CN114597453A - 一种燃料电池系统的热待机运行控制方法、燃料电池系统、存储介质以及电子装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种燃料电池系统的热待机运行控制方法、燃料电池系统、存储介质以及电子装置。本发明方法，包括：计算燃料电池系统中电堆的输出电流值，降低所述燃料电池系统中电堆的输出电流值，切断电堆及系统内置锂电池并联后系统对外输出的途径，得到所述燃料电池系统的初始运行策略；基于所述燃料电池系统的初始运行策略，进入热待机第一阶段，联通电堆与燃料电池系统内置锂电池，使电堆以小电流对锂电池充电；当燃料电池系统内置锂电池达到电量充满的状态，停止执行热待机第一阶段，进入热待机第二阶段，得到所述燃料电池系统的最终运行策略。本发明的技术方案解决了现有技术中的系统二次启动时间长、系统频繁启停寿命降低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，具体而言，尤其涉及一种燃料电池系统的热待机运行控制方法、燃料电池系统、存储介质以及电子装置。
背景技术
燃料电池系统的工作过程包括启动阶段、额定输出阶段及停机阶段。其中系统启动阶段包括系统电加热、燃烧室起燃、重整升温及电堆加热升温。系统启动阶段需要耗费大量的时间和电能，当电池系统需要短暂停止对外输出时如果能做到系统热待机运行，将能够节省大量的燃料、电能及重新启动的时间，同时热待机运行能够实现快速的二次启动并且能够延长电池系统的寿命及可靠性。
现有燃料电池系统的热待机控制策略即在系统完成启动进入到额定输出阶段，且外部环境不需要系统对外输出时，系统的运行状态随着外部用电环境的变化而做出相应的改变，当系统外部环境不需要燃料电池系统对外输出电能时，系统便开始进入到停机程序，停机过程中燃料电池系统气泵由正常工作阶段额定输出时的开度逐步增大到停机程序阶段的气泵开度，一般开度增加40％～60％。在系统停机过程中，燃料电池系统内部的辅助部件如燃料液泵、电磁阀、散热风扇等停止工作，燃料电池系统核心模块电堆及重整器也停止进料放电。通过大气量气泵将系统内环境温度逐步由160摄氏度降至100 摄氏度以下达到完全停止运行系统断电的状态，使系统通过与外界环境的热量交换自由降温到室温状态。在系统由额定输出转到停机阶段，系统内部泵阀等辅助部件频繁的启停会降低辅助电子元器件的使用寿命，燃料电池系统频繁停机严重影响系统的核心模块电堆，电堆启停过程中会在电堆MEA两侧形成氢空界面严重影响电堆的使用寿命。同时在电堆频繁启停的过程中由于温差变化较大，通常由室温25摄氏度左右至燃料电池电堆正常工作温度 160摄氏度左右，温差剧烈变化也会影响燃料电池电堆密封材料的使用寿命。
现市面上的大部分系统产品，尤其是高温甲醇燃料电池系统基本没有热待机功能，导致系统在外部负载短时间归零时，系统只能进入停机程序，使系统内部温度降至室温状态，如果需要重新启动系统对外额定输出时，又要重新对系统进行加热启动，该过程不仅大大消耗了电能，同时系统也不能实现快速启动进入额定工作状态。
发明内容
根据上述提出系统二次启动时间长、系统频繁启停寿命降低等技术问题，而提供一种燃料电池系统的热待机运行控制方法、燃料电池系统、存储介质以及电子装置。本发明热待机运行控制方法能够在短时间内迅速恢复系统样机的正常工作状态，且能够在较短的时间内完成二次启动，进而节省电能提高系统的效率。
本发明采用的技术手段如下：
一种燃料电池系统的热待机运行控制方法，包括：
计算燃料电池系统中电堆的输出电流值，降低所述燃料电池系统中电堆的输出电流值，切断电堆及系统内置锂电池并联后系统对外输出的途径，得到所述燃料电池系统的初始运行策略；
基于所述燃料电池系统的初始运行策略，进入热待机第一阶段；
当燃料电池系统内置锂电池达到电量充满的状态，停止执行热待机第一阶段，进入热待机第二阶段，得到所述燃料电池系统的最终运行策略。
进一步地，所述初始运行策略具体包括：
当系统在额定输出状态，且检测到系统对外输出不断减小或一瞬间断开系统外部用电设备时，降低系统内燃料电池电堆电流的大小；
检测系统外用电设备接收功率的数值，调整电堆的输出电流，综合计算程序电堆电流值和电堆温度，调节燃料电池系统重整燃料泵的开度，使得系统内重整制氢量与系统电堆输出相匹配；
若系统外部用电设备断开，调整降低燃料电池系统10％的电流数值，降低电堆的输出电流，同时电堆电压升高，电堆所输出的电能通过DCDC转换并输入到与电堆并联的系统内置锂电池中，为锂电池充电；
当系统电堆电流降低至200mA/cm2时，停止降低电堆的电流，此时电堆输出电流达到系统设定的锂电池充电的最大电流，调节系统内的泵阀辅助部件使得燃料电池电堆在200mA/cm2电流密度下工作。
进一步地，所述热待机第一阶段具体包括：
联通电堆与燃料电池系统内置锂电池，使电堆以小电流对锂电池充电。
进一步地，当燃料电池系统内置锂电池充电至锂电池容量的90％时，进入热待机第二阶段。
进一步地，所述热待机第二阶段具体包括：
切断电堆与燃料电池系统内置锂电池的联通；
降低所述燃料电池系统中电堆的输出电流值；
电堆自身的加热片对电堆进行电加热，直到电堆小电流放电产生的电能与电堆自身的加热片消耗的电能相等。
本发明还提供了一种燃料电池系统，所述燃料电池系统运行时，执行上述热待机运行控制方法。
一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，所述程序运行时，执行上述热待机运行控制方法。
一种电子装置，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器通过所述计算机程序运行执行上述热待机运行控制方法。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明提供的燃料电池系统的热待机运行控制方法，能够在短时间内迅速恢复系统样机的正常工作状态，也能够在较短的时间内完成二次启动，同时节省电能提高系统的效率。
2、本发明提供的燃料电池系统的热待机运行控制方法，能够保证系统内的核心模块电堆及重整等重要部件不必为了短暂的停机导致频繁的升降温，延长电堆等核心模块的使用寿命、提高电堆的可靠性，进而增强系统的寿命及可靠性。
3、本发明提供的燃料电池系统的热待机运行控制方法，由于系统内置了锂电池作为系统启动阶段的电源装置，当采用热待机策略时能够保证系统内的锂电池在热待机状态下，系统自身对锂电池进行充电，保证系统内置的锂电池电量充足，不需要外接充电装置。
基于上述理由本发明可在燃料电池等领域广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明方法流程图。
图2为本发明实施例提供的正常工作状态下系统的工作方式示意图。
图3为本发明实施例提供的系统进入热待机第一阶段示意图。
图4为本发明实施例提供的系统进入热待机第二阶段示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
实施例
如图1所示，本发明提供了一种燃料电池系统的热待机运行控制方法，包括：
计算燃料电池系统中电堆的输出电流值，降低所述燃料电池系统中电堆的输出电流值，切断电堆及系统内置锂电池并联后系统对外输出的途径，得到所述燃料电池系统的初始运行策略；
基于所述燃料电池系统的初始运行策略，进入热待机第一阶段；
当燃料电池系统内置锂电池达到电量充满的状态，停止执行热待机第一阶段，进入热待机第二阶段，得到所述燃料电池系统的最终运行策略。
具体实施时，作为本发明优选的实施方式，如图2所示，上述初始运行策略具体包括：
当系统在额定输出状态，且检测到系统对外输出不断减小或一瞬间断开系统外部用电设备时，降低系统内燃料电池电堆电流的大小；
检测系统外用电设备接收功率的数值，调整电堆的输出电流，综合计算程序电堆电流值和电堆温度，调节燃料电池系统重整燃料泵的开度，使得系统内重整制氢量与系统电堆输出相匹配；
若系统外部用电设备断开，调整降低燃料电池系统10％的电流数值，降低电堆的输出电流，同时电堆电压升高，电堆所输出的电能通过DCDC转换并输入到与电堆并联的系统内置锂电池中，为锂电池充电；
当系统电堆电流降低至200mA/cm2时，停止降低电堆的电流，此时电堆输出电流达到系统设定的锂电池充电的最大电流，调节系统内的泵阀辅助部件使得燃料电池电堆在200mA/cm2电流密度下工作。
具体实施时，作为本发明优选的实施方式，如图3所示，所述热待机第一阶段具体包括：联通电堆与燃料电池系统内置锂电池，使电堆以小电流对锂电池充电。
短时间的系统热待机运行能够满足一般使用情况下外部用电设备断开或者降载使用的状况，通过系统的热待机运行能够随时准备使系统重新达到额定输出的状态，此时系统的核心电堆模块的运行温度仍然维持在额定工作时的额定温度160摄氏度到180摄氏度之间。由于系统内置的锂电池的容量的限制，当系统长时间热待机运行时，电堆模块不断给锂电池以最优的电流数值充电，锂电池在一定的时间内会达到充满电的状态，此时如果继续以上述热待机策略运行将会对锂电池的使用造成危险。因此，当进入热待机第一阶段，将锂电池充电至锂电池容量的90％时，系统进入热待机第二阶段。
具体实施时，作为本发明优选的实施方式，如图4所示，所述热待机第二阶段具体包括：
切断电堆与燃料电池系统内置锂电池的联通；
降低所述燃料电池系统中电堆的输出电流值；
电堆自身的加热片对电堆进行电加热，直到电堆小电流放电产生的电能与电堆自身的加热片消耗的电能相等。
当锂电池充电至额定容量的90％后，进一步降低电堆的电流密度至 100mA/cm2，由于电堆以小电流对外输出，电堆的自身发热量降低导致在系统正常运行状态下，电堆的温度难以能够维持在额定工作温度范围内，电堆温度会进一步降低。为了保证燃料电池系统在二次启动时能够迅速达到额定工作状态，包括电堆温度始终维持在额定的工作温度范围内，系统需要将电堆上的加热片开启，电堆加热片所消耗的电功率与电堆第二次降低电流密度后输出的电功率基本相等，即此时电堆输出的电功率用于电堆维持自身温度的加热片所消耗的功率及维持系统正常运转所需要的泵阀等辅助部件所消耗的电功率的总和。因此，在系统内部的锂电池达到容量的90％时，进入到系统热待机第二阶段，该阶段能够长期维持系统的运行状态，保证在长时间的热待机条件下，系统仍然能够正常工作，且能够迅速的恢复到额定对外输出功率的工作状态。
本发明实施例提供了一种燃料电池系统，所述燃料电池系统运行时，执行上述热待机运行控制方法。对于本发明实施例的而言，由于其与上面实施例中的相对应，所以描述的比较简单，相关相似之处请参见上面实施例中部分的说明即可，此处不再详述。
本发明实施例提供了一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，所述程序运行时，执行上述热待机运行控制方法。
本发明实施例提供了一种电子装置，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器通过所述计算机程序运行执行上述热待机运行控制方法。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (8)
1.一种燃料电池系统的热待机运行控制方法，其特征在于，包括：
计算燃料电池系统中电堆的输出电流值，降低所述燃料电池系统中电堆的输出电流值，切断电堆及系统内置锂电池并联后系统对外输出的途径，得到所述燃料电池系统的初始运行策略；
基于所述燃料电池系统的初始运行策略，进入热待机第一阶段；
当燃料电池系统内置锂电池达到电量充满的状态，停止执行热待机第一阶段，进入热待机第二阶段，得到所述燃料电池系统的最终运行策略。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统的热待机运行控制方法，其特征在于，所述初始运行策略具体包括：
当系统在额定输出状态，且检测到系统对外输出不断减小或一瞬间断开系统外部用电设备时，降低系统内燃料电池电堆电流的大小；
检测系统外用电设备接收功率的数值，调整电堆的输出电流，综合计算程序电堆电流值和电堆温度，调节燃料电池系统重整燃料泵的开度，使得系统内重整制氢量与系统电堆输出相匹配；
若系统外部用电设备断开，调整降低燃料电池系统10％的电流数值，降低电堆的输出电流，同时电堆电压升高，电堆所输出的电能通过DCDC转换并输入到与电堆并联的系统内置锂电池中，为锂电池充电；
当系统电堆电流降低至200mA/cm2时，停止降低电堆的电流，此时电堆输出电流达到系统设定的锂电池充电的最大电流，调节系统内的泵阀辅助部件使得燃料电池电堆在200mA/cm2电流密度下工作。
3.根据权利要求1所述的燃料电池系统的热待机运行控制方法，其特征在于，所述热待机第一阶段具体包括：
联通电堆与燃料电池系统内置锂电池，使电堆以小电流对锂电池充电。
4.根据权利要求1所述的燃料电池系统的热待机运行控制方法，其特征在于，当燃料电池系统内置锂电池充电至锂电池容量的90％时，进入热待机第二阶段。
5.根据权利要求1所述的燃料电池系统的热待机运行控制方法，其特征在于，所述热待机第二阶段具体包括：
切断电堆与燃料电池系统内置锂电池的联通；
降低所述燃料电池系统中电堆的输出电流值；
电堆自身的加热片对电堆进行电加热，直到电堆小电流放电产生的电能与电堆自身的加热片消耗的电能相等。
6.一种燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池系统运行时，执行所述权利要求1-5中任一项权利要求所述的热待机运行控制方法。
7.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质包括存储的程序，其中，所述程序运行时，执行所述权利要求1-5中任一项权利要求所述的热待机运行控制方法。
8.一种电子装置，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器通过所述计算机程序运行执行所述权利要求1至5中任一项权利要求所述的热待机运行控制方法。
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