CN116264307A - 一种电池堆冷启动前的吹扫方法、装置、电池系统和汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电池堆冷启动前的吹扫方法、装置、电池系统和汽车。电池堆冷启动前的吹扫方法包括：控制电池堆处于第一电流密度下反应预设时间；控制所述电池堆处于第二电流密度下进行反应并通入气体对所述电池堆进行带载吹扫；判断所述电池堆的高频阻抗值的变化率是否小于预设值，若是则结束吹扫；其中，所述第二电流密度小于所述第一电流密度。本申请方案提高吹扫一致性，提高冷启动的成功率。

Description

一种电池堆冷启动前的吹扫方法、装置、电池系统和汽车
技术领域
本发明实施例涉及燃料电池技术，尤其涉及一种电池堆冷启动前的吹扫方法、装置、电池系统和汽车。
背景技术
质子交换膜燃料电池(Proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)是一种以氢气和空气为燃料来进行发电的燃料电池，它不需要经过氢氧的燃烧反应，而是以质子交换膜为电解质，直接将氢氧的化学能转化为电能，具有高能效、零排放、低噪音、负载连续运行可靠等特点,不仅可应用于航天、军事等特殊领域,在燃料电池电站、电动汽车、高效便携式电源等方面具有很大的市场潜力。
低温冷启动是目前阻碍PEMFC商业化应用的一大技术难题，目前的吹扫方法多采用氮气吹扫或者氢氧对电堆进行吹扫，去除流道内和膜电极中的水。但这种方法的吹扫一致性较差，常常导致冷启动失败。
发明内容
本发明提供一种电池堆冷启动前的吹扫方法、装置、电池系统和汽车，以实现提高吹扫一致性，提高冷启动的成功率。
第一方面，本发明实施例提供了一种电池堆冷启动前的吹扫方法，该电池堆冷启动前的吹扫方法包括：
控制电池堆处于第一电流密度下反应预设时间；
控制所述电池堆处于第二电流密度下进行反应并通入气体对所述电池堆进行带载吹扫；
判断所述电池堆的高频阻抗值的变化率是否小于预设值，若是则结束吹扫；
其中，所述第二电流密度小于所述第一电流密度。
可选地，所述气体的湿度在第一湿度范围内，所述气体的气量不小于所述电池堆在第一电流密度下反应时的气量。
可选地，结束吹扫之后，还包括：
根据所述电池堆中各个单电池的电压值判定吹扫一致性是否合格。
可选地，根据所述电池堆中各个单电池的电压值判定吹扫一致性是否合格，包括：
检测所述电池堆的各个单电池的电压值；
计算所述电压值的最大差值；
判断所述电压值的最大差值是否小于第一预设电压，若是则判定吹扫一致性为合格，否则吹扫一致性为不合格。
可选地，所述第一湿度范围为30％至40％。
第二方面，本发明实施例还提供了一种电池堆冷启动前的吹扫装置，其特征在于，包括：第一控制模块、第二控制模块和判断模块，第一控制模块用于控制电池堆处于第一电流密度下反应预设时间；第二控制模块用于控制所述电池堆处于第二电流密度下进行反应并通入气体对所述电池堆进行带载吹扫；判断模块用于判断所述电池堆的高频阻抗值的变化率是否小于预设值，若是则结束吹扫；其中，所述第二电流密度小于所述第一电流密度。
可选地，电池堆冷启动前的吹扫装置还包括：吹扫一致性判定模块，用于根据所述电池堆中各个单电池的电压值判定吹扫一致性是否合格。
可选地，所述吹扫一致性判定模块，包括：电压值检测单元，计算模块和判定单元，电压值检测单元用于检测所述电池堆的各个单电池的电压值；计算模块用于计算所述电压值的最大差值；判定单元用于判断所述电压值的最大差值是否小于第一预设电压，若是则判定吹扫一致性为合格，否则吹扫一致性为不合格。
第三方面，本发明实施例还提供了一种燃料电池系统，燃料电池系统包括：第二方面任一所述的电池堆冷启动前的吹扫装置和电池堆。
第四方面，本发明实施例还提供了一种新能源汽车，该新能源汽车包括第三方面所述的燃料电池系统。
本发明本实施例提供的电池堆冷启动前的吹扫方法、装置、电池系统和汽车，可以调节电池堆的负载使电池堆在第一电流密度下反应以达到水热平衡，以模拟整车实际停车前的电池堆状态，再减少负载，使电池堆处于第二电流密度下反应，同时采用压缩机或其他吹扫装置对电池堆的气道和阴阳极片进行吹扫，直至电池堆的高频阻抗值的变化率小于预设值，在停止工作之前实现了对电池堆的冷启动前的吹扫，提高了吹扫一致性，提高了冷启动的成功率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种电池堆冷启动前的吹扫方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的另一种电池堆冷启动前的吹扫方法的流程图；
图3为本发明实施例提供的一种电池堆冷启动前的吹扫装置的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的另一种电池堆冷启动前的吹扫装置的结构示意图。
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。
本发明实施例提供了一种电池堆冷启动前的吹扫方法。图1为本发明实施例提供的一种电池堆冷启动前的吹扫方法的流程图，参照图1，电池堆冷启动前的吹扫方法，包括：
S101、控制电池堆处于第一电流密度下反应预设时间。
具体地，在电池堆在需要停止工作之前，调整电池堆的负载，使电池堆在第一电流密度下反应预设时间。第一电流密度可以是电池堆提供额定功率时或带平均负载时的电流密度，在第一电流密度下工作预设时间，使得电池堆达到水热平衡状态，水热平衡状态可以为电池堆内产生水的速度和温度均保持稳定，以模拟整车实际停车前的电池堆状态。示例性地，第一电流密度可以为1A/cm2，预设时间可以为10分钟。
S102、控制电池堆处于第二电流密度下进行反应并通入气体对电池堆进行带载吹扫。
具体地，减少电池堆的负载，使电池堆处于第二电流密度下反应，同时采用压缩机或其他吹扫装置对电池堆的气道和阴阳极片进行吹扫，吹扫气体的湿度恒定，吹扫的气量不小于电池堆在第一电流密度下反应时的气量。示例性地，第二电流密度可以为0.2A/cm2，远低于第一电流密度。
S103、判断电池堆的高频阻抗值的变化率是否小于预设值，若是则结束吹扫。
具体地，可以采用内阻仪或者其他阻抗测试装置实时监测电池堆的高频阻抗值，当检测到电池堆的高频阻抗值的变化率小于预设值，则表明电池堆内的湿度已与吹扫气体达成湿度平衡状态，此时可以控制吹扫装置停止吹扫，若电池堆的高频阻抗值的变化率仍大于预设值，则返回上一步骤继续吹扫。示例性地，预设值可以是1mΩ/分钟。
本实施例提供的电池堆冷启动前的吹扫方法，调节电池堆的负载使电池堆在第一电流密度下反应以达到水热平衡，以模拟整车实际停车前的电池堆状态，再减少负载，使电池堆处于第二电流密度下反应，同时采用压缩机或其他吹扫装置对电池堆的气道和阴阳极片进行吹扫，直至电池堆的高频阻抗值的变化率小于预设值，在停止工作之前实现了对电池堆的冷启动前的吹扫，提高了吹扫一致性，提高了冷启动的成功率。
图2为本发明实施例提供的另一种电池堆冷启动前的吹扫方法的流程图，参照图2，电池堆冷启动前的吹扫方法，包括：
S201、控制电池堆处于第一电流密度下反应预设时间。
具体地，在电池堆在需要停止工作之前，调整电池堆的负载，使电池堆在第一电流密度下反应预设时间。第一电流密度可以是电池堆提供额定功率时或带平均负载时的电流密度，在第一电流密度下工作预设时间，使得电池堆达到水热平衡状态，即电池堆内产生水的速度和温度均保持稳定，以模拟整车实际停车前的电池堆状态。示例性地，第一电流密度可以为1A/cm2，预设时间可以为10分钟。
S202、控制电池堆处于第二电流密度下进行反应并通入气体对电池堆进行带载吹扫。
具体地，减少电池堆的负载，使电池堆处于第二电流密度下反应，同时采用压缩机或其他吹扫装置对电池堆的气道和阴阳极片进行吹扫，吹扫气体的湿度恒定，气体的湿度在第一湿度范围内，第一湿度范围为30％至40％。吹扫的气量不小于电池堆在第一电流密度下反应时的气量。示例性地，第二电流密度可以为0.2A/cm2。
S203、判断电池堆的高频阻抗值的变化率是否小于预设值，若是则结束吹扫。
具体地，吹扫的过程中，电池堆的高频阻抗值会随着湿度变化，可以采用内阻仪或者其他阻抗测试装置实时监测电池堆的高频阻抗值，当检测到电池堆的高频阻抗值的变化率小于预设值，则表明电池堆内的湿度已与吹扫气体达成湿度平衡状态，此时可以控制吹扫装置停止吹扫。
S204、根据电池堆中各个单电池的电压值判定吹扫一致性是否合格。
具体地，由于单电池的湿度会影响电池两端的电压值，仅湿度不同的两个同型号单电池两端的电压存在差异，故可以根据电池堆中各个单电池之间的最大电压差来判断电池堆的吹扫一致性。首先可以利用电压测试装置检测电池堆中各个单电池的电压值，然后数据处理芯片或者具有数据处理功能的控制器可以分析计算各个单电池中电压值的最大差值。最后，再判断电压值的最大差值是否小于预设电压，若是则表明电池堆的最大电压差值符合要求，判定吹扫一致性为合格，否则吹扫一致性为不合格。最大电压差值为电池堆中各个单电池中的平均电压值与最小电压值的差值。示例性地，预设电压可以为20mV。
示例性地，在电池堆应用于新能源汽车上时，在汽车需要长期停放在户外之前，电池堆可以根据用户指令触发冷启动前的吹扫。由于汽车在停车前处于工作状态，可能已达到水热平衡，故可以首先对电池堆内的水热状态进行检测，若已经达到水热平衡则可以进行直接吹扫，否则可以控制电池堆在1A/cm2下进一步反应，直到电池堆达到水热平衡。然后，减少电池堆所带负载,使电池堆的电流密度降低至0.2A/cm2。在电池堆处于0.2A/cm2的带载过程中，利用空气压缩机或其他吹扫装置向电池堆的气道和阴阳极进行带载吹扫，电池堆的气道口可以设置露点仪时刻监测吹扫气体的湿度，控制吹扫的气体的湿度在30％至40％之间。吹扫的气量可以等于电池堆在满负载运行时的吹扫气量，以提高吹扫效率。在吹扫的过程中，内阻仪可以实时监控电池堆的内阻变化，当内阻的变化率小于1Ω/分钟时，可以判断电池堆内湿度已与吹扫气体达到湿度平衡，此时可以判定吹扫完成。在吹扫完成之后，还可以利用电压测试仪检测电池堆内的各个单电池的电压值，进而计算各个单电池之间的电压差值，若是各个电池之间的最大电压差值小于0.5V，则表明本次吹扫的一致性合格，否则本次吹扫的一致性不合格，需要重新吹扫或者采取其他吹扫模式进行吹扫。
本实施例提供的电池堆冷启动前的吹扫方法，在对电池堆进行吹扫结束之后，采集了电池堆中的各个单电池的电压值，并根据电池堆中电压值的最大差值是否小于第一预设电压，判断此次吹扫的一致性是否合格，实现了对吹扫一致性的判断，判断方法容易实施，提高了吹扫的可靠性和便捷性。
本发明实施例还提供了一种电池堆冷启动前的吹扫装置。图3为本发明实施例提供的一种电池堆冷启动前的吹扫装置的结构示意图，参照图3，电池堆冷启动前的吹扫装置300，包括：第一控制模块301、第二控制模块302和判断模块303，第一控制模块301用于控制电池堆处于第一电流密度下反应预设时间；第二控制模块302用于控制电池堆处于第二电流密度下进行反应并通入气体对电池堆进行带载吹扫；判断模块303用于判断电池堆的高频阻抗值的变化率是否小于预设值，若是则结束吹扫；其中，第二电流密度小于第一电流密度。
具体地，第一控制模块301可以分别与负载和电池堆连接，可以控制电池堆所带负载的大小以调节电池堆的电流密度，还可以控制电池堆的反应时间。第二控制模块302可以分别连接负载、电池堆、空气压缩装置和湿度控制器，可以调节电池堆所带负载，调节吹扫气体的湿度和气量并控制空气压缩装置向电池堆的各个电极和气道鼓入气体进行吹扫。其中，湿度控制器可以调节用于调节吹扫气体的湿度，使其保持于第一湿度范围内。判断模块303可以与阻抗监控装置连接，可以根据电池堆内各个单电池的高频阻抗值的变化率确定吹扫是否完成。示例性地，第一控制模块和第二控制模块可以为具有数据处理功能的控制芯片。
本实施例提供的电池堆冷启动前的吹扫装置，第一控制模块控制电池堆处于第一电流密度下反应预设时间以在吹扫之前达到水热平衡状态，第二控制模块可以控制电池堆处于第二电流密度下进行反应，并通入气体对电池堆进行带载吹扫，气体的湿度处于第一湿度范围，最后判断模块可以根据电池堆内各个单电池的高频阻抗值的变化率确定吹扫是否完成，实现了对电池堆的带载吹扫，采用了一定湿度的气体进行吹扫并边吹扫边带载，直到电池堆达到湿度平衡状态，提高了吹扫的一致性。
图4为本发明实施例提供的另一种电池堆冷启动前的吹扫装置的结构示意图，参照图4，电池堆冷启动前的吹扫装置300还包括吹扫一致性判定模块304，吹扫一致性判定模块304用于根据电池堆中各个单电池的电压值判定吹扫一致性是否合格。
具体地，吹扫一致性判定模块304包括电压值检测单元、计算模块和判定单元，电压值检测单元用于检测电池堆的各个单电池的电压值；计算模块用于计算电压值的最大差值；判定单元用于判断电压值的最大差值是否小于第一预设电压，若是则判定吹扫一致性为合格，否则吹扫一致性为不合格。电压值检测单元可以包括电压检测仪，可以采集电池堆内的各个单电池的电压。计算模块可以包括具有数据处理功能的芯片，可以分析电压值检测单元采集到的各个单电池的电压中的最大值和最小值，进而计算出电压值的最大差值。判定单元可以在电压值的最大差值小于第一预设电压时判定吹扫一致性为合格，在电压值的最大差值大于等于第一预设电压时判定吹扫一致性为不合格，实现了对吹扫一致性好坏的判断，进一步提高了吹扫装置的可靠性。
本发明实施例还提供了一种燃料电池系统，该燃料电池系统包括前述任意电池堆冷启动前的吹扫装置和电池堆。该燃料电池系统可以实现电池堆冷启动前的吹扫和吹扫一致性的判断，提高了吹扫装置的可靠性。
本发明实施例还提供了一种新能源汽车，该新能源汽车包括前述燃料电池系统。该新能源汽车可以在停车前完成电池堆的吹扫和吹扫一致性判断，减少启动时的冷启动难度，提高新能源汽车的可靠性和电池的寿命。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种电池堆冷启动前的吹扫方法，其特征在于，包括：
控制电池堆处于第一电流密度下反应预设时间；
控制所述电池堆处于第二电流密度下进行反应并通入气体对所述电池堆进行带载吹扫；
判断所述电池堆的高频阻抗值的变化率是否小于预设值，若是则结束吹扫；
其中，所述第二电流密度小于所述第一电流密度。
2.根据权利要求1所述的电池堆冷启动前的吹扫方法，其特征在于，所述气体的湿度在第一湿度范围内，所述气体的气量不小于所述电池堆在第一电流密度下反应时的气量。
3.根据权利要求1所述的电池堆冷启动前的吹扫方法，其特征在于，结束吹扫之后，还包括：
根据所述电池堆中各个单电池的电压值判定吹扫一致性是否合格。
4.根据权利要求3所述的电池堆冷启动前的吹扫方法，其特征在于，根据所述电池堆中各个单电池的电压值判定吹扫一致性是否合格，包括：
检测所述电池堆的各个单电池的电压值；
计算所述电压值的最大差值；
判断所述电压值的最大差值是否小于第一预设电压，若是则判定吹扫一致性为合格，否则吹扫一致性为不合格。
5.根据权利要求2所述的电池堆冷启动前的吹扫方法，其特征在于，所述第一湿度范围为30％至40％。
6.一种电池堆冷启动前的吹扫装置，其特征在于，包括：
第一控制模块，用于控制电池堆处于第一电流密度下反应预设时间；
第二控制模块，用于控制所述电池堆处于第二电流密度下进行反应并通入气体对所述电池堆进行带载吹扫；
判断模块，用于判断所述电池堆的高频阻抗值的变化率是否小于预设值，若是则结束吹扫；
其中，所述第二电流密度小于所述第一电流密度。
7.根据权利要求6所述的电池堆冷启动前的吹扫装置，其特征在于，还包括：吹扫一致性判定模块，用于根据所述电池堆中各个单电池的电压值判定吹扫一致性是否合格。
8.根据权利要求6所述的电池堆冷启动前的吹扫装置，其特征在于，所述吹扫一致性判定模块，包括：
电压值检测单元，用于检测所述电池堆的各个单电池的电压值；
计算模块，用于计算所述电压值的最大差值；
判定单元，用于判断所述电压值的最大差值是否小于第一预设电压，若是则判定吹扫一致性为合格，否则吹扫一致性为不合格。
9.一种燃料电池系统，其特征在于，包括：权利要求6-8任一所述的电池堆冷启动前的吹扫装置和电池堆。
10.一种新能源汽车，其特征在于，包括权利要求9所述的燃料电池系统。
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