CN115172815B - 一种燃料电池的冷启动控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种燃料电池的冷启动控制系统及方法，涉及燃料电池技术领域。燃料电池的冷启动控制系统包括：燃料电池，燃料电池包括电堆和冷却液，冷却液用于对电堆进行热管理；台架，台架与电堆的阳极连通，用于向阳极通入氢气，台架还与电堆的阴极连通，用于向阴极通入空气；多通阀门，多通阀门设置在台架与电堆的阴极之间，且连通大气环境，用于控制电堆的阴极的进气量；控制装置，控制装置与多通阀门连接，用于获取电堆冷启动时冷却液的温度，并根据温度确定多通阀门的目标开度，且控制多通阀门按照目标开度打开。本发明能够快速地提升燃料电池的电堆的温度，降低燃料电池启动时的暖机时间，从而提高燃料电池的台架试验效率。
Description
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的冷启动控制系统及方法。
背景技术
燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置。在进行燃料电池台架试验时，台架向燃料电池的电堆提供化学反应所需的氢气和空气，以使得电堆能够产生电能。电堆产生的电能可以带动发动机工作。
但是，由于燃料电池的电堆冷启动时，燃料电池的冷却液温度较低，使得电堆升温速度较慢，燃料电池启动时暖机时间较长，从而降低了燃料电池的台架试验效率。
发明内容
本发明提供一种燃料电池的冷启动控制系统及方法，能够在进行燃料电池台架试验时，提高燃料电池的台架试验效率。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明提供一种燃料电池的冷启动控制系统，该系统包括：
燃料电池，燃料电池包括电堆和冷却液，冷却液用于对电堆进行热管理；
台架，台架与电堆的阳极连通，用于向阳极通入氢气，台架还与电堆的阴极连通，用于向阴极通入空气；
多通阀门，多通阀门设置在台架与电堆的阴极之间，且连通大气环境，用于控制电堆的阴极的进气量；
控制装置，控制装置与多通阀门连接，用于获取电堆冷启动时冷却液的温度，并根据温度确定多通阀门的目标开度，且控制多通阀门按照目标开度打开。
在一种可能的实现方式中，该系统还包括温度传感器；温度传感器与控制装置连接，用于采集电堆冷启动时冷却液的温度，并向控制装置发送该温度。
在一种可能的实现方式中，台架通过第一管道与电堆的阳极连通，台架还通过第二管道与电堆的阴极连通；多通阀门设置在第二管道上。
在一种可能的实现方式中，多通阀门为电动三通阀。
在一种可能的实现方式中，控制装置，具体用于根据预存的映射关系确定温度对应的目标开度，映射关系包括预设温度范围内，每个温度与多通阀门的阀门开度的映射关系。
在一种可能的实现方式中，控制装置，还用于获取预设温度范围内，每个温度下的第一对应关系、第二对应关系和第三对应关系，并根据第一对应关系、第二对应关系、第三对应关系以及预设氢气浓度，确定映射关系；第一对应关系为阴极氢气浓度与阴极计量比之间的对应关系，阴极计量比用于指示电堆的阴极的进气量，第二对应关系为在冷启动怠速预设电流密度下，阴极计量比与燃料电池的平均电压之间的对应关系，第三对应关系为平均电压与阀门开度之间的对应关系，预设氢气浓度为氢气最小爆炸极限浓度。
第二方面，本发明提供一种燃料电池的冷启动控制方法，应用于如第一方面及其任一种可能的实现方式的燃料电池的冷启动控制系统，包括：
获取燃料电池的电堆在冷启动时，燃料电池的冷却液的温度；
根据该温度确定多通阀门的目标开度；
控制多通阀门按照目标开度打开。
在一种可能的实现方式中，根据温度确定多通阀门的目标开度，包括：根据预存的映射关系确定温度对应的目标开度，映射关系包括预设温度范围内，每个温度与多通阀门的阀门开度的映射关系。
在一种可能的实现方式中，该方法还包括：获取预设温度范围内，每个温度下的第一对应关系、第二对应关系和第三对应关系；第一对应关系为阴极氢气浓度与阴极计量比之间的对应关系，阴极计量比用于指示电堆的阴极的进气量，第二对应关系为在冷启动怠速预设电流密度下，阴极计量比与燃料电池的平均电压之间的对应关系，第三对应关系为平均电压与阀门开度之间的对应关系；根据第一对应关系、第二对应关系、第三对应关系以及预设氢气浓度，确定映射关系，预设氢气浓度为氢气最小爆炸极限浓度。
在一种可能的实现方式中，根据第一对应关系、第二对应关系、第三对应关系以及预设氢气浓度，确定映射关系，包括：根据每个温度下的第一对应关系和预设氢气浓度，确定每个温度对应的最小阴极计量比；根据每个温度下的第二对应关系，以及每个温度对应的最小阴极计量比，确定每个温度对应的最小平均电压；根据每个温度下的第三对应关系，以及每个温度对应的最小平均电压，确定每个温度对应的阀门开度；根据每个温度对应的阀门开度确定映射关系。
在一种可能的实现方式中，在控制多通阀门按照目标开度打开后，该方法还包括：实时获取冷却液的液体温度；在液体温度大于预设温度时，控制多通阀门从目标开度调整至最大阀门开度，最大阀门开度为电堆的阴极的进气量达到最大时，多通阀门的开度。
在一种可能的实现方式中，在控制多通阀门按照目标开度打开后，该方法还包括：实时获取电堆的阴极氢气浓度；在阴极氢气浓度大于预设氢气浓度时，控制多通阀门从目标开度调整至最大阀门开度，最大阀门开度为电堆的阴极的进气量达到最大时，多通阀门的开度。
本发明实施例提供的燃料电池的冷启动控制系统，包括：燃料电池，燃料电池包括电堆和冷却液，冷却液用于对电堆进行热管理；台架，台架与电堆的阳极连通，用于向阳极通入氢气，台架还与电堆的阴极连通，用于向阴极通入空气；多通阀门，多通阀门设置在台架与电堆的阴极之间，且连通大气环境，用于控制电堆的阴极的进气量；控制装置，控制装置与多通阀门连接，用于获取电堆冷启动时冷却液的温度，并根据温度确定多通阀门的目标开度，且控制多通阀门按照目标开度打开。本发明在电堆冷启动时，根据获取的电堆冷启动时冷却液的温度，控制多通阀门的阀门开度至目标开度，能够使得电堆的阴极达到阴极饥饿的条件，从而利用浓差过电势拉低燃料电池对外输出的效率，将尽可能多的化学能转化为热能用于燃料电池堆本体的加热，快速地提升了燃料电池的电堆的温度，降低了燃料电池启动时的暖机时间，从而提高了燃料电池的台架试验效率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种燃料电池的冷启动控制系统的组成示意图；
图2为本发明实施例提供的一种燃料电池的冷启动控制方法的流程示意图之一；
图3为本发明实施例提供的一种燃料电池的冷启动控制方法的流程示意图之二；
图4为本发明实施例提供的一种燃料电池的冷启动控制方法的流程示意图之三；
图5为本发明实施例提供的第一对应关系示意图；
图6为本发明实施例提供的第二对应关系示意图；
图7为本发明实施例提供的第三对应关系示意图；
图8为本发明实施例提供的一种燃料电池的冷启动控制方法的流程示意图之四；
图9为本发明实施例提供的一种燃料电池的冷启动控制方法的流程示意图之五；
图10为本发明实施例提供的一种燃料电池的冷启动控制方法的流程示意图之六。
具体实施方式
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。另外，“基于”或“根据”的使用意味着开放和包容性，因为“基于”或“根据”一个或多个所述条件或值的过程、步骤、计算或其他动作在实践中可以基于额外条件或超出所述的值。
燃料电池需要工作在适宜的温度环境内，才能最大化地发挥其输出功率，因此，在燃料电池冷汗启动后，通常需要预先经过一定时间的暖机过程。
具体的，在进行燃料电池台架试验时，由于燃料电池的电堆冷启动时，燃料电池的冷却液温度较低，将会导致电堆升温速度较慢，燃料电池启动时暖机时间较长，从而降低燃料电池的台架试验效率。
为了能够在进行燃料电池台架试验时，提高燃料电池的台架试验效率，本发明实施例提供了一种燃料电池的冷启动控制系统及方法，冷启动控制系统包括：燃料电池，燃料电池包括电堆和冷却液，冷却液用于对电堆进行热管理；台架，台架与电堆的阳极连通，用于向阳极通入氢气，台架还与电堆的阴极连通，用于向阴极通入空气；多通阀门，多通阀门设置在台架与电堆的阴极之间，且连通大气环境，用于控制电堆的阴极的进气量；控制装置，控制装置与多通阀门连接，用于获取电堆冷启动时冷却液的温度，并根据温度确定多通阀门的目标开度，且控制多通阀门按照目标开度打开。本发明实施例在电堆冷启动时，根据获取的电堆冷启动时冷却液的温度，控制多通阀门的阀门开度至目标开度，能够使得电堆的阴极达到阴极饥饿的条件，从而利用浓差过电势拉低燃料电池对外输出的效率，将尽可能多的化学能转化为热能用于燃料电池堆本体的加热，快速地提升了燃料电池的电堆的温度，降低了燃料电池启动时的暖机时间，从而提高了燃料电池的台架试验效率。
图1为本发明实施例提供的一种燃料电池的冷启动控制系统的组成示意图。如图1所示，该系统可以包括燃料电池10、台架20、多通阀门30以及控制装置40，其中，燃料电池10可以包括电堆110和冷却液120。
冷却液120用于对电堆110进行热管理，避免电堆温度过低或过高。
台架20与电堆110的阳极连通，用于向阳极通入氢气，还与电堆110的阴极连通，用于向阴极通入空气。示例性的，台架20可以通过第一管道50与电堆110的阳极连通，通过第二管道60与电堆110的阴极连通。
可以理解的是，氢气进入电堆的阳极后发生氧化反应，空气进入电堆的阴极后发生还原反应，从而将化学能转换为电能。
多通阀门30设置在台架20与电堆110的阴极之间，且连通大气环境，用于控制电堆110的阴极的进气量。示例性的，多通阀门30可以设置在第二管道60上。
可以理解的是，多通阀门30可以通过将部分空气排入大气环境，从而降低进入电堆的阴极的空气的进气量。示例性的，多通阀门30为电动三通阀。
在一种可能的实现方式中，多通阀门30的阀门开度越大，进入电堆的阴极的空气就越多，排入大气环境的空气就越少。
控制装置40与多通阀门30连接，用于获取电堆110冷启动时冷却液120的温度，并根据温度确定多通阀门30的目标开度，且控制多通阀门30按照目标开度打开。
可以理解的是，冷启动时冷却液120的温度即为燃料电池的冷启动温度，不同冷启动温度对应的目标开度不同。在冷启动温度对应的目标开度下，电堆110能够达到阴极饥饿条件下，没有爆炸安全隐患的最大发热功率，从而将尽可能多的化学能转化为热能用于燃料电池堆本体的加热。
在一种很可能的实现方式中，该系统还可以包括温度传感器70。温度传感器70与控制装置40连接，用于采集电堆110冷启动时冷却液120的温度，并向控制装置40发送该温度，以使得控制装置40根据该温度确定对应的目标开度。
可选的，控制装置40可以根据预存的映射关系确定温度对应的目标开度。其中，映射关系包括预设温度范围内，每个温度与多通阀门的阀门开度的映射关系。
可以理解的是，预存的映射关系可以是控制装置40根据大量试验数据计算出的。
在一种可能的实现方式中，控制装置40可以获取预设温度范围内，每个温度下的第一对应关系、第二对应关系和第三对应关系，并根据第一对应关系、第二对应关系、第三对应关系以及预设氢气浓度，确定映射关系。其中，第一对应关系为阴极氢气浓度与阴极计量比之间的对应关系，阴极计量比用于指示电堆的阴极的进气量，第二对应关系为在冷启动怠速预设电流密度下，阴极计量比与燃料电池的平均电压之间的对应关系，第三对应关系为平均电压与阀门开度之间的对应关系，预设氢气浓度为氢气最小爆炸极限浓度。
本实施例中，在电堆冷启动时，控制装置根据获取的电堆冷启动时冷却液的温度，控制多通阀门的阀门开度至目标开度，能够使得电堆的阴极达到阴极饥饿的条件，从而利用浓差过电势拉低燃料电池对外输出的效率。在冷启动温度对应的目标开度下，电堆110能够达到阴极饥饿条件下，没有爆炸安全隐患的最大发热功率，将尽可能多的化学能转化为热能用于燃料电池堆本体的加热，快速地提升了燃料电池的电堆的温度，降低了燃料电池启动时的暖机时间，从而提高了燃料电池的台架试验效率。
当然，本发明实施例提供的燃料电池的冷启动控制系统包括但不限于上述设备。
基于图1，图2为本发明实施例提供的一种燃料电池的冷启动控制方法的流程示意图之一，如图2所示，该方法应用于上述燃料电池的冷启动控制系统，该方法执行主体为控制装置40，该方法可以包括以下步骤S201-S203。
S201、获取燃料电池10的电堆110在冷启动时，燃料电池10的冷却液120的温度。
可以理解的是，冷启动时冷却液120的温度即为燃料电池的冷启动温度。
具体的，控制装置40可以获取燃料电池10的电堆110在冷启动时，燃料电池10的冷却液120的温度。
在一种可能的实现方式中，控制装置40可以通过温度传感器70来获取该温度。
S202、根据该温度确定多通阀门30的目标开度。
S203、控制多通阀门30按照目标开度打开。
其中，多通阀门30可以通过将部分空气排入大气环境，从而降低进入电堆的阴极的空气的进气量。示例性的，多通阀门30为电动三通阀。
在一种可能的实现方式中，多通阀门30的阀门开度越大，进入电堆的阴极的空气就越多，排入大气环境的空气就越少。
可以理解的是，不同冷启动温度对应的目标开度不同。在冷启动温度对应的目标开度下，电堆110能够达到阴极饥饿条件下，没有爆炸安全隐患的最大发热功率，从而将尽可能多的化学能转化为热能用于燃料电池堆本体的加热。
具体的，控制装置40可以根据该温度确定多通阀门30的目标开度，并控制多通阀门30按照目标开度打开。
在一种可能的实现方式中，控制装置40可以采用预设的算法，根据该温度计算出多通阀门30的目标开度。
在另一种可能的实现方式中，控制装置40可以根据该温度和预存的映射关系，确定该温度对应的目标开度，映射关系包括预设温度范围内，每个温度与多通阀门30的阀门开度的映射关系。
本实施例中，在电堆冷启动时，控制装置通过控制多通阀门的阀门开度至目标开度，能够使得电堆的阴极达到阴极饥饿的条件，从而利用浓差过电势拉低燃料电池对外输出的效率。在冷启动温度对应的目标开度下，电堆110能够达到阴极饥饿条件下，没有爆炸安全隐患的最大发热功率，将尽可能多的化学能转化为热能用于燃料电池堆本体的加热，快速地提升了燃料电池的电堆的温度，降低了燃料电池启动时的暖机时间，从而提高了燃料电池的台架试验效率。
可选的，基于图2，图3为本发明实施例提供的一种燃料电池的冷启动控制方法的流程示意图之二。如图3所示，上述步骤S202具体可以包括以下步骤S301-S302。
S301、获取预存的映射关系，映射关系包括预设温度范围内，每个温度与多通阀门的阀门开度的映射关系。
S302、根据预存的映射关系确定温度对应的目标开度。
具体的，控制装置40可以获取预存的映射关系，并据预存的映射关系确定温度对应的目标开度。其中，映射关系包括预设温度范围内，每个温度与多通阀门的阀门开度的映射关系。
可选的，基于图3，图4为本发明实施例提供的一种燃料电池的冷启动控制方法的流程示意图之三。如图4所示，上述方法还可以包括以下步骤S401-S402。
S401、获取预设温度范围内，每个温度下的第一对应关系、第二对应关系和第三对应关系；第一对应关系为阴极氢气浓度与阴极计量比之间的对应关系，阴极计量比用于指示电堆的阴极的进气量，第二对应关系为在冷启动怠速预设电流密度下，阴极计量比与燃料电池的平均电压之间的对应关系，第三对应关系为平均电压与阀门开度之间的对应关系。
示例性的，图5为﹣20℃、﹣10℃、0℃以及65℃下的第一对应关系示意图，由图5可知，在一定的阴极计量比区间内，随着阴极计量比的增大(阴极所通空气的进气量增大)，阴极氢气浓度将会降低(从阳极渗透进入阴极的氢气的量降低)，不同温度下，阴极计量比与阴极氢气浓度之间的对应关系不同。图6为冷启动怠速130mA/cm2电流密度下，﹣20℃、﹣10℃、0℃以及65℃对应的第二对应关系示意图，由图6可知，在一定的阴极计量比区间内，随着阴极计量比的增大，燃料电池的电堆平均电压将会增大，不同温度下，阴极计量比与平均电压之间的对应关系不同。图7为第三对应关系示意图，由图7可知，一定的阀门开度区间内，随着阀门开度的增大，燃料电池的电堆平均电压将会增大，不同温度下，阀门开度与平均电压之间的对应关系不同。
具体的，控制装置40可以获取预设温度范围内，每个温度下的第一对应关系、第二对应关系和第三对应关系。
S402、根据第一对应关系、第二对应关系、第三对应关系以及预设氢气浓度，确定映射关系，预设氢气浓度为氢气最小爆炸极限浓度。
可以理解的是，氢气的爆炸极限浓度为4.0％～75.6％。预设氢气浓度为氢气最小爆炸极限浓度，即4％。
具体的，控制装置40可以根据第一对应关系、第二对应关系、第三对应关系以及预设氢气浓度，确定映射关系。
可选的，基于图4，图8为本发明实施例提供的一种燃料电池的冷启动控制方法的流程示意图之四。如图8所示，上述步骤S402还可以包括以下步骤S801-S804。
S801、根据每个温度下的第一对应关系和预设氢气浓度，确定每个温度对应的最小阴极计量比。
具体的，控制装置40可以根据每个温度下的第一对应关系和预设氢气浓度，确定每个温度对应的最小阴极计量比。以图5为例，在每个温度对应的曲线中，氢气浓度为4％时对应的阴极计量比，即为每个温度对应的最小阴极计量比。可以理解的是，在每个温度对应的曲线中，当阴极计量比大于最小阴极计量比时，氢气浓度将超过4％，此时电堆的阴极将有发生爆炸的风险。
S802、根据每个温度下的第二对应关系，以及每个温度对应的最小阴极计量比，确定每个温度对应的最小平均电压。
具体的，控制装置40可以根据每个温度下的第二对应关系，以及每个温度对应的最小阴极计量比，确定每个温度对应的最小平均电压。以图6为例，在每个温度对应的曲线中，每个最小阴极计量比对应的平均电压，即为每个温度对应的最小平均电压。可以理解的是，平均电压通常与电堆在阴极饥饿工况下的最大浓差电势有关，若平均电压为X，则平均电压对应的最大浓差电势为(1.23-X)V。
S803、根据每个温度下的第三对应关系，以及每个温度对应的最小平均电压，确定每个温度对应的阀门开度。
具体的，控制装置40可以根据每个温度下的第三对应关系，以及每个温度对应的最小平均电压，确定每个温度对应的阀门开度。以图7为例，在每个温度对应的曲线中，最小平均电压对应的阀门开度，即为该温度对应的阀门开度。
S804、根据每个温度对应的阀门开度确定映射关系。
具体的，控制装置40可以根据每个温度对应的阀门开度确定映射关系。
特别的，每个温度之间可以具有一定的间隔，例如，在-30-10℃的温度范围内，间隔为5℃改变温度，即可得到不同温度下，燃料电池达到阴极饥饿条件下的最大发热功率时对应的的阀门开度，用差值法即可获得在任意冷启动温度下，燃料电池达到阴极饥饿条件下的最大发热功率时对应的阀门开度。
可选的，基于图8，图9为本发明实施例提供的一种燃料电池的冷启动控制方法的流程示意图之五。如图9所示，在上述步骤S203后，上述方法还可以包括以下步骤S901-S902。
S901、实时获取冷却液的液体温度。
S902、在液体温度大于预设温度时，控制多通阀门从目标开度调整至最大阀门开度，最大阀门开度为电堆的阴极的进气量达到最大时，多通阀门的开度。
可以理解的是，冷却液的温度达到预设温度，表示燃料电池完成了暖机，无需再通过阴极饥饿来提升电堆温度。
基于此，控制装置40可以实时获取冷却液的液体温度，并在液体温度大于预设温度时，控制多通阀门从目标开度调整至最大阀门开度，以使得电堆的阴极的进气量达到最大，从而使得燃料电池的电堆不再处于阴极饥饿条件下，结束暖机过程。
可选的，基于图9，图10为本发明实施例提供的一种燃料电池的冷启动控制方法的流程示意图之六。如图10所示，在上述步骤S203后，上述方法还可以包括以下步骤S1001-S1002。
S1001、实时获取电堆的阴极氢气浓度。
S1002、在阴极氢气浓度大于预设氢气浓度时，控制多通阀门从目标开度调整至最大阀门开度，最大阀门开度为电堆的阴极的进气量达到最大时，多通阀门的开度。
可以理解的是，当系统出现故障导致阴极或阳极的进气量发生改变时，阴极氢气浓度有可能超过氢气爆炸极限浓度，这将会带来重大的安全风险。
基于此，控制装置40可以实时获取电堆的阴极氢气浓度，并在阴极氢气浓度大于预设氢气浓度时，控制多通阀门从目标开度调整至最大阀门开度，以使得电堆的阴极的进气量达到最大，从而最大化地降低爆炸风险。
上述主要从设备的角度对本发明实施例提供的方案进行了介绍。可以理解的是，设备为了实现上述功能，其包含了执行各个功能相应的硬件结构和/或软件模块。本领域技术人员应该很容易意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的算法步骤，本发明能够以硬件或硬件和计算机软件的结合形式来实现。某个功能究竟以硬件还是计算机软件驱动硬件的方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何在本发明揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种燃料电池的冷启动控制系统，其特征在于，包括：
所述燃料电池，所述燃料电池包括电堆和冷却液，所述冷却液用于对所述电堆进行热管理；
台架，所述台架与所述电堆的阳极连通，用于向所述阳极通入氢气，所述台架还与所述电堆的阴极连通，用于向所述阴极通入空气；
多通阀门，所述多通阀门设置在所述台架与所述电堆的阴极之间，且连通大气环境，用于控制所述电堆的阴极的进气量；
控制装置，所述控制装置与所述多通阀门连接，用于获取预设温度范围内，每个温度下的第一对应关系、第二对应关系和第三对应关系，并根据所述第一对应关系、所述第二对应关系、所述第三对应关系以及预设氢气浓度，确定映射关系；所述第一对应关系为阴极氢气浓度与阴极计量比之间的对应关系，所述阴极计量比用于指示所述电堆的阴极的进气量，所述第二对应关系为在冷启动怠速预设电流密度下，所述阴极计量比与所述燃料电池的平均电压之间的对应关系，所述第三对应关系为所述平均电压与阀门开度之间的对应关系，所述预设氢气浓度为氢气最小爆炸极限浓度；还用于获取所述电堆冷启动时所述冷却液的温度，并根据所述映射关系确定所述温度对应的目标开度，且控制所述多通阀门按照所述目标开度打开。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述台架通过第一管道与所述电堆的阳极连通，所述台架还通过第二管道与所述电堆的阴极连通；
所述多通阀门设置在所述第二管道上。
3.一种燃料电池的冷启动控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1或2所述的燃料电池的冷启动控制系统，包括：
获取所述燃料电池的电堆在冷启动时，所述燃料电池的冷却液的温度；
获取预设温度范围内，每个温度下的第一对应关系、第二对应关系和第三对应关系；所述第一对应关系为阴极氢气浓度与阴极计量比之间的对应关系，所述阴极计量比用于指示所述电堆的阴极的进气量，所述第二对应关系为在冷启动怠速预设电流密度下，所述阴极计量比与所述燃料电池的平均电压之间的对应关系，所述第三对应关系为所述平均电压与阀门开度之间的对应关系；
根据所述第一对应关系、所述第二对应关系、所述第三对应关系以及预设氢气浓度，确定映射关系，所述预设氢气浓度为氢气最小爆炸极限浓度
根据所述映射关系确定所述温度对应的目标开度；
控制所述多通阀门按照所述目标开度打开。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一对应关系、所述第二对应关系、所述第三对应关系以及预设氢气浓度，确定所述映射关系，包括：
根据每个温度下的所述第一对应关系和所述预设氢气浓度，确定每个温度对应的最小阴极计量比；
根据每个温度下的所述第二对应关系，以及每个温度对应的最小阴极计量比，确定每个温度对应的最小平均电压；
根据每个温度下的所述第三对应关系，以及每个温度对应的最小平均电压，确定每个温度对应的阀门开度；
根据每个温度对应的阀门开度确定所述映射关系。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，在控制所述多通阀门按照所述目标开度打开后，所述方法还包括：
实时获取所述冷却液的液体温度；
在所述液体温度大于预设温度时，控制所述多通阀门从所述目标开度调整至最大阀门开度，所述最大阀门开度为所述电堆的阴极的进气量达到最大时，所述多通阀门的开度。
6.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，在控制所述多通阀门按照所述目标开度打开后，所述方法还包括：
实时获取所述电堆的阴极氢气浓度；
在所述阴极氢气浓度大于预设氢气浓度时，控制所述多通阀门从所述目标开度调整至最大阀门开度，所述最大阀门开度为所述电堆的阴极的进气量达到最大时，所述多通阀门的开度。
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Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109585882A (zh) * | 2018-11-13 | 2019-04-05 | 清华大学 | 一种燃料电池零下启动方法及装置 |
| CN109904494A (zh) * | 2019-02-01 | 2019-06-18 | 清华大学 | 燃料电池系统的低温启动方法、计算机设备和存储介质 |
| CN111613811A (zh) * | 2020-05-13 | 2020-09-01 | 苏州弗尔赛能源科技股份有限公司 | 一种氢燃料电池低温冷启动方法及系统 |
| CN111682243A (zh) * | 2020-05-30 | 2020-09-18 | 同济大学 | 一种燃料电池快速冷启动系统及快速冷启动方法 |
| CN112349932A (zh) * | 2020-10-23 | 2021-02-09 | 无锡威孚高科技集团股份有限公司 | 质子交换膜燃料电池快速启动的控制方法、装置及系统 |
| CN113629270A (zh) * | 2021-07-28 | 2021-11-09 | 同济大学 | 一种燃料电池阴极再循环低温启动系统及其控制方法 |
| CN114050290A (zh) * | 2021-10-26 | 2022-02-15 | 中汽创智科技有限公司 | 一种燃料电池吹扫方法、系统、控制方法及控制装置 |
| CN114188569A (zh) * | 2021-10-27 | 2022-03-15 | 东风汽车集团股份有限公司 | 一种燃料电池系统以及一种新能源车辆动力总成 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018046993A1 (en) * | 2016-09-08 | 2018-03-15 | Daimler Ag | Below freezing start-up method for fuel cell system |
-
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Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109585882A (zh) * | 2018-11-13 | 2019-04-05 | 清华大学 | 一种燃料电池零下启动方法及装置 |
| CN109904494A (zh) * | 2019-02-01 | 2019-06-18 | 清华大学 | 燃料电池系统的低温启动方法、计算机设备和存储介质 |
| CN111613811A (zh) * | 2020-05-13 | 2020-09-01 | 苏州弗尔赛能源科技股份有限公司 | 一种氢燃料电池低温冷启动方法及系统 |
| CN111682243A (zh) * | 2020-05-30 | 2020-09-18 | 同济大学 | 一种燃料电池快速冷启动系统及快速冷启动方法 |
| CN112349932A (zh) * | 2020-10-23 | 2021-02-09 | 无锡威孚高科技集团股份有限公司 | 质子交换膜燃料电池快速启动的控制方法、装置及系统 |
| CN113629270A (zh) * | 2021-07-28 | 2021-11-09 | 同济大学 | 一种燃料电池阴极再循环低温启动系统及其控制方法 |
| CN114050290A (zh) * | 2021-10-26 | 2022-02-15 | 中汽创智科技有限公司 | 一种燃料电池吹扫方法、系统、控制方法及控制装置 |
| CN114188569A (zh) * | 2021-10-27 | 2022-03-15 | 东风汽车集团股份有限公司 | 一种燃料电池系统以及一种新能源车辆动力总成 |
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