CN116505031B - 一种燃料电池运行方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例提供了一种燃料电池运行方法，该方法涉及燃料电池技术领域，该方法包括：在氢氧燃料电池电堆启动后且实时平均单片电压小于第一预设电压时，控制实时空气计量比小于第二预设空气计量比并且使得实时平均单片电压小于第二预设电压；在第一预设时间段后控制实时空气计量比大于或等于第一预设空气计量比并且使得在第一预设时间段后的第二预设时间段内实时平均单片电压大于或等于第一预设电压；在第一预设时间段内，氢气供给模块和氧气供给模块的开启程度按照预设正弦波周期性改变；在第一预设时间段内，当氢气供给模块和氧气供给模块的开启程度大于预设开启程度时，排气阀持续保持完全开启状态。该方法能够快速恢复燃料电池的性能。

Description

一种燃料电池运行方法
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域。具体而言，涉及一种燃料电池运行方法。
背景技术
燃料电池是一种把燃料（如氢气）和氧化剂（如空气中的氧气）中的化学能直接转换为电能的发电装置。燃料电池工作时，燃料和氧化剂由外部供给，分别在燃料电堆的阳极及阴极发生电化学反应。理论上，只要反应物不断输入，燃料电池就能连续发电。与传统内燃机相比，燃料电池不会产生二氧化碳等有害气体，是一种清洁高效的能源供应方式。目前，氢燃料电池具有高能量转化率、低噪音和零排放等优点，可广泛应用于交通工具如汽车、飞机和列车等领域，并且还可以应用于固定电站。
燃料电池在运行过程中性能会逐渐衰减，其中一部分衰减是不可逆的，如催化剂的溶解流失、催化剂颗粒变大、质子交换膜中微孔增多增大等；另外一部分衰减是可逆的，如阴极侧的催化剂Pt的表面逐渐被氧化成PtO。由于PtO催化氧气还原的能力不如Pt，因此，燃料电池的性能会随着PtO的增多而变差。如果将PtO及时还原回Pt，可以及时地恢复催化剂的催化能力，并可避免其进一步反应生成Pt2+导致不可逆衰减。
目前，可以通过在电堆上加一个外电源把阳极侧的氢气氧化，生成的质子通过质子交换膜迁移到阴极侧，质子及来自外电源的电子与PtO结合生成Pt，从而将PtO还原回Pt。但是该技术方案由于需要增加外电源，导致实际应用存在着成本高、设计复杂等问题。并且在该方案中，为了使泵氢能够进行，必须对阳极侧的氢气进行大量加湿，而目前燃料电池系统尤其是车用燃料电池系统都不再配备给氢气加湿的装置，而是通过燃料电池发电过程中在阴极侧产生的水扩散通过质子交换膜后给阳极加湿，所以，泵氢不能执行。另外，对于上述方案，泵氢不能在燃料电池运行过程中进行。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种燃料电池运行方法，通过短时降低空气计量比以及控制氢气供给模块、氧气供给模块和排气阀进行配合，能够有效把PtO还原成Pt，快速恢复燃料电池的性能，不影响燃料电池发电运行，同时尽可能减少氢氧燃料电池电堆的不可逆衰减。
为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：
第一方面，本发明提供一种燃料电池运行方法，应用于汽车，所述汽车包括整车控制器、监测模块、燃料电池运行控制模块和氢氧燃料电池电堆；其中，所述燃料电池运行方法，包括：利用所述监测模块对所述氢氧燃料电池电堆进行监测，以获取所述氢氧燃料电池电堆的实时平均单片电压以及实时空气计量比；在启动所述氢氧燃料电池电堆时，利用所述整车控制器通过所述燃料电池运行控制模块调整所述氢氧燃料电池电堆的氢气进入流量和氧气进入流量，以使得所述实时空气计量比大于或等于第一预设空气计量比；在所述氢氧燃料电池电堆启动后且所述实时平均单片电压小于第一预设电压时，利用所述整车控制器通过所述燃料电池运行控制模块调整所述氢氧燃料电池电堆的氢气进入流量和氧气进入流量，以使得所述实时空气计量比小于第二预设空气计量比并且使得所述实时平均单片电压小于第二预设电压，其中，所述第二预设空气计量比小于所述第一预设空气计量比，所述第二预设电压小于所述第一预设电压；利用所述整车控制器在所述实时空气计量比降低至所述第二预设空气计量比时开始计时，并在第一预设时间段后通过所述燃料电池运行控制模块调整所述氢氧燃料电池电堆的氢气进入流量和氧气进入流量，以使得所述实时空气计量比大于或等于所述第一预设空气计量比并且使得在所述第一预设时间段后的第二预设时间段内所述实时平均单片电压大于或等于所述第一预设电压；在所述第一预设时间段内，利用所述整车控制器控制所述燃料电池运行控制模块中的氢气供给模块和氧气供给模块的开启程度按照预设正弦波周期性改变；以及在所述第一预设时间段内，当所述氢气供给模块和所述氧气供给模块的开启程度大于预设开启程度时，利用所述整车控制器控制所述燃料电池运行控制模块中的排气阀持续保持完全开启状态。
在本发明的可选实施例中，所述预设开启程度大于所述氢气供给模块或所述氧气供给模块的开启程度。
在本发明的可选实施例中，所述氢气供给模块的开启程度按照第一正弦波周期性改变，所述氧气供给模块的开启程度按照第二正弦波周期性改变，所述第一正弦波与所述第二正弦波相同。
在本发明的可选实施例中，所述氢气供给模块的开启程度根据如下公式确定：OD1=A-0.1×c×sin(t)；其中，OD1表示所述氢气供给模块的开启程度，A表示当所述实时空气计量比被调整至所述第二预设空气计量比时所述氢气供给模块对应的开启程度，c为预设微调参数，0.1×c×sin(t)表示所述第一正弦波，t表示时间变量；所述氧气供给模块的开启程度根据如下公式确定：OD2=B-0.1×c×sin(t)；其中，OD2表示所述氧气供给模块的开启程度，B表示当所述实时空气计量比被调整至所述第二预设空气计量比时所述氧气供给模块对应的开启程度。
在本发明的可选实施例中，所述氢气供给模块的开启程度按照第一正弦波周期性改变，所述氧气供给模块的开启程度按照第二正弦波周期性改变，所述第一正弦波与所述第二正弦波的相位相差180°。
在本发明的可选实施例中，所述氢气供给模块的开启程度根据如下公式确定：OD3=A-0.1×c×sin(t)；其中，OD3表示所述氢气供给模块的开启程度，A表示当所述实时空气计量比被调整至所述第二预设空气计量比时所述氢气供给模块对应的开启程度，c为预设微调参数，0.1×c×sin(t)表示所述第一正弦波，t表示时间变量；所述氧气供给模块的开启程度根据如下公式确定：OD4=B-0.1×c×sin(t+π)；其中，OD4表示所述氧气供给模块的开启程度，B表示当所述实时空气计量比被调整至所述第二预设空气计量比时所述氧气供给模块对应的开启程度，0.1×c×sin(t+π)表示所述第二正弦波。
在本发明的可选实施例中，第一方面所述的方法还包括：在所述第一预设时间段内，当所述氢气供给模块和所述氧气供给模块的开启程度小于或等于所述预设开启程度时，利用所述整车控制器控制所述燃料电池运行控制模块中的排气阀按照预设脉冲周期性开启和关闭。
在本发明的可选实施例中，第一方面所述的方法还包括：在所述第一预设时间段内，当所述氢气供给模块和所述氧气供给模块的开启程度小于或等于所述预设开启程度时，利用所述整车控制器控制所述燃料电池运行控制模块中的排气阀的开启程度按照如下公式周期性改变：OD5=d×|sin(t)|+C；其中，OD5表示所述排气阀的开启程度，d为预设参数，C为预设微调参数，t表示时间变量。
在本发明的可选实施例中，第一方面所述的方法还包括：利用所述监测模块对所述氢氧燃料电池电堆进行监测，以获取所述氢氧燃料电池电堆的实时氢气进入流量、实时氧气进入流量和实时输出功率；利用所述整车控制器根据所述实时氢气进入流量、所述实时氧气进入流量和所述实时输出功率确定所述氢氧燃料电池电堆的当前健康值，所述当前健康值根据如下公式确定：HC=αP0/（W1+W2）；其中，HC表示所述当前健康值，P0表示所述实时输出功率，W1表示所述实时氢气进入流量，W2表示所述实时氧气进入流量，α为第一预设常数；在所述当前健康值低于预设健康值时，利用所述整车控制器通过所述燃料电池运行控制模块调整所述氢氧燃料电池电堆的氢气进入流量和氧气进入流量，以使得所述实时空气计量比在预设恢复时间段内保持小于第二预设空气计量比的状态。
在本发明的可选实施例中，第一方面所述的方法还包括：在所述当前健康值低于预设健康值时，降低所述第二预设空气计量比，并增加所述第一预设时间段。
在本发明的可选实施例中，所述第一预设空气计量比大于1.8，所述第二预设空气计量比的设置范围包括[1.2，1.8]；所述第一预设电压大于或等于0.62V，所述第二预设电压的设置范围包括[0.10V，0.55V]；所述第一预设时间段的设置范围包括[10s，600s]。
第二方面，本发明提供一种汽车。该汽车包括整车控制器、监测模块、燃料电池运行控制模块和氢氧燃料电池电堆；其中，所述监测模块，用于对所述氢氧燃料电池电堆进行监测，以获取所述氢氧燃料电池电堆的实时平均单片电压以及实时空气计量比；在启动所述氢氧燃料电池电堆时，所述整车控制器，用于通过所述燃料电池运行控制模块调整所述氢氧燃料电池电堆的氢气进入流量和氧气进入流量，以使得所述实时空气计量比大于或等于第一预设空气计量比；在所述氢氧燃料电池电堆启动后且所述实时平均单片电压小于第一预设电压时，所述整车控制器，还用于通过所述燃料电池运行控制模块调整所述氢氧燃料电池电堆的氢气进入流量和氧气进入流量，以使得所述实时空气计量比小于第二预设空气计量比并且使得所述实时平均单片电压小于第二预设电压，其中，所述第二预设空气计量比小于所述第一预设空气计量比，所述第二预设电压小于所述第一预设电压；所述整车控制器，还用于在所述实时空气计量比降低至所述第二预设空气计量比时开始计时，并在第一预设时间段后通过所述燃料电池运行控制模块调整所述氢氧燃料电池电堆的氢气进入流量和氧气进入流量，以使得所述实时空气计量比大于或等于所述第一预设空气计量比并且使得在所述第一预设时间段后的第二预设时间段内所述实时平均单片电压大于或等于所述第一预设电压；在所述第一预设时间段内，所述整车控制器，还用于控制所述燃料电池运行控制模块中的氢气供给模块和氧气供给模块的开启程度按照预设正弦波周期性改变；以及在所述第一预设时间段内，当所述氢气供给模块和所述氧气供给模块的开启程度大于预设开启程度时，所述整车控制器，还用于控制所述燃料电池运行控制模块中的排气阀持续保持完全开启状态，所述预设开启程度大于所述氢气供给模块或所述氧气供给模块的开启程度。
在上文中，阴极侧催化剂Pt的表面逐渐被氧化成PtO的反应中Pt与PtO的比例与阴极电极电压有关，电压越高，PtO的比例越高，反之，电压越低，PtO的比例越小。在电压较低时（例如，低于0.55V），可以把燃料电池在0.65V-0.75V常规运行电压下生成的PtO还原回Pt，进而恢复燃料电池的性能。
基于上述各个方面提供的实施例，本发明实施例提供的燃料电池运行方法中，在氢氧燃料电池电堆启动后且实时平均单片电压小于第一预设电压时，控制实时空气计量比小于第二预设空气计量比并且使得实时平均单片电压小于第二预设电压；在第一预设时间段后控制实时空气计量比大于或等于第一预设空气计量比并且使得在第一预设时间段后的第二预设时间段内实时平均单片电压大于或等于第一预设电压；在第一预设时间段内，氢气供给模块和氧气供给模块的开启程度按照预设正弦波周期性改变；以及在第一预设时间段内，当氢气供给模块和氧气供给模块的开启程度大于预设开启程度时，排气阀持续保持完全开启状态。可以理解，当氢氧燃料电池电堆的实时平均单片电压小于第一预设电压时，可以将实时空气计量比降低至第二预设空气计量比并且使得实时平均单片电压小于第二预设电压，从而将氢氧燃料电池电堆的PtO及时还原回Pt。并且，在保持实时空气计量比低于第二预设空气计量比的过程中，通过预设正弦波的设置，可以使得氢气供给模块和氧气供给模块的开启程度是波动的，能够加速氢氧燃料电池电堆中的电化学反应过程，从而加快氢氧燃料电池电堆的恢复速率。并且，在保持实时空气计量比低于第二预设空气计量比的过程中，当氢气供给模块和氧气供给模块的开启程度大于预设开启程度时，排气阀持续保持完全开启状态，可以避免燃料电池电堆内部压力过高造成催化剂的溶解流失、催化剂颗粒变大、质子交换膜中微孔增多增大等问题，从而尽可能减少氢氧燃料电池电堆的不可逆衰减。因此，本发明通过短时降低空气计量比以及控制氢气供给模块、氧气供给模块和排气阀进行配合，能够有效把PtO还原成Pt，快速恢复燃料电池的性能，不影响燃料电池发电运行，同时尽可能减少氢氧燃料电池电堆的不可逆衰减，避免了如果不及时采取措施这种可逆性衰减变成不可逆衰减的几率，大幅降低了燃料电池在其生命周期内的衰减率，延长燃料电池的寿命。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举本发明实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例所提供的汽车的一种框图；
图2为本发明实施例所提供的燃料电池运行方法的一种流程示意图；
图3为本发明实施例所提供的燃料电池运行方法的另一种流程示意图；
图4为本发明实施例所提供的燃料电池运行方法的又一种流程示意图；
图5为氢氧燃料电池电堆在常规运行情况下在每个运行周期的性能变化示意图；
图6为氢氧燃料电池电堆在常规运行情况下的衰减率示意图；
图7为采用本发明实施例所提供的燃料电池运行方法对氢氧燃料电池电堆进行恢复的性能恢复过程示意图；
图8采用本发明实施例提供的燃料电池运行方法后氢氧燃料电池电堆的性能变化情况示意图；
图9为采用本发明实施例提供的燃料电池运行方法后氢氧燃料电池电堆的性能衰减率示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。
为了解决上文现有技术中存在的问题：“将PtO及时还原回Pt的现有方案存在需要增加外电源，导致实际应用存在着成本高、设计复杂等问题”。本发明实施例提出了一种技术方案，包括燃料电池运行方法。本方案通过短时降低空气计量比以及控制氢气供给模块、氧气供给模块和排气阀进行配合，能够有效把PtO还原成Pt，快速恢复燃料电池的性能，不影响燃料电池发电运行，同时尽可能减少氢氧燃料电池电堆的不可逆衰减。
需要说明的是，以上现有技术中的技术方案所存在的技术问题，均是发明人经过仔细的实践研究后得出的结果，因此，上述问题的发现过程以及下文中本发明实施例针对上述问题所提出的解决方案，都应该是发明人在实现本发明过程中对本发明做出的贡献。
首先，下面结合附图对本发明实施例提供的一种汽车进行阐述。
请参照图1，图1示出了本发明实施例提供的汽车的一种框图。其中，汽车100（也可以称为氢燃料电池汽车）包括：整车控制器111、监测模块112、燃料电池运行控制模块113和氢氧燃料电池电堆114。整车控制器111、监测模块112、燃料电池运行控制模块113和氢氧燃料电池电堆114均设置在汽车100上。整车控制器111、监测模块112、燃料电池运行控制模块113和氢氧燃料电池电堆114互相之间的连接关系如图1所示。
在可选的实施例中，汽车100包括无人驾驶汽车或有人驾驶汽车，对此不做限定。
在可选的实施例中，监测模块112中可以包括能够检测氢氧燃料电池电堆114的各项运行参数的传感器。具体来说，监测模块112包括但不限于以下传感器：氢气流量传感器、氧气流量传感器、温度传感器、功率传感器、电压传感器、电流传感器和水蒸气传感器等。
在可选的实施例中，整车控制器111可以是汽车100中的微控制单元（MicroController Unit，MCU）。
在可选的实施例中，燃料电池运行控制模块113中可以包括能够控制氢氧燃料电池电堆114运行的元件。具体来说，燃料电池运行控制模块113包括但不限于以下元件：氧气供给模块、氢气供给模块、阳极减压阀、阳极背压阀、阴极背压阀、阳极入口压力传感器、阳极出口压力传感器、阴极入口压力传感器、阴极出口压力传感器、排气阀等。其中，阳极对应氢气，阴极对应氧气。其中，氧气供给模块可以用于控制氧气进入氢氧燃料电池电堆114的流量，氢气供给模块可以用于控制氢气进入氢氧燃料电池电堆114的流量，排气阀可以用于控制氢氧燃料电池电堆114中反应完成后排出的气体（包括水蒸气）的流量。在另外的实施例中，该排气阀也可以是氢气排气阀或氧气排气阀。
本发明中，空气计量比就是通入氢氧燃料电池电堆114阴极侧空气的量与实际参与电化学反应的空气量的比值。氢氧燃料电池电堆114正常运行时空气计量比可以设置在2.0-3.0之间。燃料电池运行控制模块113对氧气供给模块、氢气供给模块的开启程度进行控制，可以实现对氢氧燃料电池电堆114的氢气进入流量和氧气进入流量进行调整，从而可以实现对氢氧燃料电池电堆114的实时空气计量比进行调整。
进一步的，下面给出一种燃料电池运行方法的实现方式。请参阅图2，图2示出了本发明实施例提供的燃料电池运行方法的一种流程示意图。该燃料电池运行方法可以应用于上述图1所示的汽车100。具体来说，该燃料电池运行方法可以包括以下步骤S210~S260，下面依次进行说明。
S210，利用监测模块112对氢氧燃料电池电堆114进行监测，以获取氢氧燃料电池电堆114的实时平均单片电压以及实时空气计量比。
例如，可以利用监测模块112中的电压传感器、氢气流量传感器、氧气流量传感器等来检测氢氧燃料电池电堆114的实时平均单片电压以及实时空气计量比。
S220，在启动氢氧燃料电池电堆114时，利用整车控制器111通过燃料电池运行控制模块113调整氢氧燃料电池电堆114的氢气进入流量和氧气进入流量，以使得实时空气计量比大于或等于第一预设空气计量比。
具体来说，整车控制器111可以对燃料电池运行控制模块113的氧气供给模块、氢气供给模块的开启程度进行控制，以实现对氢氧燃料电池电堆114的氢气进入流量和氧气进入流量进行调整，进而实现对氢氧燃料电池电堆114的实时空气计量比进行调整，以使得实时空气计量比大于或等于第一预设空气计量比。
S230，在氢氧燃料电池电堆114启动后且实时平均单片电压小于第一预设电压时，利用整车控制器111通过燃料电池运行控制模块113调整氢氧燃料电池电堆114的氢气进入流量和氧气进入流量，以使得实时空气计量比小于第二预设空气计量比并且使得实时平均单片电压小于第二预设电压。
具体来说，整车控制器111可以对燃料电池运行控制模块113的氧气供给模块、氢气供给模块的开启程度进行控制，以实现对氢氧燃料电池电堆114的氢气进入流量和氧气进入流量进行调整，进而实现对氢氧燃料电池电堆114的实时空气计量比进行调整，以使得实时空气计量比小于第二预设空气计量比并且使得实时平均单片电压小于第二预设电压。
第一预设空气计量比也简记为λ1，第一预设电压也简记为V1，第二预设电压也简记为V2，第二预设空气计量比也简记为λ2。
其中，第二预设空气计量比小于第一预设空气计量比（λ2＜λ1），第二预设电压小于第一预设电压（V2＜V1）。
S240，利用整车控制器111在实时空气计量比降低至第二预设空气计量比时开始计时，并在第一预设时间段后通过燃料电池运行控制模块113调整氢氧燃料电池电堆114的氢气进入流量和氧气进入流量，以使得实时空气计量比大于或等于第一预设空气计量比并且使得在第一预设时间段后的第二预设时间段内实时平均单片电压大于或等于第一预设电压。
其中，第一预设时间段也简记为t1，第二预设时间段也简记为t2。
具体来说，整车控制器111可以对燃料电池运行控制模块113的氧气供给模块、氢气供给模块的开启程度进行控制，以实现对氢氧燃料电池电堆114的氢气进入流量和氧气进入流量进行调整，进而实现对氢氧燃料电池电堆114的实时空气计量比进行调整，以使得实时空气计量比大于或等于第一预设空气计量比并且使得在第一预设时间段后的第二预设时间段内实时平均单片电压大于或等于第一预设电压。
S250，在第一预设时间段内，利用整车控制器111控制燃料电池运行控制模块113中的氢气供给模块和氧气供给模块的开启程度按照预设正弦波周期性改变。
其中，氢气供给模块和氧气供给模块的开启程度按照预设正弦波周期性改变，也即是说，所述氢气进入流量和所述氧气进入流量按照所述正弦波周期性起伏，可以使得在氢氧燃料电池电堆114中的电化学反应的反应速率呈现波动式变化，从而能够加速氢氧燃料电池电堆中的电化学反应过程，加快氢氧燃料电池电堆性能的恢复速率。
S260，在第一预设时间段内，当氢气供给模块和氧气供给模块的开启程度大于预设开启程度时，利用整车控制器111控制燃料电池运行控制模块113中的排气阀持续保持完全开启状态。
可选的，预设开启程度大于氢气供给模块或氧气供给模块的开启程度。
可以理解，当氢气供给模块和氧气供给模块的开启程度大于预设开启程度时，排气阀持续保持完全开启状态，可以避免燃料电池电堆内部压力过高造成催化剂的溶解流失、催化剂颗粒变大、质子交换膜中微孔增多增大等问题，从而尽可能减少氢氧燃料电池电堆的不可逆衰减的发生。
在上述S210-S260中，简而言之：在氢氧燃料电池电堆启动后且实时平均单片电压小于第一预设电压时，控制实时空气计量比小于第二预设空气计量比并且使得实时平均单片电压小于第二预设电压；在第一预设时间段后控制实时空气计量比大于或等于第一预设空气计量比并且使得在第一预设时间段后的第二预设时间段内实时平均单片电压大于或等于第一预设电压；在第一预设时间段内，氢气供给模块和氧气供给模块的开启程度按照预设正弦波周期性改变；以及在第一预设时间段内，当氢气供给模块和氧气供给模块的开启程度大于预设开启程度时，排气阀持续保持完全开启状态。
可以理解，当氢氧燃料电池电堆的实时平均单片电压小于第一预设电压时，可以将实时空气计量比降低至第二预设空气计量比并且使得实时平均单片电压小于第二预设电压，从而将氢氧燃料电池电堆的PtO及时还原回Pt。并且，在保持实时空气计量比低于第二预设空气计量比的过程中，通过预设正弦波的设置，可以使得氢气供给模块和氧气供给模块的开启程度是波动的，能够加速氢氧燃料电池电堆中的电化学反应过程，从而加快氢氧燃料电池电堆性能的恢复速率。并且，在保持实时空气计量比低于第二预设空气计量比的过程中，当氢气供给模块和所述氧气供给模块的开启程度大于预设开启程度时，排气阀持续保持完全开启状态，可以避免燃料电池电堆内部压力过高造成催化剂的溶解流失、催化剂颗粒变大、质子交换膜中微孔增多增大等问题，从而尽可能减少氢氧燃料电池电堆的不可逆衰减。因此，本发明通过短时降低空气计量比以及控制氢气供给模块、氧气供给模块和排气阀进行配合，能够有效把PtO还原成Pt，快速恢复燃料电池的性能，不影响燃料电池发电运行，同时尽可能减少氢氧燃料电池电堆的不可逆衰减。
在一个实施例中，第一预设空气计量比大于1.8，第二预设空气计量比的设置范围包括[1.2，1.8]；第一预设电压大于或等于0.62V，第二预设电压的设置范围包括[0.10V，0.55V]；第一预设时间段的设置范围包括[10s，600s]。换句话说，1.2≤λ2≤1.8，λ1＞1.8，0.10V≤V2≤0.55V，V1≥0.62V，10s≤t1≤600s。其中优选的，λ2=1.4，V2=0.4V，t1=180s。
在该实施例中，第二预设时间段t2表示电堆性能恢复后的电压逐渐降低到第一预设电压时的时长。可选的，第二预设时间段t2是可设置的。其中，第二预设时间段t2大于或等于实时平均单片电压从恢复后的数值降低到第一预设电压时的时长（记为t_rc），也即是，t2≥t_rc。
其中，第一预设时间段结束且将实时空气计量比调整到大于或等于第一预设空气计量比时，实时平均单片电压会逐渐上升。实时平均单片电压恢复后的数值表示第一预设时间段结束时实时平均单片电压上升过程中的峰值。
上述S210-S260可以周期性执行。
请参照图3，图3为本发明实施例所提供的燃料电池运行方法的另一种流程示意图。首先，整车控制器111可以判断实时平均单片电压是否低于V1。当实时平均单片电压低于V1时，执行电堆性能恢复过程。当实时平均单片电压大于或等于V1时，则按照正常条件运行电堆。正常条件可以参照现有的电堆运行方案。
其中，电堆性能恢复过程包括：将实时空气计量比从λ1降低至λ2；保持实时空气计量比为λ2并保持氢氧燃料电池电堆114运行t1时间；将实时空气计量比从λ2提升至λ1。
请参照图4，图4为本发明实施例所提供的燃料电池运行方法的又一种流程示意图。首先，整车控制器111可以判断氢氧燃料电池电堆114运行时间是否大于或等于预设的t3时间。当氢氧燃料电池电堆114运行时间大于或等于预设的t3时间时，执行电堆性能恢复过程。当氢氧燃料电池电堆114运行时间小于预设的t3时间时，则按照正常条件运行电堆。正常条件可以参照现有的电堆运行方案。其中，t3≥60分钟。
其中，电堆恢复过程包括：将实时空气计量比从λ1降低至λ2；保持实时空气计量比为λ2并保持氢氧燃料电池电堆114运行t1时间；将实时空气计量比从λ2提升至λ1。
可以理解，在上述图3或图4所示的方法实施例中，通过降低空气计量比，可以把燃料电池在常规运行电压下生成的PtO还原回Pt，进而恢复燃料电池的性能。其中，降低计量比可以在燃料电池正常运行时平均单片电压降低到了一个预设值时自动启动，也可以在燃料电池正常运行了一个预设的时长后自动启动，燃料电池在这个低空气计量比条件下运行较短时间就可以有效回复性能。
在一个实施例中，氢气供给模块的开启程度按照第一正弦波周期性改变，氧气供给模块的开启程度按照第二正弦波周期性改变，第一正弦波与第二正弦波相同。
具体来说，氢气供给模块的开启程度可以根据如下公式确定：
OD1=A-0.1×c×sin(t)。其中，OD1表示氢气供给模块的开启程度，A表示当实时空气计量比被调整至第二预设空气计量比时氢气供给模块对应的开启程度，c为预设微调参数，0.1×c×sin(t)表示第一正弦波，t表示时间变量。
氧气供给模块的开启程度可以根据如下公式确定：
OD2=B-0.1×c×sin(t)。其中，OD2表示氧气供给模块的开启程度，B表示当实时空气计量比被调整至第二预设空气计量比时氧气供给模块对应的开启程度，c为预设微调参数，0.1×c×sin(t)表示第一正弦波，t表示时间变量。
可以理解，OD1在A的基础上由0.1×c×sin(t)进行微调，从而实现氢气供给模块的开启程度按照第一正弦波周期性改变。其中，第一正弦波与第二正弦波相同，也即是OD1与OD2同步变化，如此可以使得所述氢气进入流量和所述氧气进入流量同步变化，保持实时空气计量稳定，从而可以进一步使得反应产物被尽可能快地推出反应区域，进而能够进一步加速氢氧燃料电池电堆中的电化学反应过程，以及进一步加快氢氧燃料电池电堆的恢复速率。
在一个实施例中，氢气供给模块的开启程度按照第一正弦波周期性改变，氧气供给模块的开启程度按照第二正弦波周期性改变，第一正弦波与第二正弦波的相位相差180°，也即是π。或者说，第一正弦波与第二正弦波的差异在于相位相反。
具体来说，氢气供给模块的开启程度可以根据如下公式确定：
OD3=A-0.1×c×sin(t)。其中，OD3表示氢气供给模块的开启程度，A表示当实时空气计量比被调整至第二预设空气计量比时氢气供给模块对应的开启程度，c为预设微调参数，0.1×c×sin(t)表示第一正弦波，t表示时间变量。
氧气供给模块的开启程度可以根据如下公式确定：
OD4=B-0.1×c×sin(t+π)。其中，OD4表示氧气供给模块的开启程度，B表示当实时空气计量比被调整至第二预设空气计量比时氧气供给模块对应的开启程度，0.1×c×sin(t+π)表示第二正弦波，t表示时间变量。
可以理解，OD3在A的基础上由0.1×c×sin(t)进行微调，OD4在B的基础上由0.1×c×sin(t+π)进行微调，如此可以实现氢气供给模块的开启程度按照第一正弦波周期性改变，氧气供给模块的开启程度按照第二正弦波周期性改变。其中，第一正弦波与第二正弦波反相，也即是OD1与OD2变化反相。如此可以使得所述氢气进入流量和所述氧气进入流量反相变化，可以使得实时空气计量处于波动状态，能够使得氢氧燃料电池电堆中的电化学反应过程更加彻底，进而能够使得氢氧燃料电池电堆进行深度恢复。
在一个实施例中，图2所示方法实施例还可以包括：在第一预设时间段内，当氢气供给模块和氧气供给模块的开启程度小于或等于预设开启程度时，利用整车控制器111控制燃料电池运行控制模块113中的排气阀按照预设脉冲周期性开启和关闭。例如，控制燃料电池运行控制模块113中的排气阀按照3秒完全开启3秒完全关闭的频率进行周期性开启和关闭。
可以理解，按照预设脉冲周期性开启和关闭，有利于排除氢氧燃料电池电堆114两侧的积水和杂质，从而提高氢氧燃料电池电堆114的使用寿命。
在一个实施例中，图2所示方法实施例还可以包括：在第一预设时间段内，当氢气供给模块和氧气供给模块的开启程度小于或等于预设开启程度时，利用整车控制器111控制燃料电池运行控制模块113中的排气阀的开启程度按照如下公式周期性改变：
OD5=d×|sin(t)|+C
其中，OD5表示排气阀的开启程度，d为预设参数，C为预设微调参数，t表示时间变量。
可以理解，OD5由d×|sin(t)|进行调整并由C进行微调，能够实现排气阀按照一个正弦波周期性改变。如此可以与控制氢气供给模块和氧气供给模块的开启程度的预设正弦波相配合，以进一步使得反应产物被尽快推出反应区域，加速氢氧燃料电池电堆中的电化学反应过程，加快氢氧燃料电池电堆的恢复速率。
在一个实施例中，图2所示方法实施例还可以包括如下步骤1.1-1.3：
步骤1.1，利用监测模块112对氢氧燃料电池电堆114进行监测，以获取氢氧燃料电池电堆114的实时氢气进入流量、实时氧气进入流量和实时输出功率。
可选的，可以利用监测模块112中的氢气流量传感器、氧气流量传感器以及功率传感器来检测所述实时氢气进入流量、所述实时氧气进入流量和所述实时输出功率。
步骤1.2，利用整车控制器111根据实时氢气进入流量、实时氧气进入流量和实时输出功率确定氢氧燃料电池电堆114的当前健康值，当前健康值根据如下公式确定：
HC=αP0/（W1+W2）
其中，HC表示当前健康值，P0表示实时输出功率，W1表示实时氢气进入流量，W2表示实时氧气进入流量，α为第一预设常数。
步骤1.3，在当前健康值低于预设健康值时，利用整车控制器111通过燃料电池运行控制模块113调整氢氧燃料电池电堆114的氢气进入流量和氧气进入流量，以使得实时空气计量比在预设恢复时间段内保持小于第二预设空气计量比的状态。
其中，预设恢复时间段的设置范围包括[9s，700s]。
可以理解，在步骤1.1-1.3中，通过计算氢燃料电池的当前健康值来量化氢燃料电池的老化程度，并在当前健康值低于预设健康值时，将实时空气计量降低至第二预设空气计量比。相较于通过电压判断是否需要进行电堆恢复过程而言，步骤1.1-1.3能够实现在电堆出现老化的迹象时，及时执行电堆恢复过程，从而能够进一步提升PtO还原成Pt的速率，快速恢复燃料电池的性能，并使得电堆恢复过程的触发时机更加合理。
进一步的，在上述步骤1.1-1.3中，图2所示方法实施例还可以包括：在当前健康值低于预设健康值时，降低第二预设空气计量比，并增加第一预设时间段。可以理解，通过降低第二预设空气计量比，以及增加第一预设时间段，可以使得电堆恢复过程时间更长，恢复程度更深。
以上结合示例对本发明实施例提供的方法进行了详细说明，以下将结合具体实验数据对上述方法实施例所具有的有益效果进行进一步说明。
请参照图5，图5为氢氧燃料电池电堆在常规运行情况下在每个运行周期的性能变化示意图。可以看出，常规运行情况下的氢氧燃料电池电堆在每一个周期内性能都在逐步下降，而且开始时下降的速度较快。
请参照图6，图6为氢氧燃料电池电堆在常规运行情况下的衰减率示意图。其中，图6采用的是每个运行周期最后一个数据点，拟合直线的斜率是-0.0001 V/h，也即-0.1mV/h。可以看出，常规运行情况下的氢氧燃料电池电堆每小时运行的平均单片电池性能下降0.1mV。
请参照图7，图7为采用本发明实施例所提供的燃料电池运行方法对氢氧燃料电池电堆进行恢复的性能恢复过程示意图。图7中，空气计量比从3逐步降低到了1.4，燃料电池的平均单片电压相应从0.660 V降到了0.577 V。在空气计量比1.4的情况下运行了5分钟后，燃料电池电压从0.577 V增加到了0.600 V ，净增加23 mV，随后把空气计量比逐步提高到了3，燃料电池平均单片电压增加到0.674 V，比开始时的0.660 V提高了14 mV。上述性能恢复过程总共持续了8.5分钟，而且在这个过程中，燃料电池仍然处于发电状态。
请参照图8，图8采用本发明实施例提供的燃料电池运行方法后氢氧燃料电池电堆的性能变化情况示意图。图8中，在每两个运行周期之间都实施了上述方法，其余时间燃料电池都处于常规运行状态。
请参照图9，图9为采用本发明实施例提供的燃料电池运行方法后氢氧燃料电池电堆的性能衰减率示意图。图9中，采用的是每个运行周期最后一个数据点，拟合直线的斜率是-0.00005V/h，也即-0.05mV/h，图9中燃料电池性能衰减率是图6的一半，表明采用本发明的方法可以有效降低燃料电池的衰减率。因此结合图7-9，可以看出，采用本发明实施例所提供的燃料电池运行方法能够有效地对氢氧燃料电池电堆进行恢复。
基于上述实施例，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行上述燃料电池运行方法的步骤。
具体地，该存储介质可以为通用的存储介质，如移动磁盘、硬盘等，该存储介质上的计算机程序被运行时，能够执行上述实施例中的方法，从而解决“将PtO及时还原回Pt的现有方案存在需要增加外电源，导致实际应用存在着成本高、设计复杂”的问题。因此，本发明的目的在于提供一种燃料电池运行方法，通过短时降低空气计量比以及控制氢气供给模块、氧气供给模块和排气阀进行配合，能够有效把PtO还原成Pt，快速恢复燃料电池的性能，不影响燃料电池发电运行，同时尽可能减少氢氧燃料电池电堆的不可逆衰减。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。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，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，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通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
另外，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网络单元上。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。
再者，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种燃料电池运行方法，其特征在于，应用于汽车，所述汽车包括整车控制器、监测模块、燃料电池运行控制模块和氢氧燃料电池电堆；其中，
所述燃料电池运行方法，包括：
利用所述监测模块对所述氢氧燃料电池电堆进行监测，以获取所述氢氧燃料电池电堆的实时平均单片电压以及实时空气计量比；
在启动所述氢氧燃料电池电堆时，利用所述整车控制器通过所述燃料电池运行控制模块调整所述氢氧燃料电池电堆的氢气进入流量和氧气进入流量，以使得所述实时空气计量比大于或等于第一预设空气计量比；
在所述氢氧燃料电池电堆启动后且所述实时平均单片电压小于第一预设电压时，利用所述整车控制器通过所述燃料电池运行控制模块调整所述氢氧燃料电池电堆的氢气进入流量和氧气进入流量，以使得所述实时空气计量比小于第二预设空气计量比并且使得所述实时平均单片电压小于第二预设电压，其中，所述第二预设空气计量比小于所述第一预设空气计量比，所述第二预设电压小于所述第一预设电压；
利用所述整车控制器在所述实时空气计量比降低至所述第二预设空气计量比时开始计时，并在第一预设时间段后通过所述燃料电池运行控制模块调整所述氢氧燃料电池电堆的氢气进入流量和氧气进入流量，以使得所述实时空气计量比大于或等于所述第一预设空气计量比并且使得在所述第一预设时间段后的第二预设时间段内所述实时平均单片电压大于或等于所述第一预设电压；
在所述第一预设时间段内，利用所述整车控制器控制所述燃料电池运行控制模块中的氢气供给模块和氧气供给模块的开启程度按照预设正弦波周期性改变；以及
在所述第一预设时间段内，当所述氢气供给模块和所述氧气供给模块的开启程度大于预设开启程度时，利用所述整车控制器控制所述燃料电池运行控制模块中的排气阀持续保持完全开启状态。
2.根据权利要求1所述的燃料电池运行方法，其特征在于，所述氢气供给模块的开启程度按照第一正弦波周期性改变，所述氧气供给模块的开启程度按照第二正弦波周期性改变，所述第一正弦波与所述第二正弦波相同。
3.根据权利要求2所述的燃料电池运行方法，其特征在于，所述氢气供给模块的开启程度根据如下公式确定：
OD1=A-0.1×c×sin(t)；其中，OD1表示所述氢气供给模块的开启程度，A表示当所述实时空气计量比被调整至所述第二预设空气计量比时所述氢气供给模块对应的开启程度，c为预设微调参数，0.1×c×sin(t)表示所述第一正弦波，t表示时间变量；
所述氧气供给模块的开启程度根据如下公式确定：
OD2=B-0.1×c×sin(t)；其中，OD2表示所述氧气供给模块的开启程度，B表示当所述实时空气计量比被调整至所述第二预设空气计量比时所述氧气供给模块对应的开启程度。
4.根据权利要求1所述的燃料电池运行方法，其特征在于，所述氢气供给模块的开启程度按照第一正弦波周期性改变，所述氧气供给模块的开启程度按照第二正弦波周期性改变，所述第一正弦波与所述第二正弦波的相位相差180°。
5.根据权利要求4所述的燃料电池运行方法，其特征在于，所述氢气供给模块的开启程度根据如下公式确定：
OD3=A-0.1×c×sin(t)；其中，OD3表示所述氢气供给模块的开启程度，A表示当所述实时空气计量比被调整至所述第二预设空气计量比时所述氢气供给模块对应的开启程度，c为预设微调参数，0.1×c×sin(t)表示所述第一正弦波，t表示时间变量；
所述氧气供给模块的开启程度根据如下公式确定：
OD4=B-0.1×c×sin(t+π)；其中，OD4表示所述氧气供给模块的开启程度，B表示当所述实时空气计量比被调整至所述第二预设空气计量比时所述氧气供给模块对应的开启程度，0.1×c×sin(t+π)表示所述第二正弦波。
6.根据权利要求1所述的燃料电池运行方法，其特征在于，还包括：
在所述第一预设时间段内，当所述氢气供给模块和所述氧气供给模块的开启程度小于或等于所述预设开启程度时，利用所述整车控制器控制所述燃料电池运行控制模块中的排气阀按照预设脉冲周期性开启和关闭。
7.根据权利要求1所述的燃料电池运行方法，其特征在于，还包括：
在所述第一预设时间段内，当所述氢气供给模块和所述氧气供给模块的开启程度小于或等于所述预设开启程度时，利用所述整车控制器控制所述燃料电池运行控制模块中的排气阀的开启程度按照如下公式周期性改变：
OD5=d×|sin(t)|+C；其中，OD5表示所述排气阀的开启程度，d为预设参数，C为预设微调参数，t表示时间变量。
8.根据权利要求1所述的燃料电池运行方法，其特征在于，还包括：
利用所述监测模块对所述氢氧燃料电池电堆进行监测，以获取所述氢氧燃料电池电堆的实时氢气进入流量、实时氧气进入流量和实时输出功率；
利用所述整车控制器根据所述实时氢气进入流量、所述实时氧气进入流量和所述实时输出功率确定所述氢氧燃料电池电堆的当前健康值，所述当前健康值根据如下公式确定：HC=αP0/（W1+W2）；其中，HC表示所述当前健康值，P0表示所述实时输出功率，W1表示所述实时氢气进入流量，W2表示所述实时氧气进入流量，α为第一预设常数；
在所述当前健康值低于预设健康值时，利用所述整车控制器通过所述燃料电池运行控制模块调整所述氢氧燃料电池电堆的氢气进入流量和氧气进入流量，以使得所述实时空气计量比在预设恢复时间段内保持小于第二预设空气计量比的状态。
9.根据权利要求8所述的燃料电池运行方法，其特征在于，还包括：
在所述当前健康值低于预设健康值时，降低所述第二预设空气计量比，并增加所述第一预设时间段。
10.根据权利要求1所述的燃料电池运行方法，其特征在于，所述第一预设空气计量比大于1.8，所述第二预设空气计量比的设置范围包括[1.2，1.8]；
所述第一预设电压大于或等于0.62V，所述第二预设电压的设置范围包括[0.10V，0.55V]；
所述第一预设时间段的设置范围包括[10s，600s]；
所述第二预设时间段的设置范围包括所述实时平均单片电压从恢复后的数值降低到所述第一预设电压时的时长。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014209416A (ja) * 2013-04-16 2014-11-06 パナソニック株式会社 燃料電池システム、および燃料電池システムの制御方法
CN108206294A (zh) * 2016-12-16 2018-06-26 现代自动车株式会社 控制燃料电池系统的驱动的方法
CN111740134A (zh) * 2020-05-19 2020-10-02 广东国鸿氢能科技有限公司 一种燃料电池的电堆活化方法
CN114024001A (zh) * 2022-01-05 2022-02-08 佛山市清极能源科技有限公司 一种质子交换膜燃料电池堆的阴极活化方法
CN114597450A (zh) * 2022-03-09 2022-06-07 大同氢雄云鼎氢能科技有限公司 一种燃料电池系统快速活化方法
CN115360392A (zh) * 2022-10-19 2022-11-18 苏州中车氢能动力技术有限公司 燃料电池系统的进气控制方法、系统及燃料电池系统
CN115882009A (zh) * 2022-12-25 2023-03-31 上海纳尔终能氢电有限公司 一种基于交流阻抗仪的质子交换膜燃料电池堆的活化方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4485320B2 (ja) * 2004-10-29 2010-06-23 アイシン精機株式会社 燃料電池システム

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014209416A (ja) * 2013-04-16 2014-11-06 パナソニック株式会社 燃料電池システム、および燃料電池システムの制御方法
CN108206294A (zh) * 2016-12-16 2018-06-26 现代自动车株式会社 控制燃料电池系统的驱动的方法
CN111740134A (zh) * 2020-05-19 2020-10-02 广东国鸿氢能科技有限公司 一种燃料电池的电堆活化方法
CN114024001A (zh) * 2022-01-05 2022-02-08 佛山市清极能源科技有限公司 一种质子交换膜燃料电池堆的阴极活化方法
CN114597450A (zh) * 2022-03-09 2022-06-07 大同氢雄云鼎氢能科技有限公司 一种燃料电池系统快速活化方法
CN115360392A (zh) * 2022-10-19 2022-11-18 苏州中车氢能动力技术有限公司 燃料电池系统的进气控制方法、系统及燃料电池系统
CN115882009A (zh) * 2022-12-25 2023-03-31 上海纳尔终能氢电有限公司 一种基于交流阻抗仪的质子交换膜燃料电池堆的活化方法

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