) * 2021-11-11 2022-04-29 金华氢途科技有限公司 一种燃料电池发动机快速低温关机方法
CN114824382A (zh) * 2022-04-29 2022-07-29 三一电动车科技有限公司 燃料电池系统的尾排氢气浓度控制方法及装置
CN114824382B (zh) * 2022-04-29 2023-11-24 三一电动车科技有限公司 燃料电池系统的尾排氢气浓度控制方法及装置
CN115050999A (zh) * 2022-07-07 2022-09-13 玉柴芯蓝新能源动力科技有限公司 燃料电池系统及其低温停机过程
CN115050999B (zh) * 2022-07-07 2024-02-27 玉柴芯蓝新能源动力科技有限公司 燃料电池系统及其低温停机过程
CN114883614A (zh) * 2022-07-11 2022-08-09 佛山市清极能源科技有限公司 一种燃料电池系统的自适应排气方法
CN115911460A (zh) * 2023-01-06 2023-04-04 国家电投集团氢能科技发展有限公司 氢燃料电池系统的停机方法及系统

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