CN117457938A - 一种燃料电池系统电堆关机吹扫控制方法及其控制装置 - Google Patents

一种燃料电池系统电堆关机吹扫控制方法及其控制装置 Download PDF

Info

Publication number
CN117457938A
CN117457938A CN202311370725.5A CN202311370725A CN117457938A CN 117457938 A CN117457938 A CN 117457938A CN 202311370725 A CN202311370725 A CN 202311370725A CN 117457938 A CN117457938 A CN 117457938A
Authority
CN
China
Prior art keywords
valve
hydrogen
purging
pile
air
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202311370725.5A
Other languages
English (en)
Inventor
叶旭宏
梁振宏
鲁亮
杨强
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangdong Yuntao Hydrogen Technology Co ltd
Original Assignee
Guangdong Yuntao Hydrogen Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangdong Yuntao Hydrogen Technology Co ltd filed Critical Guangdong Yuntao Hydrogen Technology Co ltd
Priority to CN202311370725.5A priority Critical patent/CN117457938A/zh
Publication of CN117457938A publication Critical patent/CN117457938A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04156—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04126—Humidifying
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0438—Pressure; Ambient pressure; Flow
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04992—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the implementation of mathematical or computational algorithms, e.g. feedback control loops, fuzzy logic, neural networks or artificial intelligence
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Fuzzy Systems (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)

Abstract

本发明公开一种燃料电池系统电堆关机吹扫控制方法及其控制装置。该方法为：当FCU收到车辆的停机指令，系统自身先降载到怠速状态；FCU接收数据，计算本次关机空气吹扫时间T1氢气吹扫时间T2；系统按照FCU计算的T1，进行吹扫，并且控制电堆平均单片电压低于0.75V；空气吹扫T1后，关闭空压机，阳极继续供应H2，仍进行拉载，期间控制电堆平均单片电压低于0.75V；当电堆最低单片电压低于0.4V，DCDC停止拉载，后电堆阳极侧进行H2吹扫；H2吹扫时间大于T2后，关闭系统所以阀门，隔绝外部氧气。通过本控制方法燃料电池系统既可以有效识别当前状态下电堆吹扫所需要的时间，并基于识别到的时间对电堆进行吹扫。

Description

一种燃料电池系统电堆关机吹扫控制方法及其控制装置
技术领域
本发明属于燃料电池控制系统领域，具体涉及一种燃料电池系统电堆关机吹扫控制方法及其控制装置。
背景技术
氢气被广泛认为是一种清洁能源，氢燃料电池是一种发电装置，利用氢气作为还原剂和氧气或空气作为氧化剂进行氧化还原反应，将化学能转化为电能并释放一定热量。这种发电装置具有高效率和无污染的优点，生成的唯一副产品是水。因此，氢燃料电池在汽车领域得到了积极推广和应用。在燃料电池运行期间，水是作为副产物与尾气一同排出的。然而，当燃料电池系统停止运行时，这些水无法排出。如果不对电堆和氢空回路进行吹扫处理，这些液态水会在电堆内部积聚，导致启动困难和性能下降。特别是在低温环境下(例如零下温度)，水容易结冰并刺穿质子交换膜。因此，在停机时对燃料电池的电堆、供氢和供空回路进行吹扫是非常重要的。另外，吹扫时间的控制也不容忽略，吹扫时间过长回造成电堆质子交换膜过干损伤电堆，吹扫时间过短导致电堆结冰损伤电堆或冷启动失败。
在现有的燃料电池系统采用的常规关机吹扫方法为：(1)使用恒流模式来控制DC负载电流，并通过监测阻抗和电堆特征参数来实现吹扫时长的控制。然而，这样会出现电堆电压波动范围较大，电堆流体分配不均匀的问题，导致电堆单体电池的吹扫程度不一致，相对偏差较大，从而降低了整个电堆的可靠性，该方法成本较高，技术实现难度较高。(2)直接定时吹扫，除了无法适应电堆运行状态的动态变化，例如负载变化、温度变化、湿度变化等之外，也可能会导致能耗的浪费，即在某些时刻电堆内部并不需要吹扫，仍然会进行吹扫操作，这会消耗额外的能量。定时吹扫无法适应地域气候精确控制吹扫时间情，可能导致水在电堆内部堆积过多或不足，影响电堆的正常运行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种燃料电池系统电堆关机吹扫控制方法，为了避免在停机后燃料电池中残存过多的水分，防止下一次启动时因电池内部大量结冰导致燃料电池启动失败，需要在燃料电池停机时进行吹扫。通过本控制方法燃料电池系统既可以有效识别当前状态下电堆吹扫所需要的时间，并基于识别到的时间对电堆进行吹扫，也可以抑制关机吹扫阶段电堆高电位。一方面避免因过长的吹扫时间造成电堆质子交换膜过干损伤电堆，也可以避免因过短的吹扫时间导致电堆结冰损伤电堆或冷启动失败，另一方面适当的吹扫时间还可以优化系统能量利用配置提高系统能量利用率，此外高电位的抑制还可以减少电堆气体扩散层的碳腐蚀提升电堆使用寿命。
本发明技术方案如下。
一种燃料电池系统电堆关机吹扫控制方法，包括如下步骤：
(1)当FCU控制器收到车辆发送的停机指令，系统自身先降载到怠速运行状态；
(2)FCU控制器接收远程数据监控平台数据获取系统所在区域当天可能的最低温度以及车辆的驾驶员的驾驶意图等数据，计算本次关机空气吹扫时间T1氢气吹扫时间T2；
T1＝(30+floor(e-t/30)，1)*60)*α
其中，函数y＝floor(x，1)的作用是将参数x沿绝对值减小的方向向下舍入，使其等于最接近的1的倍数取整，t表示环境温度，有效范围-30～60℃；FCU收到停机信号，并且收到整车钥匙信号处在ON档或者整车驻车信号有效时，α＝0.5；FCU收到关机信号，并且检测整车钥匙信号从ON档转到OFF档或者整车停车信号有效时，α＝1；T2＝(10+floor(e-t/30，1)*5)*α
其中，函数y＝floor(x，1)的作用是将参数x沿绝对值减小的方向向下舍入，使其等于最接近的1的倍数取整，t表示环境温度，有效范围-30～60℃；FCU收到停机信号，并且收到整车钥匙信号处在ON档或者整车驻车信号有效时，α＝0.5；FCU收到关机信号，并且检测整车钥匙信号从ON档转到OFF档或者整车停车信号有效时，α＝1；
(3)系统按照FCU计算的空气吹扫时间T1，进行吹扫，并且控制电堆平均单片电压低于0.75V；
(4)空气吹扫时间达到T1后，关闭空压机，阳极继续供应H2，仍进行拉载，期间控制电堆平均单片电压低于0.75V；
(5)当电堆最低单片电压低于0.4V，DCDC停止拉载，后电堆阳极侧进行H2吹扫；
(6)H2吹扫时间大于T2后，关闭系统所以阀门，隔绝外部氧气。
进一步地，步骤(2)中，所述T1的计算公式为：
T1＝(30+floor(e-t/30)，1)*60)*α；其中，函数y＝floor(x，1)的作用是将参数x沿绝对值减小的方向向下舍入，使其等于最接近的1的倍数取整，t表示环境温度，有效范围-30～60℃；FCU收到停机信号，并且收到整车钥匙信号处在ON档或者整车驻车信号有效时，α＝0.5；FCU收到关机信号，并且检测整车钥匙信号从ON档转到OFF档或者整车停车信号有效时，α＝1。
进一步地，步骤(2)中，所述T2计算公式为：
T2＝(10+floor(e-t/30，1)*5)*α；函数y＝floor(x，1)的作用是将参数x沿绝对值减小的方向向下舍入，使其等于最接近的1的倍数取整，t表示环境温度，有效范围-30～60℃；FCU收到停机信号，并且收到整车钥匙信号处在ON档或者整车驻车信号有效时，α＝0.5；FCU收到关机信号，并且检测整车钥匙信号从ON档转到OFF档或者整车停车信号有效时，α＝1。
一种燃料电池系统电堆关机吹扫控制方法的控制装置，包括消音器、氢空混排管、氢气尾排管、加湿器、电堆、空气过滤器、流量计、空压机、中冷器、储氢瓶、氢气循环泵、引射器和汽水分离器；所述储氢瓶通过管道与电堆入口连接，所述空气过滤器通过管道与流量计、空压机、中冷器、加湿器顺次连接，所述加湿器要电堆连接；所述电堆出口与加湿器连接，所述加湿器与氢空混排管、消音器顺次连接，所述氢空混排管与氢气尾排管连接；所述电堆底部出口与汽水分离器的氢气入口连接，所述汽水分离器的氢气出口分别与引射器和氢气循环泵连接，所述引射器和氢气循环泵均连接于储氢瓶与电堆之间的管道上。
本发明装置还包括氢气中压压力传感器和H2低压压力传感器；所述氢气中压压力传感器位于储氢瓶与氢气循环泵之间的管道上；所述H2低压压力传感器位于引射器与电堆之间的管道上。
本发明装置还包括第一阀门，所述第一阀门位于氢空混排管与加湿器之间的管道上。
本发明装置还包括第二阀门，所述第二阀门设置于加湿器与电堆之间的管道上。
本发明装置还包括第三阀门，所述第三阀门通过管道分别与中冷器与电堆连接。
本发明装置还包括第四阀门和第五阀门，所述第四阀门和第五阀门设置于储氢罐与氢气循环泵之间的管道上。
本发明装置还包括第六阀门，所述第六阀门连接于汽水分离器的汽水排出口。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
1、利用远程监控平台等手段获取系统所在区域环境条件，有效识别当前状态下电堆吹扫所需要的时间，避免因过长的吹扫时间造成电堆质子交换膜过干损伤电堆，也可以避免因过短的吹扫时间导致可能的电堆结冰损伤电堆或冷启动失败。
2、吹扫过程抑制高电位，可以降低电堆寿命衰减率。
3、技术方案的(4)空气吹扫完成后，关闭空压机，阳极继续供应H2，且仍进行拉载放电，此过程中有效的消耗了系统阴极侧的氧气，并且吹扫完成关闭阀门(V1、V2、V3、V4、V5、V6)隔绝氧气，可以抑制延缓氢空界面的形成，同样可以降低电堆寿命衰减率。
附图说明
图1为本发明燃料电池系统电堆关机吹扫控制方法流程图；
图2为本发明一种燃料电池系统电堆关机吹扫的控制装置图；
图3为实施例1中吹扫过程的图片；
图4为实施例2中吹扫过程的图片；
图5为实施例3中吹扫过程的图片。
图中各个部件如下：消音器1、氢空混排管2、氢气尾排管3、加湿器4、电堆5、空气过滤器6、流量计7、空压机8、中冷器9、储氢瓶10、氢气中压压力传感器11、氢气循环泵12、引射器13、汽水分离器14、H2低压压力传感器15、第一阀门V1、第二阀门V2、第三阀门V3、第四阀门V4、第五阀门V5、第六阀门V6。
具体实施方式
本发明的目的在于有效识别当前状态下电堆吹扫所需要的时间(时间可能是0，也就是系统不进行不吹扫)，并基于识别到的时间对电堆进行吹扫，一方面避免因过长的吹扫时间造成电堆质子交换膜过干损伤电堆，也可以避免因过短的吹扫时间导致电堆结冰损伤电堆或冷启动失败，另一方面适当的吹扫时间还可以优化系统能量利用配置提高系统能量利用率。
本实施例中采用的一种燃料电池系统电堆关机吹扫控制方法的控制装置。如图2所示，该装置包括消音器1、氢空混排管2、氢气尾排管3、加湿器4、电堆5、空气过滤器6、流量计7、空压机8、中冷器9、储氢瓶10、氢气循环泵12、引射器13和汽水分离器14；所述储氢瓶10通过管道与电堆5入口连接；所述空气过滤器6通过管道与流量计7、空压机8、中冷器9、加湿器4顺次连接，所述加湿器4与电堆5连接；所述电堆5出口与加湿器4连接，所述加湿器4与氢空混排管2、消音器1顺次连接，所述氢空混排管2与氢气尾排管3连接；所述电堆5底部出口与汽水分离器14的氢气入口b连接，所述汽水分离器14的氢气出口a分别与引射器13和氢气循环泵12连接，所述引射器13和氢气循环泵12均连接于储氢瓶10与电堆5之间的管道上。
本实施例装置还包括氢气中压压力传感器11和H2低压压力传感器15；所述氢气中压压力传感器11位于储氢瓶10与氢气循环泵12之间的管道上；所述H2低压压力传感器15位于引射器13与电堆5之间的管道上。
本实施例装置还包括第一阀门V1，所述第一阀门V1位于氢空混排管2与加湿器4之间的管道上。
本实施例装置还包括第二阀门V2，所述第二阀门V2设置于加湿器4与电堆5之间的管道上。
本实施例装置还包括第三阀门V3，所述第三阀门V3通过管道分别与中冷器9与电堆5连接。
本实施例装置还包括第四阀门V4和第五阀门V5，所述第四阀门V4和第五阀门V5设置于储氢瓶10与氢气循环泵12之间的管道上。
本实施例装置还包括第六阀门V6，所述第六阀门V6连接于汽水分离器14的汽水排出口c。
实施例1
(1)当FCU控制器收到车辆VCU发送的停机指令，如果系统运行功率大于怠速运行，系统FCU控制电堆5降载到怠速功率运行状态，期间第四阀门V4(比例阀)、氢气循环泵12、第六阀门V6(尾排阀)、空压机8、第一阀门V1(背压阀)等部件随电堆功率降低同步动作：第四阀门V4(比例阀)减小开度、氢气循环泵12降低转速、第六阀门V6(尾排阀)增大开闭周期、空压机8降低转速、第一阀门V1(背压阀)增大开度。空气在空压机8的作用下，由空气过滤器6至流量计7通过空压机增压进入中冷器9和加湿器4通过第二阀门V2(截至节气门)进入电堆进行电化学反应，电堆阴极侧产生的废气(主要是N2、水汽和部分O2)通过氢气尾排管3进入到氢空混排管2后经过消音器1排放到大气环境；H2由储氢罐10进入到第五阀门V5(进氢电磁阀)至第四阀门V4(比例阀)然后进入电堆进行电化学反应，产生水汽，电堆阳极侧的水汽和部分氢气通过汽水分离器14经过第六阀门V6(尾排阀)进入部分氢气管路3通过氢气尾排管3经过消音器1排放到大气环境；
(2)FCU控制器接收远程数据监控平台数据获取系统所在区域温度、湿度、气压等数据以及车辆驾驶员意图等数据，计算本次关机空气吹扫时间T1氢气吹扫时间T2；
本实施例中具体信息为：2023年6月6日12：00，31吨渣土车车用130kw燃料电池系统于襄阳试验场路试试验，FCU接收到VCU关机请求，此时远程数据监控平台发送的襄阳当地温度32℃，FCU检测到整车钥匙信号从ON档转到OFF档，判定司机驾驶意图为停车，此时α＝1；将数据代入公式如下：
T1＝(30+floor(e-t/30)，1)*60)*α
＝(30+floor(e-32/30)，1)*60)*1
＝(30+floor(0.3442，1)*60)*1
＝(30+0*60)*1
＝30
T2＝(10+floor(e-t/30，1)*5)*α
＝(10+floor(e-32/30)，1)*5)*1
＝(10+floor(0.3442，1)*5)*1
＝(10+0*5)*1
＝10
(3)系统按照FCU计算的空气吹扫时间T1，进行吹扫，并且控制电堆平均单片电压低于0.75V；此过程中，空气在空压机8的作用下，由空气过滤器6至流量计7通过空压机增压进入中冷器9和加湿器4通过第二阀门V2(截至节气门)进入电堆进行电化学反应，电堆阴极侧产生的废气(主要是N2、水汽和部分O2)通过氢气尾排管3经过消音器1排放到大气环境；H2由储氢瓶10进入到第五阀门V5(进氢电磁阀)至第四阀门V4(比例阀)然后进入电堆进行电化学反应，产生水汽，电堆阳极侧的水汽和部分氢气通过汽水分离器14经过第六阀门V6(尾排阀)进入部分氢气管路3通过氢气尾排管3经过消音器1排放到大气环境；
(4)空气吹扫时间达到T1后，关闭空压机8，FCU控制第五阀门V5(进氢电磁阀)打开，控制第四阀门V4(比例阀)使电堆阳极侧保持一定压力继续供应H2，并且DCDC仍对电堆进行拉载，期间FCU调节DCDC目标电流使电堆平均单片电压低于0.75V；此过程中空压机8逐步停止工作，当空压机8完全停止工作后，空气停止进入电堆，后FCU控制第二阀门V2(截至节气门)、第一阀门V1(背压阀)、第三阀门V 3(旁通阀)完全关闭，阻止空气进入电堆；
(5)当电堆最低单片电压低于0.4V，DCDC停止拉载，后电堆阳极侧进行H2吹扫；此过程中FCU打开第五阀门V5(进氢电磁阀)，控制第四阀门V4(比例阀)使电堆阳极侧保持一定压力继续供应H2，第六阀门V6(尾排阀)根据FCU周期性打开关闭指令动作，氢气H2由储氢瓶10进入到第五阀门V5(进氢电磁阀)至第四阀门V4(比例阀)然后进入电堆阳极侧，通过汽水分离器14经过第六阀门V6(尾排阀)进入部分氢气管路3通过氢气尾排管3经过消音器1排放到大气环境，实现对电堆阳极侧吹扫。
(6)H2吹扫时间大于T2后，FCU关闭系统第五阀门V5(进氢电磁阀)、第四阀门V4(比例阀)、第六阀门V6(尾排阀)，隔绝外部氧气进入电堆阳极侧。此次发动机关机过程数据具体如下：
如图3所示，FCU收到关机信号后进行降载，如下图0至15.4秒内，系统处于降载运行阶段，运行状态值为24；当FCU检测到运行功率小于怠速功率后，系统切换到空气吹扫阶段，如图16.2至36.2秒内，运行状态值为30；当FCU检测到空气吹到时间大于30秒后，系统切到氢气吹扫阶段，如图36.3至56.3秒内，运行状态值为35；当FCU检测到氢气吹到时间大于10秒后，如图57秒后系统关机完成，运行状态值为10。
实施例2
(1)当FCU控制器收到车辆VCU发送的停机指令，如果系统运行功率大于怠速运行，系统FCU控制电堆5降载到怠速功率运行状态，期间第四阀门V4(比例阀)、氢气循环泵12、第六阀门V6(尾排阀)、空压机8、第一阀门V1(背压阀)等部件随电堆功率降低同步动作：第四阀门V4(比例阀)减小开度、氢气循环泵12降低转速、第六阀门V6(尾排阀)增大开闭周期、空压机8降低转速、第一阀门V1(背压阀)增大开度。空气在空压机8的作用下，由空气过滤器6至流量计7通过空压机增压进入中冷器9和加湿器4通过第二阀门V2(截至节气门)进入电堆进行电化学反应，电堆阴极侧产生的废气(主要是N2、水汽和部分O2)通过氢气尾排管3进入到氢空混排管2后经过消音器1排放到大气环境；H2由储氢瓶10进入到第五阀门V5(进氢电磁阀)至第四阀门V4(比例阀)然后进入电堆进行电化学反应，产生水汽，电堆阳极侧的水汽和部分氢气通过汽水分离器14经过第六阀门V6(尾排阀)进入部分氢气管路3通过混排管3经过消音器1排放到大气环境；
(2)FCU控制器接收远程数据监控平台数据获取系统所在区域温度、湿度、气压等数据以及车辆驾驶员意图等数据，计算本次关机空气吹扫时间T1氢气吹扫时间T2；
本实施例中具体信息为：2023年6月6日15时12分，FCU接收到VCU关机请求，此时远程数据监控平台发送的襄阳当地温度33℃，FCU收到整车钥匙信号处在ON档，判定FCU暂时停机，此时α＝0.5
T1＝(30+floor(e-t/30)，1)*60)*α
＝(30+floor(e-33/30)，1)*60)*0.5
＝(30+floor(0.3329，1)*60)*0.5
＝(30+0*60)*0.5
＝15
T2＝(10+floor(e-t/30，1)*5)*α
＝(10+floor(e-33/30)，1)*5)*0.5
＝(10+floor(0.3329，1)*5)*0.5
＝(10+0*5)*0.5
＝5
(3)系统按照FCU计算的空气吹扫时间T1，进行吹扫，并且控制电堆平均单片电压低于0.75V；此过程中，空气在空压机8的作用下，由空气过滤器6至流量计7通过空压机增压进入中冷器9和加湿器4通过第二阀门V2(截至节气门)进入电堆进行电化学反应，电堆阴极侧产生的废气(主要是N2、水汽和部分O2)通过混排管3经过消音器1排放到大气环境；H2由储氢瓶10进入到第五阀门V5(进氢电磁阀)至第四阀门V4(比例阀)然后进入电堆进行电化学反应，产生水汽，电堆阳极侧的水汽和部分氢气通过汽水分离器14经过第六阀门V6(尾排阀)进入部分氢气管路3通过混排管3经过消音器1排放到大气环境；
(4)空气吹扫时间达到T1后，关闭空压机8，FCU控制第五阀门V5(进氢电磁阀)打开，控制第四阀门V4(比例阀)使电堆阳极侧保持一定压力继续供应H2，并且DCDC仍对电堆进行拉载，期间FCU调节DCDC目标电流使电堆平均单片电压低于0.75V；此过程中空压机8逐步停止工作，当空压机8完全停止工作后，空气停止进入电堆，后FCU控制第二阀门V2(截至节气门)、第一阀门V1(背压阀)、第三阀门V 3(旁通阀)完全关闭，阻止空气进入电堆；
(5)当电堆最低单片电压低于0.4V，DCDC停止拉载，后电堆阳极侧进行H2吹扫；此过程中FCU打开第五阀门V5(进氢电磁阀)，控制第四阀门V4(比例阀)使电堆阳极侧保持一定压力继续供应H2，第六阀门V6(尾排阀)根据FCU周期性打开关闭指令动作，氢气H2由储氢瓶10进入到第五阀门V5(进氢电磁阀)至第四阀门V4(比例阀)然后进入电堆阳极侧，通过汽水分离器14经过第六阀门V6(尾排阀)进入部分氢气管路3通过混排管3经过消音器1排放到大气环境，实现对电堆阳极侧吹扫。
(6)H2吹扫时间大于T2后，FCU关闭系统第五阀门V5(进氢电磁阀)、第四阀门V4(比例阀)、第六阀门V6(尾排阀)，隔绝外部氧气进入电堆阳极侧。
此次发动机关机过程数据具体如下：
如图4所示，FCU收到关机信号后进行降载，如下图0至12.8秒内，系统处于降载运行阶段，运行状态值为24；当FCU检测到运行功率小于怠速功率后，系统切换到空气吹扫阶段，如图12.8至27.8秒内，运行状态值为30；当FCU检测到空气吹到时间大于15秒后，系统切到氢气吹扫阶段，如图27.9至32.9秒内，运行状态值为30；当FCU检测到氢气吹到时间大于10秒后，如图33秒后系统关机完成，运行状态值为10。
实施例3
(1)当FCU控制器收到车辆VCU发送的停机指令，如果系统运行功率大于怠速运行，系统FCU控制电堆5降载到怠速功率运行状态，期间第四阀门V4(比例阀)、氢气循环泵12、第六阀门V6(尾排阀)、空压机8、第一阀门V1(背压阀)等部件随电堆功率降低同步动作：第四阀门V4(比例阀)减小开度、氢气循环泵12降低转速、第六阀门V6(尾排阀)增大开闭周期、空压机8降低转速、第一阀门V1(背压阀)增大开度。空气在空压机8的作用下，由滤清器6至流量计7通过空压机增压进入中冷器9和加湿器4通过第二阀门V2(截至节气门)进入电堆进行电化学反应，电堆阴极侧产生的废气(主要是N2、水汽和部分O2)通过氢气尾排管3进入到氢空混排管2后经过消音器1排放到大气环境；H2由储氢瓶10进入到第五阀门V5(进氢电磁阀)至第四阀门V4(比例阀)然后进入电堆进行电化学反应，产生水汽，电堆阳极侧的水汽和部分氢气通过汽水分离器14经过第六阀门V6(尾排阀)进入部分氢气管路3通过混排管3经过消音器1排放到大气环境；
(2)FCU控制器接收远程数据监控平台数据获取系统所在区域温度、湿度、气压等数据以及车辆驾驶员意图等数据，计算本次关机空气吹扫时间T1氢气吹扫时间T2；
本实施例中具体信息为：FCU接收到VCU关机请求，此时远程数据监控平台模拟发送的当地温度-12℃，FCU检测整车钥匙信号从ON档转到OFF档，判定为停车，此时α＝1；
T1＝(30+floor(e-t/30)，1)*60)*α
＝(30+floor(e12/30)，1)*60)*1
＝(30+floor(1.4918，1)*60)*1
＝(30+1*60)*1
＝90
T2＝(10+floor(e-t/30，1)*5)*α
＝(10+floor(e12/30)，1)*5)*1
＝(10+floor(1.4918，1)*5)*1
＝(10+1*5)*1
＝15
(3)系统按照FCU计算的空气吹扫时间T1，进行吹扫，并且控制电堆平均单片电压低于0.75V；此过程中，空气在空压机8的作用下，由空气过滤器6至流量计7通过空压机增压进入中冷器9和加湿器4通过第二阀门V2(截至节气门)进入电堆进行电化学反应，电堆阴极侧产生的废气(主要是N2、水汽和部分O2)通过氢气尾排管3经过消音器1排放到大气环境；H2由储氢瓶10进入到第五阀门V5(进氢电磁阀)至第四阀门V4(比例阀)然后进入电堆进行电化学反应，产生水汽，电堆阳极侧的水汽和部分氢气通过汽水分离器14经过第六阀门V6(尾排阀)进入部分氢气管路3通过混排管3经过消音器1排放到大气环境；
(4)空气吹扫时间达到T1后，关闭空压机8，FCU控制第五阀门V5(进氢电磁阀)打开，控制第四阀门V4(比例阀)使电堆阳极侧保持一定压力继续供应H2，并且DCDC仍对电堆进行拉载，期间FCU调节DCDC目标电流使电堆平均单片电压低于0.75V；此过程中空压机8逐步停止工作，当空压机8完全停止工作后，空气停止进入电堆，后FCU控制第二阀门V2(截至节气门)、第一阀门V1(背压阀)、第三阀门V 3(旁通阀)完全关闭，阻止空气进入电堆；
(5)当电堆最低单片电压低于0.4V，DCDC停止拉载，后电堆阳极侧进行H2吹扫；此过程中FCU打开第五阀门V5(进氢电磁阀)，控制第四阀门V4(比例阀)使电堆阳极侧保持一定压力继续供应H2，第六阀门V6(尾排阀)根据FCU周期性打开关闭指令动作，氢气H2由储氢瓶10进入到第五阀门V5(进氢电磁阀)至的第四阀门V4(比例阀)然后进入电堆阳极侧，通过汽水分离器14经过第六阀门V6(尾排阀)进入部分氢气管路3通过混排管3经过消音器1排放到大气环境，实现对电堆阳极侧吹扫。
(6)H2吹扫时间大于T2后，FCU关闭系统第五阀门V5(进氢电磁阀)、第四阀门V4(比例阀)、第六阀门V6(尾排阀)，隔绝外部氧气进入电堆阳极侧。
此次发动机关机过程数据具体如下：
如图5所示，FCU收到关机信号后进行降载，如下图0至11.5秒内，系统处于降载运行阶段，运行状态值为24；当FCU检测到运行功率小于怠速功率后，系统切换到空气吹扫阶段，如图11.5至101.5秒内，运行状态值为30；当FCU检测到空气吹到时间大于30秒后，系统切到氢气吹扫阶段，如图102至117秒内，运行状态值为35；当FCU检测到氢气吹到时间大于10秒后，如图118秒后系统关机完成，运行状态值为10。
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地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，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。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)

1.一种燃料电池系统电堆关机吹扫控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)当FCU控制器收到车辆发送的停机指令，系统自身先降载到怠速运行状态；
(2)FCU控制器接收远程数据监控平台数据获取系统所在区域当天可能的最低温度以及车辆的驾驶员的驾驶意图数据，计算本次关机空气吹扫时间T1氢气吹扫时间T2；
(3)系统按照FCU计算的空气吹扫时间T1，进行吹扫，并且控制电堆平均单片电压低于0.75V；
(4)空气吹扫时间达到T1后，关闭空压机，阳极继续供应H2，仍进行拉载，期间控制电堆平均单片电压低于0.75V；
(5)当电堆最低单片电压低于0.4V，DCDC停止拉载，后电堆阳极侧进行H2吹扫；
(6)H2吹扫时间大于T2后，关闭系统所以阀门，隔绝外部氧气。
2.根据权利要求1所述一种燃料电池系统电堆关机吹扫控制方法，其特征在于，步骤(2)中，所述T1的计算公式为：
T1＝(30+floor(e-t/30)，1)*60)*α；其中，函数y＝floor(x，1)的作用是将参数x沿绝对值减小的方向向下舍入，使其等于最接近的1的倍数取整，t表示环境温度，有效范围-30～60℃；FCU收到停机信号，并且收到整车钥匙信号处在ON档或者整车驻车信号有效时，α＝0.5；FCU收到关机信号，并且检测整车钥匙信号从ON档转到OFF档或者整车停车信号有效时，α＝1。
3.根据权利要求1所述一种燃料电池系统电堆关机吹扫控制方法，其特征在于，步骤(2)中，所述T2计算公式为：
T2＝(10+floor(e-t/30，1)*5)*α；函数y＝floor(x，1)的作用是将参数x沿绝对值减小的方向向下舍入，使其等于最接近的1的倍数取整，t表示环境温度，有效范围-30～60℃；FCU收到停机信号，并且收到整车钥匙信号处在ON档或者整车驻车信号有效时，α＝0.5；FCU收到关机信号，并且检测整车钥匙信号从ON档转到OFF档或者整车停车信号有效时，α＝1。
4.权利要求1所述一种燃料电池系统电堆关机吹扫控制方法的控制装置，其特征在于，包括消音器(1)、氢空混排管(2)、氢气尾排管(3)、加湿器(4)、电堆(5)、空气过滤器(6)、流量计(7)、空压机(8)、中冷器(9)、储氢瓶(10)、氢气循环泵(12)、引射器(13)和汽水分离器(14)；所述储氢瓶(10)通过管道与电堆(5)入口连接；所述空气过滤器(6)通过管道与流量计(7)、空压机(8)、中冷器(9)、加湿器(4)顺次连接，所述加湿器(4)与电堆(5)连接；所述电堆(5)出口与加湿器(4)连接，所述加湿器(4)与氢空混排管(2)、消音器(1)顺次连接，所述氢空混排管(2)与氢气尾排管(3)连接；所述电堆(5)底部出口与汽水分离器(14)的氢气入口(b)连接，所述汽水分离器(14)的氢气出口(a)分别与引射器(13)和氢气循环泵(12)连接，所述引射器(13)和氢气循环泵(12)均连接于储氢瓶(10)与电堆(5)之间的管道上。
5.根据权利要求4所述控制装置，其特征在于，还包括氢气中压压力传感器(11)和H2低压压力传感器(15)；所述氢气中压压力传感器(11)位于储氢瓶(10)与氢气循环泵(12)之间的管道上；所述H2低压压力传感器(15)位于引射器(13)与电堆(5)之间的管道上。
6.根据权利要求4所述控制装置，其特征在于，还包括第一阀门(V1)，所述第一阀门(V1)位于氢空混排管(2)与加湿器(4)之间的管道上。
7.根据权利要求4所述控制装置，其特征在于，还包括第二阀门(V2)，所述第二阀门(V2)设置于加湿器(4)与电堆(5)之间的管道上。
8.根据权利要求4所述控制装置，其特征在于，还包括第三阀门(V3)，所述第三阀门(V3)通过管道分别与中冷器(9)与电堆(5)连接。
9.根据权利要求4所述控制装置，其特征在于，还包括第四阀门(V4)和第五阀门(V5)，所述第四阀门(V4)和第五阀门(V5)设置于储氢瓶(10)与氢气循环泵(12)之间的管道上。
10.根据权利要求4所述控制装置，其特征在于，还包括第六阀门(V6)，所述第六阀门(V6)连接于汽水分离器(14)的汽水排出口(c)。
CN202311370725.5A 2023-10-20 2023-10-20 一种燃料电池系统电堆关机吹扫控制方法及其控制装置 Pending CN117457938A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311370725.5A CN117457938A (zh) 2023-10-20 2023-10-20 一种燃料电池系统电堆关机吹扫控制方法及其控制装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311370725.5A CN117457938A (zh) 2023-10-20 2023-10-20 一种燃料电池系统电堆关机吹扫控制方法及其控制装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117457938A true CN117457938A (zh) 2024-01-26

Family

ID=89586638

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311370725.5A Pending CN117457938A (zh) 2023-10-20 2023-10-20 一种燃料电池系统电堆关机吹扫控制方法及其控制装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN117457938A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110429303B (zh) 氢燃料电池发动机冷启动方法
CN109532565B (zh) 一种氢燃料电池汽车热管理系统及控制方法
CN109687000B (zh) 一种燃料电池系统停机放电装置及方法
CN112186223B (zh) 一种汽车燃料电池系统及其空气湿度控制方法
JP4993240B2 (ja) 制御装置
US9190679B2 (en) Fuel cell system
US8956774B2 (en) Method for shutting down fuel cell system
US8323840B2 (en) Hydrogen recirculation apparatus for fuel cell vehicle
US8349509B2 (en) Fuel cell system and fuel cell system failure judgment method
JP3870665B2 (ja) 燃料電池システム
CN110085890B (zh) 燃料电池系统以及燃料电池车辆
CN101325264B (zh) 用于供有纯氧的燃料电池的关闭方法
CN111029623B (zh) 燃料电池吹扫装置及其控制方法
CN110957506B (zh) 一种燃料电池系统及其待机控制方法
CN107086318A (zh) 燃料电池系统及燃料电池的扫气方法
KR20200075938A (ko) 연료전지 시스템의 공기 배기계 결빙 방지를 위한 제어 방법
CN112582648A (zh) 一种液冷燃料电池系统低温吹扫系统及吹扫方法
CN115036540A (zh) 一种燃料电池系统停机方法
US11398635B2 (en) Method of operating fuel cell system
US11264627B2 (en) Fuel cell system
US11165080B2 (en) Fuel cell system
CN113097537A (zh) 燃料电池系统和燃料电池系统的控制方法
CN117457938A (zh) 一种燃料电池系统电堆关机吹扫控制方法及其控制装置
JP4706954B2 (ja) 燃料電池システム
JP7382357B2 (ja) 燃料電池システム

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination