CN115224302A - 一种燃料电池启动控制方法、燃料电池及车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明属于燃料电池技术领域，公开了一种燃料电池启动控制方法、燃料电池及车辆，燃料电池启动控制方法包括如果环境温度低于第一预设温度，则进行低温启动；低温启动包括：开启燃料电池，监测燃料电池的各个单片电压；如果各个单片电压均高于第一预设电压，且各个单片电压的平均值高于第二预设电压，则降低空气流量；如果各个单片电压的平均值低于第二预设电压或存在单片电压不高于第一预设电压，则提高空气流量。本发明的燃料电池启动控制方法，在燃料电池低温启动时，既能够使燃料电池温度迅速上升又避免存在单片长时间性能过低甚至反极而影响燃料电池的使用寿命。

Description

一种燃料电池启动控制方法、燃料电池及车辆
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启动控制方法、燃料电池及车辆。
背景技术
低温启动是燃料电池汽车大规模商业化必须要突破的关键技术，也是燃料电池汽车在冬季运行面临的最大挑战。燃料电池在0℃以下运行时，产生的冰晶会阻塞传质通道，阻碍反应的进行、降低化学反应速率，并且反复的水、冰相变引起的体积变化会对电堆组件的结构与材料产生不可逆影响，降低电堆的耐久性，也增加电堆的安全隐患。而现有的燃料电池低温启动控制方法，低温启动过程中容易因气体分配不均或局部温度差异造成部分单片长时间处于性能过低或反极状态，对燃料电池寿命造成不利影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种燃料电池启动控制方法、燃料电池及车辆，消除燃料电池流道内的冰晶对燃料电池运行的不利影响，并且避免燃料电池低温启动过程中存在燃料电池单片长时间性能过低或反极而影响燃料电池的使用寿命。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种燃料电池启动控制方法，包括：
收到燃料电池启动信号后，判断环境温度是否低于第一预设温度；
如果环境温度低于所述第一预设温度，则进行低温启动；
所述低温启动包括：
开启燃料电池，监测燃料电池的各个单片电压；
如果各个所述单片电压均高于第一预设电压，且各个所述单片电压的平均值高于第二预设电压，则降低空气流量；
所述降低空气流量包括：逐渐降低空气流量，当各个所述单片电压的平均值降低至所述第二预设电压，或存在所述单片电压降低至所述第一预设电压时，停止降低空气流量，所述第一预设电压低于所述第二预设电压；
如果各个所述单片电压的平均值低于所述第二预设电压或存在所述单片电压不高于所述第一预设电压，则提高空气流量；
所述提高空气流量包括：逐渐提高空气流量，当各个所述单片电压均高于所述第一预设电压，且各个所述单片电压的平均值不低于所述第二预设电压时，停止提高空气流量。
作为优选，通过CVM监测燃料电池的各个所述单片电压。
作为优选，所述开启燃料电池包括：
按照启动电流对应的空气流量和氢气流量向燃料电池输送空气和氢气；
当燃料电池的正负极电压达到开路电压时，按照预设流速向燃料电池输送冷却液；
吸合负载并加载电流至所述启动电流。
作为优选，所述低温启动还包括：
监测所述冷却液温度，当所述冷却液温度达到第二预设温度时，判断燃料电池低温启动完成。
作为优选，所述第二预设温度为0℃。
作为优选，所述提高空气流量还包括：所述空气流量达到预设流量时，停止提高所述空气流量。
作为优选，所述提高空气流量还包括：当所述空气流量达到所述预设流量，且持续预设时间后，如果仍存在单片电压不高于所述第一预设电压，则判断燃料电池异常。
作为优选，所述判断燃料电池异常后还包括发出燃料电池异常信号。
一种燃料电池，采用上述任一项所述的燃料电池启动控制方法控制燃料电池启动。
一种车辆，采用上述任一项所述的燃料电池启动控制方法控制燃料电池启动。作为优选，
本发明的有益效果：
本发明提供的燃料电池启动控制方法，在进行低温启动时，开启燃料电池后，如果各个单片电压均高于第一预设电压，且各个单片电压的平均值高于第二预设电压，则降低空气流量，通过降低空气流量拉低燃料电池的对外输出功率，将更多的燃料电池化学能转化为热能用于对燃料电池进行加热，尽快消除燃料电池流道内的冰晶对燃料电池运行的不利影响，当各个单片电压的平均值低于第二预设电压或存在单片电压不高于第一预设电压时，则提高空气流量，存在单片电压不高于第一预设电压说明有燃料电池单片出现了性能过低甚至反极现象，此时提高空气流量，以保护各个燃料电池单片，而各个单片电压的平均值低于第二预设电压会使燃料电池单片出现了性能过低甚至反极现象的概率过大，此时也需要提高空气流量，以降低单片出现了性能过低甚至反极现象的概率。从而在燃料电池低温启动时，既能够使燃料电池温度迅速上升又避免存在单片长时间性能过低甚至反极而影响燃料电池的使用寿命。
附图说明
图1是本发明实施例提供的燃料电池启动控制方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的低温启动的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
如图1所示，本实施例提供一种燃料电池启动控制方法，燃料电池是一种将氧化剂(空气、氧气等)和还原剂(氢气、储氢材料等)通过电化学氧化还原反应发电的装置。现有的燃料电池主要包括燃料电池堆芯和辅助部件，燃料电池堆芯由几十至数百个单片串连堆叠形成，单片包括分配介质流动的双极板和电化学反应的核心结构，即膜电极；辅助部件用于压紧燃料电池堆芯，并向电池堆芯提供氧化剂、还原剂和冷却剂进行电化学氧化还原反应。由于燃料电池的单片数量众多，各单片存在气体分配不均以及温度差异较大的问题，在低温启动过程中，由于冰晶的存在，各单片气体分配不均的问题会进一步加剧，因此在低温启动过程中，由于气体分配不均和温度差异的影响，部分单片可能长时间处于性能过低甚至反极的状态，对燃料电池寿命造成不利影响。本实施例提供的燃料电池启动控制方法包括：收到燃料电池启动信号后，判断环境温度是否低于第一预设温度，具体地，在本实施例中，第一预设温度为0℃；如果环境温度低于第一预设温度，则进行低温启动；低温启动包括：开启燃料电池，监测燃料电池的各个单片电压；如果各个单片电压均高于第一预设电压，且各个单片电压的平均值高于第二预设电压，则降低空气流量；降低空气流量包括：逐渐降低空气流量，当各个单片电压的平均值降低至第二预设电压或存在单片电压降低至第一预设电压时，停止降低空气流量，第一预设电压小于第二预设电压；如果各个单片电压的平均值低于第二预设电压或存在单片电压不高于第一预设电压，则提高空气流量；提高空气流量包括：逐渐提高空气流量，当各个单片电压均高于第一预设电压，且各个单片电压的平均值不低于第二预设电压时，停止提高空气流量。
本实施例提供的燃料电池启动控制方法，在进行低温启动时，开启燃料电池后，如果各个单片电压均高于第一预设电压，且各个单片电压的平均值高于第二预设电压，则降低空气流量，通过降低空气流量拉低燃料电池的对外输出功率，将更多的燃料电池化学能转化为热能用于对燃料电池进行加热，使燃料电池温度迅速上升，消除燃料电池流道内的冰晶对燃料电池运行的不利影响，当各个单片电压的平均值低于第二预设电压或存在单片电压不高于第一预设电压时，则提高空气流量，存在单片电压不高于第一预设电压说明有燃料电池单片出现了性能过低甚至反极现象，此时提高空气流量，以保护各个燃料电池单片，而各个单片电压的平均值低于第二预设电压会使燃料电池单片出现了性能过低甚至反极现象的概率过大，此时也需要提高空气流量，以降低单片出现了性能过低甚至反极现象的概率。从而在燃料电池低温启动时，既能够使燃料电池温度迅速上升又避免存在单片长时间性能过低甚至反极而影响燃料电池的使用寿命。
第一预设电压为0V，单片电压降至0V说明单片性能过低，低于0V则说明单片反极。第二预设电压的数值选择既要保证燃料电池有足够高的发热量，又要避免该数值与燃料电池单片的正常工作电压差距过大而导致燃料电池处于性能过低的状态，在本实施例中，第二预设电压为0.2V。0.2V的单片电压能够在避免单片出现性能过低的情况下使燃料电池的发热量达到最大值，0.2V的第二预设电压是通过对燃料电池进行台架实验获得的，在0.2V的基础上进一步降低第二预设电压的数值燃料电池单片性能过低，出现反极的概率也大大增加，而在0.2V的基础上进一步提高第二预设电压，则会导致燃料电池发热量降低，燃料电池升温速度减慢。
可选地，如果环境温度不低于第一预设温度，则进行正常启动。
可选地，通过CVM监测燃料电池的各个单片电压，CVM是燃料电池单片电压巡检仪，其能够检测燃料电池各个单片的电压。
可选地，开启燃料电池包括：按照启动电流对应的空气流量和氢气流量向燃料电池输送空气和氢气；当燃料电池的正负极电压达到开路电压时，按照预设流速向燃料电池输送冷却液；吸合负载并加载电流至启动电流。
可选地，低温启动还包括：监测冷却液温度，当冷却液温度达到第二预设温度时，判断燃料电池低温启动完成。冷却液的温度能够有效反应燃料电池的温度，因此本实施例中通过监测冷却液的温度来判断低温启动是否完成。具体地，在本实施例中，第二预设温度为0℃。当冷却液温度达到0℃时，说明燃料电池的温度已经能够满足正常运行的要求。
可选地，提高空气流量还包括：空气流量达到预设流量时，停止提高空气流量。本实施例中，当各个单片电压的平均值低于第二预设电压时，通过提高空气流量降低单片出现性能过低甚至反极现象的概率，当存在单片电压不高于第一预设电压时，通过提高空气流量从而提升出现性能过低或反极现象的燃料电池单片的电压，但是空气流量不能无限制提升，过高的空气流量同样会对燃料电池的运行产生不利影响，因此当空气流量达到预设流量时，停止提高空气流量，以避免空气流量过高。预设流量的具体值根据燃料电池的具体性能参数选定。
可选地，提高空气流量还包括：当空气流量达到预设流量，且持续预设时间后，如果仍存在单片电压不高于第一预设电压，则判断燃料电池异常。空气流量大于预设流量且持续预设时间后，仍然存在单片电压低于第一预设电压，说明燃料电池已有部分单片被损坏。
可选地，判断燃料电池异常后还包括发出燃料电池异常信号，以提示用户及时维修或更换燃料电池。
本实施例还提供一种燃料电池，采用上述的燃料电池启动控制方法控制燃料电池启动。
本实施例还提供一种车辆，采用上述的燃料电池启动控制方法控制燃料电池启动。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种燃料电池启动控制方法，其特征在于，包括：
收到燃料电池启动信号后，判断环境温度是否低于第一预设温度；
如果环境温度低于所述第一预设温度，则进行低温启动；
所述低温启动包括：
开启燃料电池，监测燃料电池的各个单片电压；
如果各个所述单片电压均高于第一预设电压，且各个所述单片电压的平均值高于第二预设电压，则降低空气流量；
所述降低空气流量包括：逐渐降低空气流量，当各个所述单片电压的平均值降低至所述第二预设电压或存在所述单片电压降低至所述第一预设电压时，停止降低空气流量，所述第一预设电压小于所述第二预设电压；
如果各个所述单片电压的平均值低于所述第二预设电压或存在所述单片电压不高于所述第一预设电压，则提高空气流量；
所述提高空气流量包括：逐渐提高空气流量，当各个所述单片电压均高于所述第一预设电压，且各个所述单片电压的平均值不低于所述第二预设电压时，停止提高空气流量。
2.根据权利要求1所述的燃料电池启动控制方法，其特征在于，通过CVM监测燃料电池的各个所述单片电压。
3.根据权利要求1所述的燃料电池启动控制方法，其特征在于，所述开启燃料电池包括：
按照启动电流对应的空气流量和氢气流量向燃料电池输送空气和氢气；
当燃料电池的正负极电压达到开路电压时，按照预设流速向燃料电池输送冷却液；
吸合负载并加载电流至所述启动电流。
4.根据权利要求3所述的燃料电池启动控制方法，其特征在于，所述低温启动还包括：
监测冷却液温度，当所述冷却液温度达到第二预设温度时，判断燃料电池低温启动完成。
5.根据权利要求4所述的燃料电池启动控制方法，其特征在于，所述第二预设温度为0℃。
6.根据权利要求1-5任一项所述的燃料电池启动控制方法，其特征在于，所述提高空气流量还包括：所述空气流量达到预设流量时，停止提高所述空气流量。
7.根据权利要求6所述的燃料电池启动控制方法，其特征在于，所述提高空气流量还包括：当所述空气流量达到所述预设流量，且持续预设时间后，如果仍存在所述单片电压不高于所述第一预设电压，则判断燃料电池异常。
8.根据权利要求7所述的燃料电池启动控制方法，其特征在于，所述判断燃料电池异常后还包括发出燃料电池异常信号。
9.一种燃料电池，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的燃料电池启动控制方法控制燃料电池启动。
10.一种车辆，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的燃料电池启动控制方法控制燃料电池启动。
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CN116364975A (zh) * 2023-05-12 2023-06-30 广州汽车集团股份有限公司 燃料电池控制方法、装置、终端以及介质

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