CN114335617A - 一种燃料电池系统停机吹扫的自适应控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种燃料电池系统停机吹扫的自适应控制方法，包括燃料电池系统停机；判断燃料电池系统是否处于低温模式，若“是”，执行燃料电池冷吹扫并将冷吹扫标志设为1；燃料电池系统开机；判断燃料电池系统是否处于低温模式，若“是”，判断冷吹扫标志是否为1，若“是”，燃料电池系统执行内源冷启动；若“否”，燃料电池系统执行外源冷启动。本发明的优点在于：解决了燃料电池系统停机时无法预知下次开机前的环境温度情况导致的吹扫过度或者不足的问题。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池车辆领域，具体而言，涉及一种燃料电池系统停机吹扫的自适应控制方法。
背景技术
氢燃料电池是一种将氢与氧反应产生的化学能通过电化学反应直接转换成电能的发电装置，具有发电效率高，环境污染小等优点，因此被广泛应用于汽车领域。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于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。考虑到低温启动时，电堆长时间处于0℃以下，低温环境下通常需要较高的吹扫强度。但是如果吹扫强度过高，尤其是吹扫导致膜的水含量过低时，会导致系统下次启动时出现加载困难或时间长等问题，并且膜被吹扫的过于干燥会影响其寿命。而在实际应用过程中，由于无法预知系统停机后的环境温度变化情况，因此无法在停机时选择合适的吹扫模式。
现有方案通常是参考当地的历史环境温度随时间日期的变化情况或天气预报的情况，设定不同的吹扫模式，但上述方式都存在预测不准的情况，会导致系统吹扫的过于干燥或不足；专利CN105591130A提出了在燃料电池系统停机后，定时唤醒燃料电池系统采集环境温度等必要温度做出是否补充吹扫的方法，这种方法避免了预测不准等问题，但是需要在系统停机后执行需要高电压(400-700V)的吹扫操作，由于燃料电池车辆停机后处于无驾驶员在场的状态，因此存在安全风险。
综上所述，需要提供一种燃料电池系统停机吹扫的自适应控制方法，其能够克服现有技术的缺陷。
发明内容
本发明旨在提供一种燃料电池系统停机吹扫的自适应控制方法，其能够克服现有技术的缺陷。本发明的发明目的通过以下技术方案得以实现。
本发明的一个实施方式提供了一种燃料电池系统停机吹扫的自适应控制方法,其中所述燃料电池系统停机吹扫的自适应控制方法多个步骤：
步骤1：停机冷吹扫处理：
步骤2：开机启动处理，
所述步骤1：停机冷吹扫处理包括：
步骤11：燃料电池系统停机；
步骤12：判断燃料电池系统是否处于低温模式，若“是”，执行步骤13；所述低温模式是指当燃料电池系统针对接近或低于0℃的工作环境预先设定的一种工作方式；
步骤13：执行燃料电池冷吹扫并将冷吹扫标志设为1，
所述步骤2：开机启动处理包括：
步骤21：燃料电池系统开机；
步骤22：判断燃料电池系统是否处于低温模式，若“是”，执行步骤23；
步骤23：判断冷吹扫标志是否为1，若“是”，执行步骤24；若“否”，执行步骤25；
步骤24：燃料电池系统执行内源冷启动，然后处理结束；
步骤25：燃料电池系统执行外源冷启动，然后处理结束。
根据本发明的上述任意一个实施方式提供的燃料电池系统停机吹扫的自适应控制方法，其中所述冷吹扫标志的初始值为0。
根据本发明的上述任意一个实施方式提供的燃料电池系统停机吹扫的自适应控制方法，其中判断燃料电池系统是否处于低温模式包括：
步骤31：采集指标温度；
步骤32：判断指标温度是否低于预设的第一温度阈值，若“是”，执行步骤33；若“否”，执行步骤34；
步骤33：燃料电池处于低温模式；
步骤34：判断燃料电池系统记录的当前日期之前n日内的指标温度是否全部高于预设的第一温度阈值，若“是”，执行步骤35；若“否”，执行步骤36；
步骤35：燃料电池处于常温模式；
步骤36：判断冷吹扫标志是否为1，若“是”，执行步骤33；若“否”，执行步骤35。
根据本发明的上述任意一个实施方式提供的燃料电池系统停机吹扫的自适应控制方法，其中所述步骤12：判断燃料电池系统是否处于低温模式，若“否”，执行步骤14；
步骤14：执行燃料电池常温吹扫并将冷吹扫标志设为0。
根据本发明的上述任意一个实施方式提供的燃料电池系统停机吹扫的自适应控制方法，其中所述步骤22：判断燃料电池系统是否处于低温模式，若“否”，执行步骤26；
步骤26：燃料电池系统执行常温启动，然后处理结束。
根据本发明的上述任意一个实施方式提供的燃料电池系统停机吹扫的自适应控制方法，其中所述步骤12：判断燃料电池系统是否处于低温模式，若“否”，执行步骤15；
步骤15：判断燃料电池系统是否处于冷储藏模式，若“是”，执行步骤16；若“否”，执行步骤17；
步骤16：执行燃料电池冷储藏吹扫并将冷吹扫标志设为0；
步骤17：执行燃料电池常温吹扫并将冷吹扫标志设为0。
根据本发明的上述任意一个实施方式提供的燃料电池系统停机吹扫的自适应控制方法，其中所述步骤22：判断燃料电池系统是否处于低温模式，若“否”，执行步骤27；
步骤27：判断燃料电池系统是否处于冷储藏模式，若“是”，执行步骤23；若“否”，执行步骤28；
步骤28：燃料电池系统执行常温启动，然后处理结束。
根据本发明的上述任意一个实施方式提供的燃料电池系统停机吹扫的自适应控制方法，其中判断燃料电池系统是否处于冷储藏模式包括：
步骤41：采集指标温度；
步骤42：判断指标温度是否低于预设的第二温度阈值，若“是”，执行步骤43；若“否”，执行步骤44；
步骤43：燃料电池处于冷储藏模式；
步骤44：判断燃料电池系统记录的当前日期之前n日内的指标温度是否全部高于预设的第二温度阈值，若“是”，执行步骤45；若“否”，执行步骤43；
步骤45：燃料电池处于常温模式。
根据本发明的上述任意一个实施方式提供的燃料电池系统停机吹扫的自适应控制方法，其中冷吹扫的吹扫强度大于常温吹扫的吹扫强度。
根据本发明的上述任意一个实施方式提供的燃料电池系统停机吹扫的自适应控制方法，其中冷储藏吹扫的吹扫强度大于常温吹扫的吹扫气体强度但小于冷吹扫的吹扫强度。
根据本发明的上述任意一个实施方式提供的燃料电池系统停机吹扫的自适应控制方法，其中所述指标温度为环境温度、电堆的冷却液入口温度或电堆温度。
根据本发明的上述任意一个实施方式提供的燃料电池系统停机吹扫的自适应控制方法，其中所述第二温度阈值高于第一温度阈值。
该燃料电池系统停机吹扫的自适应控制方法的优点在于：能够根据本次和上次停机时的温度确定吹扫方式，并根据停机时的温度、开机前和开机时的温度选择启动方式，解决了燃料电池系统停机时无法预知下次开机前的环境温度情况导致的吹扫过度或者不足的问题；能够避免在无人的情况下以400-700V电压启动燃料电池系统，减少了安全隐患。
附图说明
参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：
图1示出了根据本发明一个实施方式的燃料电池系统的示意图；
图2示出了根据本发明一个实施方式的燃料电池系统停机吹扫的自适应控制方法的流程图；
图3示出了如图2所示的根据本发明一个实施方式的燃料电池系统停机吹扫的自适应控制方法的停机冷吹扫处理的流程图；
图4示出了如图2所示的根据本发明一个实施方式的燃料电池系统停机吹扫的自适应控制方法的开机启动处理的流程图；
图5示出了如图2所示的根据本发明一个实施方式的燃料电池系统停机吹扫的自适应控制方法的另一种停机冷吹扫处理的流程图；
图6示出了如图2所示的根据本发明一个实施方式的燃料电池系统停机吹扫的自适应控制方法的另一种开机启动处理的流程；
图7示出了如图2所示的根据本发明一个实施方式的燃料电池系统停机吹扫的自适应控制方法的判断燃料电池系统是否处于低温模式的流程图；
图8示出了如图2所示的根据本发明一个实施方式的燃料电池系统停机吹扫的自适应控制方法的判断燃料电池系统是否处于冷储藏模式的流程图。
具体实施方式
图1-8和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将落在本发明的保护范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。
图1示出了根据本发明一个实施方式的燃料电池系统的示意图。如图1所示，其中所述燃料电池系统包括电堆10、氢气组件20和空气组件30，所述氢气组件20包括第一管路201、循环泵202、第二管路203和尾排阀204，所述空气组件30包括第三管路301和第四管路302，所述电堆100的阳极和阴极上分别设有进气口和出气口，第一管路201的第一端与外部氢气气源连通，第一管路201的第二端与电堆10阳极的进气口连通，第一管路201的第三端与循环泵202的出气口连通，第二管路203的第一端与电堆10阳极的出气口连通，第二管路203的第二端与循环泵202的进气口连通，尾排阀204设置在第二管路203的第三端上，第三管路301与电堆10阴极的进气口连通，第四管路302与电堆10阴极的出气口连通。
图2-4示出了根据本发明一个实施方式的燃料电池系统停机吹扫的自适应控制方法的流程图。如图2-4所示，所述燃料电池系统停机吹扫的自适应控制方法多个步骤：
步骤1：停机冷吹扫处理：
步骤2：开机启动处理，
所述步骤1：停机冷吹扫处理包括：
步骤11：燃料电池系统停机；
步骤12：判断燃料电池系统是否处于低温模式，若“是”，执行步骤13；所述低温模式是指当燃料电池系统针对接近或低于0℃的工作环境预先设定的一种工作方式；
步骤13：执行燃料电池冷吹扫并将冷吹扫标志设为1，
所述步骤2：开机启动处理包括：
步骤21：燃料电池系统开机；
步骤22：判断燃料电池系统是否处于低温模式，若“是”，执行步骤23；
步骤23：判断冷吹扫标志是否为1，若“是”，执行步骤24；若“否”，执行步骤25；
步骤24：燃料电池系统执行内源冷启动，然后处理结束；所述内源冷启动是指利用燃料系统开机时系统本身发出的热量加热电堆使燃料电池启动。
步骤25：燃料电池系统执行外源冷启动，然后处理结束。所述外源冷启动是指利用专门的加热装置加热电堆使燃料电池启动，其中所述专门的加热装置包括但不限于PTC加热器、加热片等。
根据本发明的上述任意一个实施方式提供的燃料电池系统停机吹扫的自适应控制方法，其中所述冷吹扫标志的初始值为0。
根据本发明的上述任意一个实施方式提供的燃料电池系统停机吹扫的自适应控制方法，其中所述步骤12：判断燃料电池系统是否处于低温模式，若“否”，执行步骤14；
步骤14：执行燃料电池常温吹扫并将冷吹扫标志设为0。
根据本发明的上述任意一个实施方式提供的燃料电池系统停机吹扫的自适应控制方法，其中所述步骤22：判断燃料电池系统是否处于低温模式，若“否”，执行步骤26；
步骤26：燃料电池系统执行常温启动，然后处理结束。所述常温启动是指不对电堆进行加热直接启动燃料电池。
图5-6示出了如图2所示的根据本发明一个实施方式的燃料电池系统停机吹扫的自适应控制方法的另一种停机冷吹扫处理和开机启动处理的流程图。如图5-6所示，所述步骤12：判断燃料电池系统是否处于低温模式，若“否”，执行步骤15；
步骤15：判断燃料电池系统是否处于冷储藏模式，若“是”，执行步骤16；若“否”，执行步骤17；
步骤16：执行燃料电池冷储藏吹扫并将冷吹扫标志设为0；
步骤17：执行燃料电池常温吹扫并将冷吹扫标志设为0。
根据本发明的上述任意一个实施方式提供的燃料电池系统停机吹扫的自适应控制方法，其中所述步骤22：判断燃料电池系统是否处于低温模式，若“否”，执行步骤27；
步骤27：判断燃料电池系统是否处于冷储藏模式，若“是”，执行步骤23；若“否”，执行步骤28；
步骤28：燃料电池系统执行常温启动，然后处理结束。
图7示出了如图2所示的根据本发明一个实施方式的燃料电池系统停机吹扫的自适应控制方法的判断燃料电池系统是否处于低温模式的流程图。如图7所示，判断燃料电池系统是否处于低温模式包括：
步骤31：采集指标温度；
步骤32：判断指标温度是否低于预设的第一温度阈值，若“是”，执行步骤33；若“否”，执行步骤34；优选地，所述第一温度阈值为0摄氏度。
步骤33：燃料电池处于低温模式；
步骤34：判断燃料电池系统记录的当前日期之前n日内的指标温度是否全部高于预设的第一温度阈值，若“是”，执行步骤35；若“否”，执行步骤36；
步骤35：燃料电池处于常温模式；
步骤36：判断冷吹扫标志是否为1，若“是”，执行步骤33；若“否”，执行步骤35。
图8示出了如图2所示的根据本发明一个实施方式的燃料电池系统停机吹扫的自适应控制方法的判断燃料电池系统是否处于冷储藏模式的流程图。如图8所示，判断燃料电池系统是否处于冷储藏模式包括：
步骤41：采集指标温度；
步骤42：判断指标温度是否低于预设的第二温度阈值，若“是”，执行步骤43；若“否”，执行步骤44；
步骤43：燃料电池处于冷储藏模式；
步骤44：判断燃料电池系统记录的当前日期之前n日内的指标温度是否全部高于预设的第二温度阈值，若“是”，执行步骤45；若“否”，执行步骤43；
步骤45：燃料电池处于常温模式。
根据本发明的上述任意一个实施方式提供的燃料电池系统停机吹扫的自适应控制方法，其中冷吹扫的吹扫强度大于常温吹扫的吹扫强度。所述吹扫强度越大，用于吹扫的空气流量越大，氢气排氢阀的开关频率越高或吹扫时间持续越长。
根据本发明的上述任意一个实施方式提供的燃料电池系统停机吹扫的自适应控制方法，其中冷储藏吹扫的吹扫强度大于常温吹扫的吹扫气体强度但小于冷吹扫的吹扫强度。
根据本发明的上述任意一个实施方式提供的燃料电池系统停机吹扫的自适应控制方法，其中所述指标温度包括但不限于环境温度、电堆的冷却液入口温度、电堆的冷却液出口温度、电堆温度或其它燃料电池系统的设备温度。
根据本发明的上述任意一个实施方式提供的燃料电池系统停机吹扫的自适应控制方法，其中所述第二温度阈值高于第一温度阈值。
根据本发明的上述任意一个实施方式提供的燃料电池系统停机吹扫的自适应控制方法，燃料电池系统的控制器以定时唤醒的方式低电压自动启动记录当日的指标温度，优选地，燃料电池系统的低电压启动的电压值设置为12V或24V；当指标温度为环境温度时，燃料电池系统还能够通过互联网获取当前日期及之前n日内的环境温度。
该燃料电池系统停机吹扫的自适应控制方法的优点在于：能够根据本次和上次停机时的温度确定吹扫方式，并根据停机时的温度、开机前和开机时的温度选择启动方式，解决了燃料电池系统停机时无法预知下次开机前的环境温度情况导致的吹扫过度或者不足的问题；能够避免在无人的情况下以400-700V电压启动燃料电池系统，减少了安全隐患。
当然应意识到，虽然通过本发明的示例已经进行了前面的描述，但是对本发明做出的将对本领域的技术人员显而易见的这样和其他的改进及改变应认为落入如本文提出的本发明宽广范围内。因此，尽管本发明已经参照了优选的实施方式进行描述，但是，其意并不是使具新颖性的部件由此而受到限制，相反，其旨在包括符合上述公开部分、权利要求的广阔范围之内的各种改进和等同修改。
Claims (11)
1.一种燃料电池系统停机吹扫的自适应控制方法，其特征在于，所述燃料电池系统停机吹扫的自适应控制方法多个步骤：
步骤1：停机冷吹扫处理：
步骤2：开机启动处理，
所述步骤1：停机冷吹扫处理包括：
步骤11：燃料电池系统停机；
步骤12：判断燃料电池系统是否处于低温模式，若“是”，执行步骤13；所述低温模式是指当燃料电池系统针对接近或低于0℃的工作环境预先设定的一种工作方式；
步骤13：执行燃料电池冷吹扫并将冷吹扫标志设为1，
所述步骤2：开机启动处理包括：
步骤21：燃料电池系统开机；
步骤22：判断燃料电池系统是否处于低温模式，若“是”，执行步骤23；
步骤23：判断冷吹扫标志是否为1，若“是”，执行步骤24；若“否”，执行步骤25；
步骤24：燃料电池系统执行内源冷启动，然后处理结束；
步骤25：燃料电池系统执行外源冷启动，然后处理结束。
2.如权利要求1所述的燃料电池系统停机吹扫的自适应控制方法，其特征在于，所述冷吹扫标志的初始值为0。
3.如权利要求2所述的燃料电池系统停机吹扫的自适应控制方法，其特征在于，判断燃料电池系统是否处于低温模式包括：
步骤31：采集指标温度；
步骤32：判断指标温度是否低于预设的第一温度阈值，若“是”，执行步骤33；若“否”，执行步骤34；
步骤33：燃料电池处于低温模式；
步骤34：判断燃料电池系统记录的当前日期之前n日内的指标温度是否全部高于预设的第一温度阈值，若“是”，执行步骤35；若“否”，执行步骤36；
步骤35：燃料电池处于常温模式；
步骤36：判断冷吹扫标志是否为1，若“是”，执行步骤33；若“否”，执行步骤35。
4.如权利要求3所述的燃料电池系统停机吹扫的自适应控制方法，其特征在于，所述步骤12：判断燃料电池系统是否处于低温模式，若“否”，执行步骤14；
步骤14：执行燃料电池常温吹扫并将冷吹扫标志设为0。
5.如权利要求4所述的燃料电池系统停机吹扫的自适应控制方法，其特征在于，所述步骤22：判断燃料电池系统是否处于低温模式，若“否”，执行步骤26；
步骤26：燃料电池系统执行常温启动，然后处理结束。
6.如权利要求3所述的燃料电池系统停机吹扫的自适应控制方法，其特征在于，所述步骤12：判断燃料电池系统是否处于低温模式，若“否”，执行步骤15；
步骤15：判断燃料电池系统是否处于冷储藏模式，若“是”，执行步骤16；若“否”，执行步骤17；
步骤16：执行燃料电池冷储藏吹扫并将冷吹扫标志设为0；
步骤17：执行燃料电池常温吹扫并将冷吹扫标志设为0。
7.如权利要求6所述的燃料电池系统停机吹扫的自适应控制方法，其特征在于，所述步骤22：判断燃料电池系统是否处于低温模式，若“否”，执行步骤27；
步骤27：判断燃料电池系统是否处于冷储藏模式，若“是”，执行步骤23；若“否”，执行步骤28；
步骤28：燃料电池系统执行常温启动，然后处理结束。
8.如权利要求7所述的燃料电池系统停机吹扫的自适应控制方法，其特征在于，判断燃料电池系统是否处于冷储藏模式包括：
步骤41：采集指标温度；
步骤42：判断指标温度是否低于预设的第二温度阈值，若“是”，执行步骤43；若“否”，执行步骤44；
步骤43：燃料电池处于冷储藏模式；
步骤44：判断燃料电池系统记录的当前日期之前n日内的指标温度是否全部高于预设的第二温度阈值，若“是”，执行步骤45；若“否”，执行步骤43；
步骤45：燃料电池处于常温模式。
9.如权利要求3所述的燃料电池系统停机吹扫的自适应控制方法，其特征在于，冷吹扫的吹扫强度大于常温吹扫的吹扫强度。
10.如权利要求4所述的燃料电池系统停机吹扫的自适应控制方法，其特征在于，冷储藏吹扫的吹扫强度大于常温吹扫的吹扫气体强度但小于冷吹扫的吹扫强度。
11.如权利要求3和8中任一权利要求所述的燃料电池系统停机吹扫的自适应控制方法，其特征在于，所述指标温度为环境温度、电堆的冷却液入口温度、电堆的冷却液出口温度或电堆温度。
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