CN113903944B - 一种燃料电池系统启动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种燃料电池系统启动方法，该方法包括：接收燃料电池系统启动命令，进行控制器上电判断，唤醒燃料电池系统；根据本次启动温度和前一次停机状态选择进入不同的启动模式：若温度为正常温度且前一次停机为正常停机则进入常温正常启动模式，若温度为正常温度且前一次停机为故障停机则进入常温故障启动模式，若温度处于低温且前一次停机为正常停机则进入低温正常启动模式，若温度处于低温且前一次停机为故障停机则进入低温故障启动模式；不同的启动模式下建立燃料电池系统启动需要的条件参数，燃料电池系统进入正常运行。与现有技术相比，本发明一定程度上保护了燃料电池系统寿命和安全性，同时提高系统的实用性。

Description

一种燃料电池系统启动方法
技术领域
本发明涉及燃料电池系统技术领域，尤其是涉及一种燃料电池系统启动方法。
背景技术
燃料电池系统在应用过程中，启动策略至关重要，针对不同的环境和本身状态，需要不同的启动方法，建立燃料电池内部良好的水热平衡和发电环境。
燃料电池系统低温冷启动与常温启动存在不同，需要对燃料电池系统进行不同的策略标定。燃料电池系统运行过程中不可避免出现故障，如氢气泄露、单体电压过低、水温过高等，系统针对这些故障有相应的保护措施，如功率限制输出、正常停机吹扫或者紧急停机等。同时燃料电池应用过程中，如果主机控制系统本身出现故障，要求燃料电池系统快速停止发电，燃料电池系统只能采取紧急停机，且不能进行正常吹扫停机。
针对以上情况，燃料电池系统启动时需要判断是否进入低温启动和前一次停机状态，采取合适的启动策略，保证燃料电池系统可以正常启动，消除前一次非正常停机带来的影响。
因此，合理的启动模式选择和针对环境、前一次停机状态而采取不同的启动策略，可保证燃料电池系统正常启动、提高可靠性和耐久性。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种燃料电池系统启动方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种燃料电池系统启动方法，该方法包括：
接收燃料电池系统启动命令，进行控制器上电判断，唤醒燃料电池系统；
根据本次启动温度和前一次停机状态选择进入不同的启动模式：若温度为正常温度且前一次停机为正常停机则进入常温正常启动模式，若温度为正常温度且前一次停机为故障停机则进入常温故障启动模式，若温度处于低温且前一次停机为正常停机则进入低温正常启动模式，若温度处于低温且前一次停机为故障停机则进入低温故障启动模式；
不同的启动模式下建立燃料电池系统启动需要的条件参数，燃料电池系统进入正常运行。
优选地，所述的控制器上电判断包括：燃料电池系统内执行件供电是否正常、燃料电池系统与母控制器通讯是否正常、燃料电池系统零部件通讯是否正常。
优选地，对本次启动温度进行判断的具体方式为：设低温启动温度预设值为T1，本次启动温度为环境温度，记作T2，若T2≥T1，则本次启动温度为正常温度，若T2＜T1，则本次启动温度为低温。
优选地，当前一次停机为故障停机时还需判断是否为紧急故障，若是，则停止对燃料电池系统唤醒，若否，则进入对应温度下的故障启动模式。
优选地，所述的条件参数包括空压、空气流量、氢压、氢气流量、冷却水压、冷却水流量、冷却水温度、电堆电压。
优选地，所述的常温正常启动模式下的启动方式包括：
供氢模块建立常规氢压，排氢阀正常脉冲开闭；空气背压阀打开，并调节开度，空压机转速提升，建立常规空压；水泵转速提升，建立冷却水压；
电堆电压上升，等待设定时长，判断电堆电压是否满足加载要求，若是，则闭合母线继电器，燃料电池电堆与外部电路导通，否则燃料电池系统启动失败，停机进入保护模式。
优选地，所述的常温故障启动模式下的启动方式包括：
供氢模块建立常规氢压，排氢阀正常脉冲开闭；空气背压阀打开，并调节开度，空压机转速提升，建立常规空压；水泵转速提升，建立冷却水压；
电堆电压上升，等待设定时长，判断电堆电压是否满足加载要求，若是，则闭合母线继电器，燃料电池电堆与外部电路导通，同时对燃料电池系统热机后进行故障吹扫处理，否则燃料电池系统启动失败，停机进入保护模式。
优选地，所述的低温正常启动模式下的启动方式包括：
供氢模块建立低温氢压，排氢阀低温脉冲开闭；空气背压阀打开，并调节开度，空压机转速提升，建立低温空压；水泵转速提升，建立低温冷却水压；对低温特殊部件进行加热处理；
电堆电压上升，等待设定时长，判断电堆电压是否满足加载要求，若是，则闭合母线继电器，燃料电池电堆与外部电路导通，同时对燃料电池系统进行低温热机处理，否则燃料电池系统启动失败，停机进入保护模式。
优选地，所述的低温正常故障模式下的启动方式包括：
供氢模块建立低温氢压，排氢阀低温脉冲开闭；空气背压阀打开，并调节开度，空压机转速提升，建立低温空压；水泵转速提升，建立低温冷却水压；对低温特殊部件进行加热处理；
电堆电压上升，等待设定时长，判断电堆电压是否满足加载要求，若是，则闭合母线继电器，燃料电池电堆与外部电路导通，同时对燃料电池系统进行低温热机与低温吹扫处理，否则燃料电池系统启动失败，停机进入保护模式。
优选地，所述的低温特殊部件包括排氢阀、冷却路PTC。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明针对不同温度和前一次停机状态，分别进入四种启动模式，对四种模式，分别建立启动条件，一定程度上保护燃料电池系统寿命和安全性，同时提高系统的实用性。
附图说明
图1为本发明一种燃料电池系统启动方法的流程框图；
图2为本发明常温正常启动模式下的启动流程框图；
图3为本发明常温故障启动模式下的启动流程框图；
图4为本发明低温正常启动模式下的启动流程框图；
图5为本发明低温故障启动模式下的启动流程框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。注意，以下的实施方式的说明只是实质上的例示，本发明并不意在对其适用物或其用途进行限定，且本发明并不限定于以下的实施方式。
实施例
如图1所示，本实施例提供一种燃料电池系统启动方法，具体包括以下步骤：
S110、燃料电池系统在接收到主控系统的启动命令后，进行控制器上电判断。
S120、控制器上电判断包括：燃料电池系统内执行件供电是否正常、燃料电池系统与母控制器通讯是否正常、燃料电池系统零部件通讯是否正常。
S130、若通讯正常，进行温度和前一次停机状态判断。
S140、若通讯不正常，停止对燃料电池系统的唤醒，燃料电池系统不启动。
S150、判断燃料电池系统是否进入低温启动模式。
其中，燃料电池系统是否进入低温启动模式判断为：低温启动温度预设值T1和环境温度T2之间的判断，若T2≥T1，进入常温启动模式；若T2＜T1，进入低温启动模式。低温启动温度预设值T1根据不同系统产品略有差异，一般取0℃偏上。
需要说明的是，对于是否进入低温启动模式还可以增加其他信号判断：如电堆水温、当天环境最低温度、系统零部件温度等(如排水阀、氢气泵等自带温度信号的部件)，用于判断更加准确判断燃料电池系统状态和之后所处的环境状态。
S160、进入常温启动准备，包括控制器调用常温启动逻辑。
S170、进行前一次停机状态判断，控制器会记录每次停机状态位。
S180、若前一次停机正常，进入常温正常启动模式。
S190、建立常温正常启动模式下燃料电池系统启动需要的条件1。
如图2所示，S191-S194为常温正常启动模式燃料电池系统内部简易逻辑，具体为：
S191、为供氢模块建立常规氢压，排氢阀正常脉冲开闭；空气背压阀打开，并调节开度，空压机转速提升，建立常规空压；水泵转速提升，建立冷却水压。
S192、燃料电池电堆氢空两侧建立一定压力后，电堆电压自然上升，等待一定时间，一般为秒级。
S193、燃料电池电压传感器判断电堆总电压是否满足可加载要求，最低单体电压是否满足可加载要求，该项会有一个时间判据。
S194、若满足S193，闭合母线继电器，燃料电池电堆与外部电路导通。
S195、若不满足S193，系统启动失败，停机，进入保护模式，此过程会有相应的停机流程，如先关闭供氢模块和排氢阀，再关闭空压机和背压阀，关闭水泵等，具体不再详叙。
S200、若前一次停机异常，进入常温故障启动模式。
S210、建立常温故障启动模式下燃料电池系统启动需要的条件2。
如图3所示，步骤S211-S219为常温故障启动模式燃料电池系统内部简易逻辑，具体为：
S211、判断前一次停机故障是否为紧急故障。
S212、若前一次停机是紧急故障，停止对燃料电池系统的唤醒，并发送警示。
S213、若前一次停机不是紧急故障，S213-S216步骤与S191-S194一致。
S217、针对常温故障启动，增加了故障热机策略，会在合适的功率等级下对燃料电池系统进行热机，该项具体由系统功率等级、电堆状态等决定。
S218、对热机过程中电堆水温进行判断。
S219、进行常温特定吹扫。
需要说明的是，故障启动模式需要对燃料电池系统热机后进行故障吹扫处理，消除前一次因故障停机导致的不完全的停机处理，减少燃料电池电堆流道内的液态水累积。
S220、燃料电池系统进入低温启动模式，控制器调用低温启动程序
S230、进行前一次停机状态判断，控制器会记录每次停机状态位。
S240、若前一次停机正常，进入低温正常启动模式。
S250、建立低温正常启动模式下燃料电池系统启动需要的条件3。
如图4所示，步骤S251-S256为低温正常启动模式燃料电池系统内部简易逻辑，具体为：
S251、供氢模块建立低温氢压，排氢阀低温脉冲开闭；空气背压阀打开，并调节开度，空压机转速提升，建立低温空压；水泵转速提升，建立低温冷却水压；对低温特殊部件进行加热处理，如排氢阀加热、冷却路PTC加热等。需要注意的是，在S251中低温启动策略与常温启动参数不同，包括氢压、空压、水压的具体参数，同时，低温过程中，特殊部件会进行加热控制，如排氢阀加热、冷却路PTC加热等。
S252、燃料电池电堆氢空两侧建立一定压力后，电堆电压自然上升，等待一定时间，一般为秒级。
S253、燃料电池电压传感器判断电堆总电压是否满足可加载要求，最低单体电压是否满足可加载要求，该项会有一个时间判据。
S254、若满足S253，闭合母线继电器，燃料电池电堆与外部电路导通。
S255、进行低温正常启动中需要增加低温正常热机策略。在S254闭合继电器后，负载按照控制器中的低温热机策略开始拉载，响应的系统零部件各执行器如空压机、背压阀、旁通阀、水泵、供氢阀、排氢阀等会有各自关键执行参数，低温热机过程中更加需要考虑电堆内部生成的液态水的状态，确保生成的液态水能快速被吹出电堆，防止结冰，堵塞电堆内部催化层和扩散层，影响电化学反应。
S256、若燃料电池电压传感器判断电堆总电压和最低单体电压不能满足可加载要求，则系统启动失败，进入低温停机策略，该项会有一个时间判据。会有相应停机流程，具体不再详叙。
S260、若前一次停机异常，进入低温故障启动模式
S270、建立低温故障启动模式下燃料电池系统启动需要的条件4。
如图5所示，步骤S251-S279为低温正常启动模式燃料电池系统内部简易逻辑，具体为：
S271、判断前一次停机故障是否为紧急故障。
S272、若前一次停机是紧急故障，停止对燃料电池系统的唤醒，并发送警示。
S273、若前一次停机不是紧急故障，S273-S276步骤与S251-S254一致。
S277、进行低温故障热机策略。由于前一次为故障停机，电堆内部状态较正常停机不佳，需要进行低温故障热机。具体地，为较缓和的低温冷启动热机，为保证启动正常，不追求启动速度。系统厂家需要根据系统设计、电堆性能、低温需求等综合考虑。
S278、对低温热机过程中电堆水温进行判断。
S279、进行低温特定吹扫策略。通过吹扫可使电堆内部阴阳极的液态水分部趋于正常化，电堆性能可恢复。
S280、燃料电池系统在选择四种启动模式中的一种，并完成相应过程后，判断各项参数是否满足正常运行要求。
S290、如果满足正常运行要求，燃料电池系统响应母控制器功率需求，各系统零部件执行器通过控制，确保燃料电池系统运行正常，启动结束。
S300、如果不满足正常运行要求，则启动失败，进入故障停机，并发送故障信号。
本发明针对的燃料电池系统启动的方法，可满足燃料电池系统在接收到启动命令后，先进行启动前控制器上电判断，再根据本次启动温度和前一次停机状态进行不同的启动模式，具体分为低温正常启动模式、常温正常启动模式、低温故障启动模式、常温故障启动模式四种。不同的启动模式采用不同的逻辑策略，建立燃料电池启动需要的条件参数，保证燃料电池可进入正常运行。
上述实施方式仅为例举，不表示对本发明范围的限定。这些实施方式还能以其它各种方式来实施，且能在不脱离本发明技术思想的范围内作各种省略、置换、变更。

Claims (5)

1.一种燃料电池系统启动方法，其特征在于，该方法包括：
接收燃料电池系统启动命令，进行控制器上电判断，唤醒燃料电池系统；
根据本次启动温度和前一次停机状态选择进入不同的启动模式：若温度为正常温度且前一次停机为正常停机则进入常温正常启动模式，若温度为正常温度且前一次停机为故障停机则进入常温故障启动模式，若温度处于低温且前一次停机为正常停机则进入低温正常启动模式，若温度处于低温且前一次停机为故障停机则进入低温故障启动模式；
不同的启动模式下建立燃料电池系统启动需要的条件参数，燃料电池系统进入正常运行，
所述的条件参数包括空压、空气流量、氢压、氢气流量、冷却水压、冷却水流量、冷却水温度、电堆电压，其中：
所述的常温正常启动模式下的启动方式包括：
供氢模块建立常规氢压，排氢阀正常脉冲开闭；空气背压阀打开，并调节开度，空压机转速提升，建立常规空压；水泵转速提升，建立冷却水压；
电堆电压上升，等待设定时长，判断电堆电压是否满足加载要求，若是，则闭合母线继电器，燃料电池电堆与外部电路导通，否则燃料电池系统启动失败，停机进入保护模式；
所述的常温故障启动模式下的启动方式包括：
供氢模块建立常规氢压，排氢阀正常脉冲开闭；空气背压阀打开，并调节开度，空压机转速提升，建立常规空压；水泵转速提升，建立冷却水压；
电堆电压上升，等待设定时长，判断电堆电压是否满足加载要求，若是，则闭合母线继电器，燃料电池电堆与外部电路导通，同时对燃料电池系统热机后进行故障吹扫处理，否则燃料电池系统启动失败，停机进入保护模式；
所述的低温正常启动模式下的启动方式包括：
供氢模块建立低温氢压，排氢阀低温脉冲开闭；空气背压阀打开，并调节开度，空压机转速提升，建立低温空压；水泵转速提升，建立低温冷却水压；对低温特殊部件进行加热处理；
电堆电压上升，等待设定时长，判断电堆电压是否满足加载要求，若是，则闭合母线继电器，燃料电池电堆与外部电路导通，同时对燃料电池系统进行低温热机处理，否则燃料电池系统启动失败，停机进入保护模式；
所述的低温正常故障模式下的启动方式包括：
供氢模块建立低温氢压，排氢阀低温脉冲开闭；空气背压阀打开，并调节开度，空压机转速提升，建立低温空压；水泵转速提升，建立低温冷却水压；对低温特殊部件进行加热处理；
电堆电压上升，等待设定时长，判断电堆电压是否满足加载要求，若是，则闭合母线继电器，燃料电池电堆与外部电路导通，同时对燃料电池系统进行低温热机与低温吹扫处理，否则燃料电池系统启动失败，停机进入保护模式。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池系统启动方法，其特征在于，所述的控制器上电判断包括：燃料电池系统内执行件供电是否正常、燃料电池系统与母控制器通讯是否正常、燃料电池系统零部件通讯是否正常。
3.根据权利要求1所述的一种燃料电池系统启动方法，其特征在于，对本次启动温度进行判断的具体方式为：设低温启动温度预设值为T1，本次启动温度为环境温度，记作T2，若T2≥T1，则本次启动温度为正常温度，若T2＜T1，则本次启动温度为低温。
4.根据权利要求1所述的一种燃料电池系统启动方法，其特征在于，当前一次停机为故障停机时还需判断是否为紧急故障，若是，则停止对燃料电池系统唤醒，若否，则进入对应温度下的故障启动模式。
5.根据权利要求1所述的一种燃料电池系统启动方法，其特征在于，所述的低温特殊部件包括排氢阀、冷却路PTC。
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