CN117239183B - 一种燃料电池的关机方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种燃料电池的关机方法，涉及燃料电池技术领域。该方法包括获取燃料电池的运行状态数据，并进行怠速判断，形成怠速判断结果数据；根据怠速判断结果数据，进行空气计量比的调整，并结合运行状态数据，进行可逆衰减的恢复处理，形成可逆衰减恢复信息；根据可逆衰减恢复信息，进行可逆衰减的恢复情况判断，形成可逆衰减恢复判断结果数据；根据可逆衰减恢复判断结果数据，进行氢气吹扫处理，并获取实时吹扫信息进行吹扫状态判断，形成吹扫判断结果信息；根据吹扫判断结果信息，进行关机控制处理。其通过合理的控制手段实现对燃料电池的可逆衰减恢复和避免破坏性电压出现，提高燃料电池的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池关机技术领域，具体而言，涉及一种燃料电池的关机方法。
背景技术
燃料电池是把燃料（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，只要有反应物的输入，燃料电池就可持续发电。氢、氧燃料电池的理论电压为1.23V，但由于活化过电位的存在，实际开路电压约为1.0V，且在燃料电池运行过程中，还有欧姆电压降和传质过电位的存在；传质过电位主要发生在阴极侧，为了控制其大小，空气的计量比一般需要控制在2.5倍左右。燃料电池工作时的电压多在0.7V左右，对应的电流密度近年来有了大幅提高，但燃料电池寿命还不尽人意，是制约燃料电池商业化的瓶颈之一。
影响燃料电池寿命的因素很多，包括材料和部件本身的可靠性，运行环境和条件，启停过程中经历高电压，不能及时恢复运行过程中产生的可逆性衰减，控制逻辑不完善等。在材料和部件及运行环境和条件不能改变的情况下，完善的控制方法就成为延长燃料电池寿命的主要手段。
因此，设计一种燃料电池的关机方法，通过合理的控制手段实现对燃料电池的可逆衰减恢复和避免破坏性电压生成，提高燃料电池的使用寿命，是目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种燃料电池的关机方法，通过对燃料电池是否进入怠速状态的判断，并在怠速时对空气计量比进行调整以实现对燃料电池的可逆衰减的恢复，使燃料电池中的高价态Pt还原成性能较好的零价态Pt，进而保证燃料电池处于较好的可运行状态。同时在完成可逆衰减恢复后进行阴极侧的氢气吹扫，以使电堆的阴极侧和阳极侧均进入到氢气的氛围中，避免关机后的放置阶段出现的开路电压影响燃料电池性能而降低寿命的情况，同时也避免了再次开机时出现高电压造成燃料电池性能下降而降低使用寿命的情况。
第一方面，本发明提供一种燃料电池的关机方法，包括获取燃料电池的运行状态数据，并进行怠速判断，形成怠速判断结果数据；根据怠速判断结果数据，进行空气计量比的调整，并结合运行状态数据，进行可逆衰减的恢复处理，形成可逆衰减恢复信息；根据可逆衰减恢复信息，进行可逆衰减的恢复情况判断，形成可逆衰减恢复判断结果数据；根据可逆衰减恢复判断结果数据，进行氢气吹扫处理，并获取实时吹扫信息进行吹扫状态判断，形成吹扫判断结果信息；根据吹扫判断结果信息，进行关机控制处理。
在本发明中，该方法通过对燃料电池是否进入怠速状态的判断，并在怠速时对空气计量比进行调整以实现对燃料电池的可逆衰减的恢复，使燃料电池中的高价态Pt还原成性能较好的零价态Pt，进而保证燃料电池处于较好的可运行状态。同时在完成可逆衰减恢复后进行阴极侧的氢气吹扫，以使电堆的阴极侧和阳极侧均进入到氢气的氛围中，避免关机后的放置阶段出现的开路电压影响燃料电池性能而降低寿命的情况，同时也避免了再次开机时出现高电压造成燃料电池性能下降而降低使用寿命的情况。
作为一种可能的实现方式，获取燃料电池的运行状态数据，并进行怠速判断，形成怠速判断结果数据，包括：获取燃料电池的额定运行功率W额定、燃料电池的负载额定运行功率W负载以及燃料电池的实际运行功率W实际；获取燃料电池中的电堆电流密度J；设定怠速功率判断偏差因子α和怠速电流密度阈值范围[Jmin，Jmax]，若同时满足下式，则形成怠速状态确认信息，反之则继续获取实际运行功率和电堆电流密度进行怠速状态的判断：W实际∈[(W额定-W负载)×(1-α)，(W额定-W负载)×(1+α)]，J∈[Jmin，Jmax]。
在本发明中，对燃料电池关机时的运行状态进行判断，主要是考虑在燃料电池处于怠速状态时进行空气计量比的调整，以实现对燃料电池可逆衰变的恢复。这里对燃料电池是否处于怠速状态的判断准则以实际运行功率和电堆的电流密度进行双参数的判断，以提高判断的准确性。怠速功率判断偏差因子可以基于大数据进行确定，当然，通常情况下我们认为怠速状态下燃料电池的运行功率为额定功率的十分之一左右，可以基于这一认识来对怠速功率判断偏差因子进行确定。
作为一种可能的实现方式，根据怠速判断结果数据，进行空气计量比的调整，并结合运行状态数据，进行可逆衰减的恢复处理，形成可逆衰减恢复信息，包括：根据怠速状态确认信息，设定空气计量比的目标范围A；以目标范围A为调整目标，获取运行状态数据，进行空气计量比的调整，形成实时空气计量比信息；根据实时空气计量比信息，并结合运行状态数据，进行可逆衰减的恢复处理，形成可逆衰减恢复信息。
在本发明中，在燃料电池处于怠速运行状态时，对空气计量比的调整是实现燃料电池可逆衰减恢复的一个重要因素。经实验证明空气计量比在1.0-1.5的情况下是燃料电池可逆衰减恢复的最佳范围。这里，对目标范围A的确定可以根据需要来设定，但需要A是出于1.0-1.5的范围中的。
作为一种可能的实现方式，以目标范围A为调整目标，获取运行状态数据，进行空气计量比的调整，形成实时空气计量比信息，包括：获取空压机的空气流量调整数据，并结合燃料电池的运行参数，确定第一空气计量比；设定目标温差阈值范围B，获取燃料电池的冷却液在电堆进出口温差范围数据，并结合第一空气计量比，进行基于进出口温差范围的调整，形成第二空气计量比；获取燃料电池的空气湿度调整范围，并结合第二空气计量比进行调整，形成实时空气计量比。
在本发明中，对空气计量比的调整包括三个重要的影响调整的因素，一个是空气流量，第二个是燃料电池的冷却液在电堆进出口的温差，第三个是燃料电池中空气的湿度。可以理解，空气流量的变化能够直接影响空气计量比，冷却液在电堆进出口的温差和空气的湿度是影响燃料电池是否出现水淹的因素，而燃料电池出现水淹时会提高空气的传质阻力，进而有利于电压的下降。因此，基于这三种因素对空气计量比进行调整能够获得燃料电池在实际状态下可以达到的最低的空气计量比，毕竟空气计量比越小，燃料电池的可逆衰减恢复效果越好。
作为一种可能的实现方式，获取空压机的空气流量调整数据，并结合燃料电池的运行参数，确定第一空气计量比，包括：获取空压机的转速N与空气流量Q之间的调整关系函数F(N→Q)以及转速N与空压机能源利用率η之间的间接关系函数F(η→N)；设定能源利用率阈值η0，根据间接关系函数F(η→N)确定在η≥η0的范围内所取得的转速N的转速允许最小值Nmin；根据转速允许最小值Nmin和调整关系函数F(N→Q)，确定出与转速允许最小值Nmin对应的空气流量允许最小值Qmin；获取燃料电池中电堆的电流I0，并结合空气流量允许最小值Qmin，进行第一空气计量比的计算：/>，其中，0.21为氧气在空气中的摩尔分数，4表示一个氧气分子在电化学反应中得到的电子数，F表示法拉第常数，m是电堆中单电池的数量；Qmin、F和Io的单位分别是mol/s、C/mol和A。
在本发明中，基于空气流量对空气计量比进行调整，主要是通过对空压机的运行参数进行控制来实现的。影响空气流量变化的空压机参数主要是转速，而转速的调整则由空压机的转换能源进行，可以理解为了保证空压机处于一个较好的能源利用运行状态，而避免对能源的浪费，也考虑大量的无功功率会对空压机产生高温，所以在进行转速调整时就需要参考能源利用率阈值来进行最小转速的确定，进而确定出空气流量能够影响空气计量比降低的最大幅度。
作为一种可能的实现方式，设定目标温差阈值范围B，获取燃料电池的冷却液在电堆进出口温差范围数据，并结合第一空气计量比，进行基于进出口温差范围的调整，形成第二空气计量比，包括：获取燃料电池的冷却液在电堆进出口的温差范围[Tup，Tdown]，并进行以下分析，确定最佳温差T0：若[Tup，Tdown]∈B，则T0=Tdown；若[Tup，Tdown]与B存在交集，且Tup∈B，Tdown不属于B，则T0为B中的最小值；若[Tup，Tdown]与B存在交集，且Tup不属于B，Tdown∈B，则T0=Tdow；根据获取的最佳温T0，对第一空气计量比进行调整，形成第二空气计量比/>。
在本发明中，对于基于冷却液在电堆进出口温差对空气计量比的调整，考虑冷却液在电堆进出口的实际温差有一个可控的范围，而影响空气计量比的较好的温差范围也有一定的限制，通常情况下认为温差在正常运行时的四分之一到二分之一之间是影响空气计量比的较好范围。因此，需要结合实际的温差控制范围和温差的较好范围限制进行合理的判断，确定出最佳的影响空气计量比的温差值。
作为一种可能的实现方式，获取燃料电池的空气湿度调整范围，并结合第二空气计量比进行调整，形成实时空气计量比，包括：获取燃料电池的空气湿度调整范围C，并以空气湿度调整范围C中的最大值Hmax为目标，对第二空气计量比进行调整，形成实时空气计量比/>；对获取的实时空气计量比/>进行判断，保证实时空气计量比/>满足：/>∈A。
在本发明中，基于空气湿度对空气计量比的调整考虑鼓入的空气在环境温度下有一个饱和度，并且空气加湿也由加湿器进行控制，所以根据实际的情况来取得可以达到的最大湿度值，进而根据这个湿度值对空气计量比进行调整，形成实时空气计量比。当然，在完成调整后所取得的空气计量比也需要处于燃料电池的可逆衰减恢复较佳的范围。
作为一种可能的实现方式，根据实时空气计量比信息，并结合运行状态数据，进行可逆衰减的恢复处理，形成可逆衰减恢复信息，包括：获取实时空气计量比，并获取燃料电池在实时空气计量比/>下的可逆衰减恢复函数F(U)，并确定出基于时间的可逆衰减恢复率F'(U)；设定可逆衰减恢复阈值R和可逆衰减恢复限制时间T限制，在确定的实时空气计量比/>、最佳温差T0以及空气湿度Hmax下进行可逆衰减恢复处理，并根据实时获取可逆衰减恢复率F'(Utime)和可逆衰减恢复处理时间Ttime，进行以下判断：若存在任一满足下式的情况，则形成可逆衰减恢复完成信息，反之则继续获取可逆衰减恢复率F'(Utime)和可逆衰减恢复处理时间Ttime进行判断：F'(Utime)/>R，Ttime≥T限时。
在本发明中，在获得实时空气计量比后，根据计量比来进行燃料电池的可逆衰减恢复处理，而对于可逆衰减恢复的处理何时能够完成，通过设定衰减恢复变化率阈值和衰减恢复处理限制时间来进行判断，可以理解的是，虽然处于较好的空气计量比下，可逆衰减恢复的速度提升，但越往后恢复的效果会逐渐减小，因此，可以考虑在大部分的高价态Pt还原后就可以停止进行恢复，这样也不会对燃料电池的性能产生较大的影响。当然，对于限制时间，一方面需要考虑恢复的情况，另一方面也需要考虑用户对时间的敏感程度，因此，限制时间在0.5min-3min之间较为合适，可根据实际情况进行详细的确定。另外，对于可逆衰减回复率来说，可以是对高价态Pt还原量的变化率统计，也可以是对高价态Pt还原后所表现出的电压或者其他参数的变化率的统计。
作为一种可能的实现方式，根据可逆衰减恢复判断结果数据，进行氢气吹扫处理，并获取实时吹扫信息进行吹扫状态判断，形成吹扫判断结果信息，包括：根据可逆衰减恢复完成信息，形成阴极侧氢气吹扫指令，向燃料电池的阴极侧进行氢气吹扫；设定吹扫量阈值Vlim和吹扫时间阈值Tlim，并获取实时氢气吹扫量Vtime和吹扫时间Tp进行以下判断：满足以下任意一个条件，则形成吹扫完成信息：Vtime=Vlim；Tp=Tlim；反之继续获取实时氢气吹扫量VtimeVtime和吹扫时间Tp进行判断。
在本发明中，完成可逆衰减恢复后，设置氢气吹扫的目的是将燃料电池中阴极侧的空气氛围变为氢气氛围，这样，在放置或者再次开启的时候不会因为出现较高的电压而造成燃料电池性能下降而降低使用寿命的情况。当然，氢气吹扫需要进行合理的控制以免造成能源的浪费。这里通过对吹气量和吹扫时间进行组合判断来实现对吹扫的控制。
作为一种可能的实现方式，根据吹扫判断结果信息，进行关机控制处理，包括：获取吹扫完成信息后，形成关闭指令，控制燃料电池的阴极侧和阳极侧的气体进出口关闭。
在本发明中，在燃料电池的阴极侧和阳极侧均形成氢气氛围后，关闭进出口可以使内部一直保持氢气氛围的状态，进而长时间地避免出现开路电压而影响燃料电池的性能进而降低燃料电池使用寿命的情况。
本发明提供的一种燃料电池的关机方法的有益效果包括：
该方法通过对燃料电池的状态进行是否进入怠速的判断，并在怠速时对空气计量比进行调整以实现对燃料电池的可逆衰减的恢复，使燃料电池中的高价态Pt还原成性能较好的零价态Pt，进而保证燃料电池处于较好的可运行状态。同时在完成可逆衰减恢复后进行阴极侧的氢气吹扫，以使电堆的阴极侧和阳极侧均进入到氢气的氛围中，避免关机后的放置阶段出现的开路电压影响燃料电池性能而降低寿命的情况，同时也避免了再次开机时出现高电压而造成燃料电池性能下降而降低使用寿命的情况。
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为本发明实施例提供的燃料电池的关机方法的步骤图。
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描述。
燃料电池是把燃料（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，只要有反应物的输入，燃料电池就可持续发电。氢、氧燃料电池的理论电压为1.23V，但由于活化过电位的存在，实际开路电压约为1.0V，且在燃料电池运行过程中，还有欧姆电压降和传质过电位的存在；传质过电位主要发生在阴极侧，为了控制其大小，空气的计量比一般需要控制在2.5倍左右。燃料电池工作时的电压多在0.7V左右，对应的电流密度近年来有了大幅提高，但燃料电池寿命还不尽人意，是制约燃料电池商业化的瓶颈之一。
影响燃料电池寿命的因素很多，包括材料和部件本身的可靠性，运行环境和条件，启停过程中经历高电压，不能及时恢复运行过程中产生的可逆性衰减，控制逻辑不完善等。在材料和部件及运行环境和条件不能改变的情况下，完善的控制方法就成为延长燃料电池寿命的主要手段。
参考图1，本发明实施例提供一种燃料电池的关机方法。该方法通过对燃料电池是否进入怠速状态的判断，并在怠速时对空气计量比进行调整以实现对燃料电池的可逆衰减的恢复，使燃料电池中的高价态Pt还原成性能较好的零价态Pt，进而保证燃料电池处于较好的可运行状态。同时在完成可逆衰减恢复后进行阴极侧的氢气吹扫，以使电堆的阴极侧和阳极侧均进入到氢气的氛围中，避免关机后的放置阶段出现的开路电压影响燃料电池性能而降低寿命的情况，同时也避免了再次开机时出现高电压造成燃料电池性能下降而降低使用寿命的情况。
燃料电池的关机方法具体包括以下步骤：
S1：获取燃料电池的运行状态数据，并进行怠速判断，形成怠速判断结果数据。
获取燃料电池的运行状态数据，并进行怠速判断，形成怠速判断结果数据，包括：获取燃料电池的额定运行功率W额定、燃料电池的负载额定运行功率W负载以及燃料电池的实际运行功率W实际；获取燃料电池中的电堆电流密度J；设定怠速功率判断偏差因子α和怠速电流密度阈值范围[Jmin，Jmax]，若同时满足下式，则形成怠速状态确认信息，反之则继续获取实际运行功率和电堆电流密度进行怠速状态的判断：W实际∈[(W额定-W负载)×(1-α)，(W额定-W负载)×(1+α)]，J∈[Jmin，Jmax]。
对燃料电池关机时的运行状态进行判断，主要是考虑在燃料电池处于怠速状态时进行空气计量比的调整，以实现对燃料电池可逆衰变的恢复。这里对燃料电池是否处于怠速状态的判断准则以实际运行功率和电堆的电流密度进行双参数的判断，以提高判断的准确性。怠速功率判断偏差因子可以基于大数据进行确定，当然，通常情况下我们认为怠速状态下燃料电池的运行功率为额定功率的十分之一左右，可以基于这一认识来对怠速功率判断偏差因子进行确定。
S2：根据怠速判断结果数据，进行空气计量比的调整，并结合运行状态数据，进行可逆衰减的恢复处理，形成可逆衰减恢复信息。
根据怠速判断结果数据，进行空气计量比的调整，并结合运行状态数据，进行可逆衰减的恢复处理，形成可逆衰减恢复信息，包括：根据怠速状态确认信息，设定空气计量比的目标范围A；以目标范围A为调整目标，获取运行状态数据，进行空气计量比的调整，形成实时空气计量比信息；根据实时空气计量比信息，并结合运行状态数据，进行可逆衰减的恢复处理，形成可逆衰减恢复信息。
在燃料电池处于怠速状态时，对空气计量比的调整是实现燃料电池可逆衰减恢复的一个重要因素。经实验证明空气计量比在1.0-1.5的情况下是燃料电池可逆衰减恢复的最佳范围。这里，对目标范围A的确定可以根据需要来设定，但需要A是处于1.0-1.5的范围中的。
以目标范围A为调整目标，获取运行状态数据，进行空气计量比的调整，形成实时空气计量比信息，包括：获取空压机的空气流量调整数据，并结合燃料电池的运行参数，确定第一空气计量比；设定目标温差阈值范围B，获取燃料电池的冷却液在电堆进出口温差范围数据，并结合第一空气计量比，进行基于进出口温差范围的调整，形成第二空气计量比；获取燃料电池的空气湿度调整范围，并结合第二空气计量比进行调整，形成实时空气计量比。
对空气计量比的调整包括三个重要的影响调整的因素，一个是空气流量，第二个是燃料电池的冷却液在电堆进出口的温差，第三个是燃料电池中空气的湿度。可以理解，空气流量的变化能够直接影响空气计量比，冷却液在电堆进出口的温差和空气的湿度是影响燃料电池是否出现水淹的因素，而燃料电池出现水淹时会提高空气的传质阻力，进而有利于电压的下降。因此，基于这三种因素对空气计量比进行调整能够获得燃料电池在实际状态下可以达到的最低的空气计量比，毕竟空气计量比越小，燃料电池的可逆衰减恢复效果越好。
其中，获取空压机的空气流量调整数据，并结合燃料电池的运行参数，确定第一空气计量比，包括：获取空压机的转速N与空气流量Q之间的调整关系函数F(N→Q)以及转速N与空压机能源利用率η之间的间接关系函数F(η→N)；设定能源利用率阈值η0，根据间接关系函数F(η→N)确定在η≥η0的范围内所取得的转速N的转速允许最小值Nmin；根据转速允许最小值Nmin和调整关系函数F(N→Q)，确定出与转速允许最小值Nmin对应的空气流量允许最小值Qmin；获取燃料电池中电堆的电流I0，并结合空气流量允许最小值Qmin，进行第一空气计量比的计算：/>，其中，0.21为氧气在空气中的摩尔分数，4表示一个氧气分子在电化学反应中得到的电子数，F表示法拉第常数，m是电堆中单电池的数量。
基于空气流量对空气计量比进行调整，主要是通过对空压机的运行参数进行控制来实现的。影响空气流量变化的空压机参数主要是转速，而转速的调整则由空压机的转换能源进行，可以理解为了保证空压机处于一个较好的能源利用运行状态，而避免对能源的浪费，也考虑大量的无功功率会对空压机产生高温，所以在进行转速调整是就需要参考能源利用率阈值来进行最小转速的确定，进而确定出空气流量能够影响空气计量比降低的最大幅度。
设定目标温差阈值范围B，获取燃料电池的冷却液在电堆进出口温差范围数据，并结合第一空气计量比，进行基于出口温差范围的调整，形成第二空气计量比，包括：获取燃料电池的冷却液在电堆进出口的温差范围[Tup，Tdown]，并进行以下分析，确定最佳温差T0：若[[Tup，Tdown]∈B，则T0=Tdown；若[Tup，Tdown]与B存在交集，且Tup∈B，Tdown不属于B，则T0为B中的最小值；若[Tup，Tdown]与B存在交集，且Tup不属于B，Tdown∈B，则T0=Tdown；根据获取的最佳温差T0，对第一空气计量比进行调整，形成第二空气计量比/>。
对于基于冷却液在电堆进出口温差对空气计量比的调整，考虑冷却液在电堆进出口的实际温差有一个可控的范围，而影响空气计量比的较好的温差范围也有一定的限制，通常情况下认为温差在正常运行时的四分之一到二分之一之间是影响空气计量比的较好范围。因此，需要结合实际的温差控制范围和温差的较好范围限制进行合理的判断，确定出最佳的影响空气计量比的温差值。
获取燃料电池的空气湿度调整范围，并结合第二空气计量比进行调整，形成实时空气计量比，包括：获取燃料电池的空气湿度调整范围C，并以空气湿度调整范围C中的最大值Hmax为目标，对第二空气计量比进行调整，形成实时空气计量比/>；对获取的实时空气计量比/>进行判断，保证实时空气计量比/>满足：/>∈A。
基于空气湿度对空气计量比的调整考虑鼓入的空气在环境温度下有一个饱和度，并且空气加湿也由加湿器进行控制，所以根据实际的情况来取得可以达到的最大湿度值，进而根据这个湿度值对空气计量比进行调整，形成实时空气计量比。当然，在完成调整后所取得的空气计量比也需要处于使燃料电池的可逆衰减恢复较佳的范围。
根据实时空气计量比信息，并结合运行状态数据，进行可逆衰减的恢复处理，形成可逆衰减恢复信息，包括：获取实时空气计量比，并获取燃料电池在实时空气计量比下的可逆衰减恢复函数F(U)，并确定出基于时间的可逆衰减恢复率F'(U)；设定可逆衰减恢复阈值R和可逆衰减恢复限制时间T限制，在确定的实时空气计量比/>、最佳温差T0以及空气湿度Hmax下进行可逆衰减恢复处理，并根据实时获取可逆衰减恢复率F'(Utime)和可逆衰减恢复处理时间Ttime，进行以下判断：若存在任一满足下式的情况，则形成可逆衰减恢复完成信息，反之则继续获取可逆衰减恢复率F'(Utime)和可逆衰减恢复处理时间Ttime进行判断：F'(Utime)/>R，Ttime≥T限制。
在获得实时空气计量比后，根据计量比来进行燃料电池的可逆衰减恢复处理，而对于可逆衰减恢复的处理何时能够完成，通过设定衰减恢复变化率阈值和衰减恢复处理限制时间来进行判断，可以理解的是，虽然处于较好的空气计量比下，可逆衰减恢复的速度提升，但越往后恢复的效果会逐渐减小，因此，可以考虑在大部分的高价态Pt还原后就可以停止进行恢复，这样也不会对燃料电池的性能产生较大的影响。当然，对于限制时间，一方面需要考虑恢复的情况，另一方面也需要考虑用户对时间的敏感程度，因此，限制时间在0.5min-3min之间较为合适，可根据实际情况进行详细的确定。另外，对于可逆衰减恢复率来说，可以是对高价态Pt还原量的变化率统计，也可以是对高价态Pt还原后所表现出的电压或者其他参数的变化率的统计。
S3：根据可逆衰减恢复信息，进行可逆衰减的恢复情况判断，形成可逆衰减恢复判断结果数据。
S4：根据可逆衰减恢复判断结果数据，进行氢气吹扫处理，并获取实时吹扫信息进行吹扫状态判断，形成吹扫判断结果信息。
根据可逆衰减恢复判断结果数据，进行氢气吹扫处理，并获取实时吹扫信息进行吹扫状态判断，形成吹扫判断结果信息，包括：根据可逆衰减恢复完成信息，形成阴极侧氢气吹扫指令，向燃料电池的阴极侧进行氢气吹扫；设定吹扫量阈值Vlim和吹扫时间阈值Tlim，并获取实时氢气吹扫量Vtime和吹扫时间Tp进行以下判断：满足以下任意一个条件，则形成吹扫完成信息：Vtime=Vlim；Tp=Tlim；反之继续获取实时氢气吹扫量Vtime和吹扫时间Tp进行判断。
完成可逆衰减恢复后，设置氢气吹扫的目的是将燃料电池中阴极侧的空气氛围变为氢气氛围，这样，在放置或者再次开启的时候不会出现较高的电压而造成燃料电池性能下降而降低使用寿命的情况。当然，氢气吹扫需要进行合理的控制以免造成能源的浪费。这里通过对吹气量和吹扫时间进行组合判断来实现对吹扫的控制。
S5：根据吹扫判断结果信息，进行关机控制处理。
根据吹扫判断结果信息，进行关机控制处理，包括：获取吹扫完成信息后，形成关闭指令，控制燃料电池的阴极侧和阳极侧的气体进出口关闭。
在燃料电池的阴极侧和阳极侧均形成氢气氛围后，关闭进出口可以使电堆内部一直保持氢气氛围的状态，进而长时间地避免出现开路电压而影响燃料电池的性能进而降低燃料电池使用寿命的情况。
综上所述，本发明实施例提供的燃料电池的关机方法的有益效果有：
该方法通过对燃料电池是否进入怠速状态的判断，并在怠速时对空气计量比进行调整以实现对燃料电池的可逆衰减的恢复，使燃料电池中的高价态Pt还原成性能较好的零价态Pt，进而保证燃料电池处于较好的可运行状态。同时在完成可逆衰减恢复后进行阴极侧的氢气吹扫，以使电堆的阴极侧和阳极侧均进入到氢气的氛围中，避免关机后的放置阶段出现开路电压影响燃料电池性能而降低寿命的情况，同时也避免了再次开机时出现高电压造成燃料电池性能下降而降低使用寿命的情况。
本发明中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项（个）或复数项（个）的任意组合。例如，a,b,或c中的至少一项（个），可以表示：a, b, c, a-b, a-c, b-c, 或a-b-c，其中a,b,c可以是单个，也可以是多个。
应理解，在本发明的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及方法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，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。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，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，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，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。
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。
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。
所述功能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（可以是个人计算机，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、移动硬盘、只读存储器（read-only memory，ROM）、随机存取存储器（random access memory，RAM）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (6)
1.一种燃料电池的关机方法，其特征在于，包括：
获取燃料电池的运行状态数据，并进行怠速判断，形成怠速判断结果数据；
根据所述怠速判断结果数据，进行空气计量比的调整，并结合所述运行状态数据，进行可逆衰减的恢复处理，形成可逆衰减恢复信息；
根据所述可逆衰减恢复信息，进行可逆衰减的恢复情况判断，形成可逆衰减恢复判断结果数据；
根据所述可逆衰减恢复判断结果数据，进行氢气吹扫处理，并获取实时吹扫信息进行吹扫状态判断，形成吹扫判断结果信息；
根据所述吹扫判断结果信息，进行关机控制处理；
其中，获取燃料电池的运行状态数据，并进行怠速判断，形成怠速判断结果数据，包括：
获取所述燃料电池的额定运行功率W额定、所述燃料电池的负载额定运行功率W负载以及所述燃料电池的实际运行功率W实际；获取所述燃料电池中的电堆电流密度J；设定怠速功率判断偏差因子α和怠速电流密度阈值范围[Jmin，Jmax]，若同时满足下式，则形成怠速状态确认信息，反之则继续获取所述实际运行功率和所述电堆电流密度进行怠速状态的判断：W实际∈[(W额定-W负载)×(1-α)，(W额定-W负载)×(1+α)]，J∈[Jmin,Jmax]；
根据所述怠速判断结果数据，进行空气计量比的调整，并结合所述运行状态数据，进行可逆衰减的恢复处理，形成可逆衰减恢复信息，包括：
根据所述怠速状态确认信息，设定所述空气计量比的目标范围A，且A∈[1，1.5]；
以所述目标范围A为调整目标，获取所述运行状态数据，进行所述空气计量比的调整，形成实时空气计量比信息：
获取空压机的空气流量调整数据，并结合所述燃料电池的运行参数，确定第一空气计量比；设定目标温差阈值范围B，获取所述燃料电池的冷却液在电堆进出口温差范围数据，并结合所述第一空气计量比，进行基于进出口温差范围的调整，形成第二空气计量比；获取所述燃料电池的空气湿度调整范围，并结合所述第二空气计量比进行调整，形成实时空气计量比；
根据所述实时空气计量比信息，并结合所述运行状态数据，进行可逆衰减的恢复处理，形成所述可逆衰减恢复信息，包括：
获取所述实时空气计量比，并获取所述燃料电池在所述实时空气计量比/>下的可逆衰减恢复函数F(U)，并确定出基于时间的可逆衰减恢复率F'(U)；设定可逆衰减恢复阈值R和可逆衰减恢复限制时间T限制，在确定的所述实时空气计量比/>、最佳温差T0以及空气湿度Hmax下进行可逆衰减恢复处理，并根据实时获取可逆衰减恢复率F'(Utime)和可逆衰减恢复处理时间Ttime，进行以下判断：若存在任一满足下式的情况，则形成可逆衰减恢复完成信息，反之则继续获取所述可逆衰减恢复率F'(Utime)和所述可逆衰减恢复处理时间Ttime进行判断：F'(Utime)＜R，R是恢复率的下限阈值；Ttime≥T限制。
2.根据权利要求1所述的燃料电池的关机方法，其特征在于，所述获取空压机的空气流量调整数据，并结合所述燃料电池的运行参数，确定第一空气计量比，包括：
获取空压机的转速N与空气流量Q之间的调整关系函数F(N→Q)以及转速N与空压机能源利用率η之间的间接关系函数F(η→N)；
设定能源利用率阈值η0，根据所述间接关系函数F(η→N)确定在η≥η0的范围内所取得的所述转速N的转速允许最小值Nmin；
根据所述转速允许最小值Nmin和所述调整关系函数F(N→Q)，确定出与所述转速允许最小值Nmin对应的空气流量允许最小值Qmin；
获取所述燃料电池中电堆的电流I0，并结合所述空气流量允许最小值Qmin，进行所述第一空气计量比的计算：
，其中，0.21为氧气在空气中的摩尔分数，4表示一个氧气分子在电化学反应中得到的电子数，F表示法拉第常数，m是电堆中单电池的数量。
3.根据权利要求2所述的燃料电池的关机方法，其特征在于，所述设定目标温差阈值范围B，获取所述燃料电池的冷却液在电堆进出口温差范围数据，并结合所述第一空气计量比，进行基于进出口温差范围的调整，形成第二空气计量比，包括：
获取所述燃料电池的冷却液在电堆进出口的温差范围[Tup，Tdow n ]，并进行以下分析，确定最佳温差T0：
若[Tup，Tdow n ]∈B，则T0=Tdow n ；
若[Tup，Tdow n ]与B存在交集，且Tup∈B，Tdow n 不属于B，则T0为B中的最小值；
若[Tup，Tdow n ]与B存在交集，且Tup不属于B，Tdow n ∈B，则T0=Tdow n ；
根据获取的所述最佳温差T0，对所述第一空气计量比进行调整，形成所述第二空气计量比/>。
4.根据权利要求3所述的燃料电池的关机方法，其特征在于，所述获取所述燃料电池的空气湿度调整范围，并结合所述第二空气计量比进行调整，形成实时空气计量比，包括：
获取所述燃料电池的空气湿度调整范围C，并以所述空气湿度调整范围C中的最大值Hmax为目标，对所述第二空气计量比进行调整，形成所述实时空气计量比/>；
对获取的所述实时空气计量比进行判断，保证所述实时空气计量比/>满足：∈A。
5.根据权利要求4所述的燃料电池的关机方法，其特征在于，所述根据所述可逆衰减恢复判断结果数据，进行氢气吹扫处理，并获取实时吹扫信息进行吹扫状态判断，形成吹扫判断结果信息，包括：
根据所述可逆衰减恢复完成信息，形成阴极侧氢气吹扫指令，向所述燃料电池的阴极侧进行氢气吹扫；
设定吹扫量阈值Vlim和吹扫时间阈值Tlim，并获取实时氢气吹扫量Vtime和吹扫时间Tp进行以下判断：
满足以下任意一个条件，则形成吹扫完成信息：
Vtime=Vlim；Tp=Tlim；
反之继续获取所述实时氢气吹扫量Vtime和所述吹扫时间Tp进行判断。
6.根据权利要求5所述的燃料电池的关机方法，其特征在于，所述根据所述吹扫判断结果信息，进行关机控制处理，包括：
获取所述吹扫完成信息后，形成关闭指令，控制所述燃料电池的阴极侧和阳极侧的气体进出口关闭。
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