CN114464845B - 一种燃料电池系统开机吹扫方法 - Google Patents

一种燃料电池系统开机吹扫方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种燃料电池系统开机吹扫方法，步骤为：S1、根据预设条件进行吹扫；S2、获取电堆在吹扫时电堆单池的平均电压；S3、判断所述平均电压是否大于第一设定电压；当所述平均电压不大于所述第一设定电压时，执行步骤S4；S4、判断电堆单池处于升压状态还是降压状态；当电堆单池处于升压状态时，执行步骤S5；S5、判断所述平均电压是否小于开路电压；当所述平均电压不小于所述开路电压时，则吹扫完成。本发明以单池电压是否达到开路电压为吹扫完成判断的首要依据，避免了单池电压达到开路状态而吹扫时间没到达设定时间时还继续吹扫的问题，同时避免了对设定吹扫时间的反复标定，实现了用最短的时间来完成燃料电池开机吹扫。

Description

一种燃料电池系统开机吹扫方法
技术领域
本发明涉及燃料电堆吹扫技术领域，尤其涉及一种燃料电池系统开机吹扫方法。
背景技术
燃料电池在开机时，由于其内部存在杂质气体即存在氢空界面，故开机时需要进行吹扫，同时电堆如若想在吹扫结束后正常运行，其单池的电压必须达到开路电压。
电堆在吹扫时其所要吹扫的时间和单池的电压所要达到的条件都是提请设定好的。在开机时，若电堆内部存在氢空界面，如附图1所示，在吹扫过程中，电堆单池的电压在刚开始吹扫时，单池电压会瞬速达到一个顶点值，随着吹扫的进行，氢空界面快速被消除，与此同时，单池的电压也会从顶点值快速下降，氢空界面消除后，单池的电压会持续下降一段时间，待下降至低点值后，单池的电压会开始上升直到达到开路电压，图中A点表示顶点值，B点表示氢空界面完全消除时单池的电压，C点表示低点值，D点表示开路状态中单池电压所要达到的最低值；若电堆内部不存在氢空界面，电堆单池的电压会随着吹扫的进行不断上升，直到达到开路电压，如图2所示，图中E表示开路状态中单池电压所要达到的最低值。
而现阶段电堆吹扫时，通常设定一个吹扫时间，在吹扫时间达到后，再检测单池的电压是否达到设定条件即是否达到开路状态，如果达到了则认为吹扫完成后的电堆能正常运行，此种开机吹扫模式以时间设定优先(吹扫时间必须达到)，这个设定时间的确立需要通过大量的试验标定来获取，并且每一次燃料电池开机时所处的环境差异，每次开机吹扫的时间都应该不一样，而按照吹扫时间优先的程序设定难以针对每一次的开机进行调整，通常只能设定一个较为保守的吹扫时间，导致燃料电池系统难以用最短的时间完成开机，导致能源的浪费。
发明内容
有鉴于此，为了实现用最短的时间来完成燃料电池开机吹扫，本发明的实施例提供了一种燃料电池系统开机吹扫方法。
本发明的实施例提供的一种燃料电池系统开机吹扫方法，包括以下步骤：
S1、根据预设条件进行吹扫；
S2、获取电堆在吹扫时电堆单池的平均电压；
S3、判断所述平均电压是否大于第一设定电压；
当所述平均电压不大于所述第一设定电压时，执行步骤：
S4、判断电堆单池处于升压状态还是降压状态；
当电堆单池处于升压状态时，执行步骤：
S5、判断所述平均电压是否小于开路电压；
当所述平均电压不小于所述开路电压时，则吹扫完成。
进一步地，步骤S3之前还包括步骤：
S3a、获取电堆单池达到所述平均电压的吹扫时间；
S3b、判断所述吹扫时间是否大于设定吹扫时间；
当所述吹扫时间大于所述设定吹扫时间时，则提示开机故障；
当所述吹扫时间不大于所述设定吹扫时，则执行步骤S3。
进一步地，当所述平均电压大于所述第一设定电压时，执行步骤S1；和/或，当电堆单池处于降压状态时，执行步骤S1。
进一步地，当所述平均电压小于所述开路电压时，执行步骤S1。
进一步地，步骤S1具体包括步骤：
S11、接收开机吹扫指令；
S12、使氢气路的比例阀处于开启状态，以使氢气以设定氢气进堆压力进堆；
S13、判断氢气出堆压力是否小于设定氢气出堆压力；其中，所述设定氢气出堆压力大于大气压；
当氢气出堆压力是小于设定氢气出堆压力时，执行步骤S12；
当氢气出堆压力是不小于设定氢气出堆压力时，执行步骤：
S14、使氢气路的排水阀、空气路的背压阀和空气路的截止阀均处于开启状态，同时使空压机运转以达到第一设定转速。
进一步地，所述使空压机运转以达到第一设定转速具体包括步骤：
S141、运转空压机；
S142、获取空压机的实时转速；
当所述实时转速等于第一设定转速时，执行步骤S2；
当所述实时转速大于等于第二设定转速时，执行步骤S2；其中，所述第二设定转速小于第一设定转速；
当所述实时转速小于第二设定转速时，执行步骤：
S143、维持空压机运转直到其转速达到第一设定转速。
进一步地，步骤S4具体包括步骤：
判断当前获取的平均电压与前一次获取的平均电压是否满足判断条件；
若满足判断条件，则电堆单池处于升压状态；
若不满足判断条件，则电堆单池处于降压状态。
进一步地，所述判断条件为：
Un-Un-1＞0
其中，Un为当前获取的平均电压，单位为V；Un-1为前一次获取的平均电压，单位为V；n≥2且为自然数；
或者，
Un/Un-1＞1
其中，Un为当前获取的平均电压单位为V；Un-1为前一次获取的平均电压，单位为V；n≥2且为自然数；
或者，
(Un-Un-1)/Δt＞0
其中，Un为当前获取的平均电压，单位为V；Un-1为前一次获取的平均电压单位为V；n≥2且为自然数；Δt为获取Un和Un-1之间的间隔时间，单位为s。
本发明还提供一种终端设备，所述终端设备包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的执行程序，所述执行程序配置为实现上述任意一项所述的一种燃料电池系统开机吹扫方法的步骤。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有执行程序，所述执行程序被处理器执行时实现上述任意一项所述的一种燃料电池系统开机吹扫方法的步骤。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
第一，以单池电压是否达到开路电压为吹扫完成判断的首要依据，避免了单池电压达到开路状态而吹扫时间没到达设定时间时还继续吹扫的问题；
第二，适用于不同的工况中，避免了对设定吹扫时间的反复标定；
第三，实现了用最短的时间来完成燃料电池开机吹扫。
附图说明
图1是现有技术中电堆内部存在氢空界面时其吹扫过程中单池电压的变化情况示意图；
图2是现有技术中电堆内部不存在氢空界面时其吹扫过程中单池电压的变化情况示意图；
图3是本发明的一种燃料电池系统开机吹扫方法的判断流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图3，本发明的实施例提供了一种燃料电池系统开机吹扫方法，其包括以下步骤：
S1、根据预设条件进行吹扫。
具体地，步骤S1包括以下步骤：
S11、接收开机吹扫指令。
S12、使氢气路的比例阀处于开启状态，以使氢气以设定氢气进堆压力进堆。
S13、判断氢气出堆压力是否小于设定氢气出堆压力；其中，所述设定氢气出堆压力大于大气压；当氢气出堆压力是小于设定氢气出堆压力时，返回步骤S12；这样就可以确保在通入氢气后能够起到排出电堆内部氢空界面的作用，同时也可以防止外部空气从氢气出口倒灌进入电堆；当氢气出堆压力是不小于设定氢气出堆压力时，执行步骤S14。
S14、使氢气路的排水阀、空气路的背压阀和空气路的截止阀均处于开启状态，同时使空压机运转以达到第一设定转速。
进一步地，在步骤S14中所述使空压机运转以达到第一设定转速具体包括步骤：
S141、运转空压机；
S142、获取空压机的实时转速；当所述实时转速等于第一设定转速时，执行步骤S2；当所述实时转速大于等于第二设定转速时，执行步骤S2，其中，所述第二设定转速小于第一设定转速，在本实施例中所述第一设定转速与所述第二设定转速的差值小于100；当所述实时转速小于第二设定转速时，执行步骤S143。
S143、维持空压机运转直到其转速达到第一设定转速。
S2、获取电堆在吹扫时电堆单池的平均电压。
S3a、获取电堆单池达到所述平均电压的吹扫时间。
S3b、判断所述吹扫时间是否大于设定吹扫时间，其中，所述设定吹扫时间提前由燃料电池的性能标定得到，所述设定吹扫时间为一个较为保守的吹扫时间，其满足燃料电池不同工况的需求；当所述吹扫时间大于所述设定吹扫时间时，则提示开机故障；当所述吹扫时间不大于所述设定吹扫时，则执行步骤S3。
S3、判断所述平均电压是否大于第一设定电压，所述第一设定电压为电堆内部的氢空界面完全消除时单池的电压；当所述平均电压大于所述第一设定电压时，表明电堆内部的氢空界面没有被完全消除，执行步骤S1；当所述平均电压不大于所述第一设定电压时，表明电堆内部的氢空界面完全消除了，执行步骤S4。
S4、判断电堆单池处于升压状态还是降压状态，当电堆单池处于升压状态时，执行步骤S5。
具体地，步骤S4包括以下步骤：
判断当前获取的平均电压与前一次获取的平均电压是否满足判断条件；若满足判断条件，则电堆单池处于升压状态，执行步骤S5；若不满足判断条件，则电堆单池处于降压状态，返回步骤S1。
进一步地，所述判断条件为：
Un-Un-1＞0
其中，Un为当前获取的平均电压，单位为V；Un-1为前一次获取的平均电压，单位为V；n≥2且为自然数。
进一步地，在本发明的第二个实施例中，与上述实施例不同的是，本实施例的所述判断条件为：
Un/Un-1＞1
其中，Un为当前获取的平均电压单位为V；Un-1为前一次获取的平均电压，单位为V；n≥2且为自然数。
进一步地，在本发明的第三个实施例中，与上述两个实施例不同的是，本实施例的所述判断条件为：
(Un-Un-1)/Δt＞0
其中，Un为当前获取的平均电压，单位为V；Un-1为前一次获取的平均电压单位为V；n≥2且为自然数；Δt为获取Un和Un-1之间的间隔时间，单位为s，在本实施例中Δt为1秒。
S5、判断所述平均电压是否小于开路电压；当所述平均电压小于所述开路电压时，执行步骤S1；当所述平均电压不小于所述开路电压时，则吹扫完成。
具体地，当所述平均电压不小于所述开路电压时，表明电堆已经满足了运行条件，随后接受电堆吹扫完成指令，根据目标电流调节氢气路和空气路，并加载电流。
在本实施例中，一种终端设备，所述终端设备包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的执行程序，所述执行程序配置为实现上述任意一项所述的一种燃料电池系统开机吹扫方法的步骤。
在本实施例中，一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有执行程序，所述执行程序被处理器执行时实现上述任意一项所述的一种燃料电池系统开机吹扫方法的步骤。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种燃料电池系统开机吹扫方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据预设条件进行吹扫；
S2、获取电堆在吹扫时电堆单池的平均电压；
S3、判断所述平均电压是否大于第一设定电压；
当所述平均电压不大于所述第一设定电压时，执行步骤：
S4、判断电堆单池处于升压状态还是降压状态；
当电堆单池处于升压状态时，执行步骤：
S5、判断所述平均电压是否小于开路电压；
当所述平均电压不小于所述开路电压时，则吹扫完成；
其中，
在步骤S3中时，当所述平均电压大于所述第一设定电压时，执行步骤S1；
在步骤S4中时，当电堆单池处于降压状态时，执行步骤S1；
在步骤S5中时，当所述平均电压小于所述开路电压时，执行步骤S1；
步骤S3之前还包括步骤：
S3a、获取电堆单池达到所述平均电压的吹扫时间；
S3b、判断所述吹扫时间是否大于设定吹扫时间；
当所述吹扫时间大于所述设定吹扫时间时，则提示开机故障；
当所述吹扫时间不大于所述设定吹扫时，则执行步骤S3。
2.如权利要求1所述的一种燃料电池系统开机吹扫方法，其特征在于，步骤S1具体包括步骤：
S11、接收开机吹扫指令；
S12、使氢气路的比例阀处于开启状态，以使氢气以设定氢气进堆压力进堆；
S13、判断氢气出堆压力是否小于设定氢气出堆压力；其中，所述设定氢气出堆压力大于大气压；
当氢气出堆压力是小于设定氢气出堆压力时，执行步骤S12；
当氢气出堆压力是不小于设定氢气出堆压力时，执行步骤：
S14、使氢气路的排水阀、空气路的背压阀和空气路的截止阀均处于开启状态，同时使空压机运转以达到第一设定转速。
3.如权利要求2所述的一种燃料电池系统开机吹扫方法，其特征在于，所述使空压机运转以达到第一设定转速具体包括步骤：
S141、运转空压机；
S142、获取空压机的实时转速；
当所述实时转速等于第一设定转速时，执行步骤S2；
当所述实时转速大于等于第二设定转速时，执行步骤S2；其中，所述第二设定转速小于第一设定转速；
当所述实时转速小于第二设定转速时，执行步骤：
S143、维持空压机运转直到其转速达到第一设定转速。
4.如权利要求1-3任意一项所述的燃料电池系统开机吹扫方法，其特征在于，步骤S4具体包括步骤：
判断当前获取的平均电压与前一次获取的平均电压是否满足判断条件；
若满足判断条件，则电堆单池处于升压状态；
若不满足判断条件，则电堆单池处于降压状态。
5.如权利要求4所述的燃料电池系统开机吹扫方法，其特征在于，所述判断条件为：
Un-Un-1＞0
其中，Un为当前获取的平均电压，单位为V；Un-1为前一次获取的平均电压，单位为V；n≥2且为自然数；
或者，
Un/Un-1＞1
其中，Un为当前获取的平均电压单位为V；Un-1为前一次获取的平均电压，单位为V；n≥2且为自然数；
或者，
(Un-Un-1)/Δt＞0
其中，Un为当前获取的平均电压，单位为V；Un-1为前一次获取的平均电压单位为V；n≥2且为自然数；Δt为获取Un和Un-1之间的间隔时间，单位为s。
6.一种终端设备，其特征在于，所述终端设备包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的执行程序，所述执行程序配置为实现如权利要求1-5任意一项所述的一种燃料电池系统开机吹扫方法的步骤。
7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有执行程序，所述执行程序被处理器执行时实现如权利要求1-5任意一项所述的一种燃料电池系统开机吹扫方法的步骤。
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