CN117594838B - 燃料电池系统启动过程中的热机控制方法及燃料电池系统 - Google Patents

燃料电池系统启动过程中的热机控制方法及燃料电池系统 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种燃料电池系统启动过程中的热机控制方法及燃料电池系统，应用于燃料电池技术领域，方法包括：启动燃料电池系统，开启小循环冷却回路，将输出功率拉载至第一功率；在第一功率下运行，监测电堆的进口温度；如果进口温度达到第一温度，按照第一转动速率转动三通阀；监测电堆的单体电压值，计算电压方差；若小于等于第一阈值，返回按照第一转动速率转动三通阀，直至大循环冷却回路全部开启小循环冷却回路全部关闭；将燃料电池系统的输出功率拉载至额定功率；若大于第一阈值且小于等于第三阈值，将电压方差减小至第一阈值以内，返回按照第一转动速率转动三通阀；如果电压方差大于第三阈值，停止启动。可降低电堆内部温度的波动。

Description

燃料电池系统启动过程中的热机控制方法及燃料电池系统
技术领域
本申请涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池系统启动过程中的热机控制方法及燃料电池系统。
背景技术
氢燃料电池是一种绿色的能源转换装置，具有能量转换效率高、零排放、低温下快速启动等优点，其在新能源汽车领域将会有很广阔的应用前景。
燃料电池系统在启动过程中，为了使电堆能快速达到额定工作点运行的温度，在低功率段电堆未到达预定温度时，运行小循环冷却回路；当电堆温度达到预定温度时，再切换运行大循环冷却回路。然而，该过程容易导致电堆内部温度的波动，影响燃料电池系统功率的稳定输出。电堆内部容易出现气体湿度过饱和的情况，影响气体在电堆内部的扩散。并且，面临电堆出现单低的风险，单低严重时将导致系统热机失败，无法正常启动，长期出现这种问题将影响电堆和系统的使用寿命。
发明内容
为了解决上述技术问题，本申请提供了一种燃料电池系统启动过程中的热机控制方法、燃料电池系统、存储介质及计算机程序产品。
根据本申请的第一方面，提供了一种燃料电池系统启动过程中的热机控制方法，包括：
启动燃料电池系统，向电堆通入氢气和空气，开启小循环冷却回路，并将所述燃料电池系统的输出功率拉载至第一功率；
在所述第一功率下运行所述燃料电池系统，并实时监测所述电堆的进口温度；
如果所述进口温度达到第一温度，按照第一转动速率转动三通阀，以逐渐开启大循环冷却回路，同时逐渐关闭所述小循环冷却回路；
实时监测所述电堆的单体电压值，并根据所述单体电压值，计算电压方差；
如果所述电压方差小于等于第一阈值，返回所述按照第一转动速率转动三通阀的步骤，直至所述大循环冷却回路全部开启、所述小循环冷却回路全部关闭；
在所述大循环冷却回路全部开启、所述小循环冷却回路全部关闭后，将所述燃料电池系统的输出功率拉载至额定功率；
如果所述电压方差大于所述第一阈值且小于等于第二阈值，按照第二转动速率转动所述三通阀，直至所述电压方差小于等于所述第一阈值，并返回所述按照第一转动速率转动三通阀的步骤；其中，所述第二转动速率小于所述第一转动速率；
如果所述电压方差大于所述第二阈值且小于等于第三阈值，将所述燃料电池系统的输出功率由所述第一功率降低至第二功率；
在所述第二功率下运行所述燃料电池系统，并实时监测所述电堆的进口温度；
如果所述进口温度达到第二温度，按照第三转动速率转动所述三通阀，直至电压方差小于等于所述第一阈值，并返回所述按照第一转动速率转动三通阀的步骤；其中，所述第三转动速率小于所述第二转动速率，所述第二温度小于所述第一温度；
如果所述电压方差大于所述第三阈值，确定所述燃料电池系统发生故障，并停止启动。
可选地，所述方法还包括：
在按照第三转动速率转动所述三通阀的同时，增大氢气和空气的通入量。
可选地，所述方法还包括：
如果所述电压方差大于所述第一阈值且小于等于第二阈值，触发一级热机报警；
如果所述电压方差大于所述第二阈值且小于等于第三阈值，触发二级热机报警；
如果所述电压方差大于所述第三阈值，触发三级热机故障。
可选地，所述将所述燃料电池系统的输出功率拉载至第一功率，包括：
按照预设拉载速率将所述燃料电池系统的输出功率拉载至第一功率。
可选地，所述第一转动速率为20°/s，所述第二转动速率为10°/s，所述第三转动速率为5°/s。
可选地，所述第一阈值为200mV，第二阈值为400mV，第三阈值为1000mV。
根据本申请的第二方面，提供了一种燃料电池系统，包括：电堆、大循环冷却回路、小循环冷却回路、控制模块、温度监测模块和电压监测模块；
所述控制模块，用于启动燃料电池系统，向电堆通入氢气和空气，开启小循环冷却回路，将所述燃料电池系统的输出功率拉载至第一功率，在所述第一功率下运行所述燃料电池系统；
所述温度监测模块，用于在所述第一功率下运行所述燃料电池系统时实时监测所述电堆的进口温度；
所述控制模块，还用于如果所述进口温度达到第一温度，按照第一转动速率转动三通阀，以逐渐开启大循环冷却回路，同时逐渐关闭所述小循环冷却回路；
所述电压监测模块，用于实时监测所述电堆的单体电压值；
所述控制模块，还用于根据所述单体电压值，计算电压方差；如果所述电压方差小于等于第一阈值，返回所述按照第一转动速率转动三通阀的步骤，直至所述大循环冷却回路全部开启、所述小循环冷却回路全部关闭；在所述大循环冷却回路全部开启、所述小循环冷却回路全部关闭后，将所述燃料电池系统的输出功率拉载至额定功率；以及，
如果所述电压方差大于所述第一阈值且小于等于第二阈值，按照第二转动速率转动所述三通阀，直至所述电压方差小于等于所述第一阈值，并返回所述按照第一转动速率转动三通阀的步骤；其中，所述第二转动速率小于所述第一转动速率；以及，
如果所述电压方差大于所述第二阈值且小于等于第三阈值，将所述燃料电池系统的输出功率由所述第一功率降低至第二功率，在所述第二功率下运行所述燃料电池系统；
所述温度监测模块，用于在所述第二功率下运行所述燃料电池系统时实时监测所述电堆的进口温度；
所述控制模块，还用于如果所述进口温度达到第二温度，按照第三转动速率转动所述三通阀，直至电压方差小于等于所述第一阈值，并返回所述按照第一转动速率转动三通阀的步骤；其中，所述第三转动速率小于所述第二转动速率，所述第二温度小于所述第一温度；以及，
如果所述电压方差大于所述第三阈值，确定所述燃料电池系统发生故障，并停止启动。
可选地，所述控制模块具体用于在按照第三转动速率转动所述三通阀的同时，增大氢气和空气的通入量。
可选地，所述控制模块还用于如果所述电压方差大于所述第一阈值且小于等于第二阈值，触发一级热机报警；如果所述电压方差大于所述第二阈值且小于等于第三阈值，触发二级热机报警；如果所述电压方差大于所述第三阈值，触发三级热机故障。
可选地，所述控制模块具体用于按照预设拉载速率将所述燃料电池系统的输出功率拉载至第一功率。
可选地，所述第一转动速率为20°/s，所述第二转动速率为10°/s，所述第三转动速率为5°/s。
可选地，所述第一阈值为200mV，第二阈值为400mV，第三阈值为1000mV。
根据本申请的第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现第一方面所述的方法。
根据本申请的第四方面，提供了一种计算机程序产品，当所述计算机程序产品在计算机上运行时，使得所述计算机执行第一方面所述的方法。
本申请实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：
在启动燃料电池系统过程中，通过监测单体电压的方法判断燃料电池系统热机的状态，从而自动切换热机控制方法，保证实现成功热机。具体的，如果电压方差小于等于第一阈值，表示状态较好，持续按照第一转动速率转动三通阀，直至大循环冷却回路全部开启、小循环冷却回路全部关闭。在大循环冷却回路全部开启、小循环冷却回路全部关闭后，将燃料电池系统的输出功率拉载至额定功率。如果电压方差大于第一阈值且小于等于第二阈值，表示状态较差，按照第二转动速率转动三通阀，直至电压方差小于等于第一阈值，并返回按照第一转动速率转动三通阀的步骤；其中，第二转动速率小于第一转动速率；如果电压方差大于第二阈值且小于等于第三阈值，表示状态很差，将燃料电池系统的输出功率由第一功率降低至第二功率，在第二功率下运行燃料电池系统，并实时监测电堆的进口温度；如果进口温度达到第二温度，按照第三转动速率转动三通阀，直至电压方差小于等于第一阈值，并返回按照第一转动速率转动三通阀的步骤。如果电压方差大于第三阈值，确定燃料电池系统发生故障，并停止启动。本申请实施例，可以有效减少热机过程中电堆内部温度的波动，稳定系统的输出功率，并且，可以使燃料电池系统快速完成热机，进入正常工作状态。由小循环冷却回路逐渐切换到大循环冷却回路时，可以有效解决因热机过程电堆内部水汽的过饱和情况，避免电堆热机过程中出现严重的水淹情况，还可以避免热机过程电堆电压的不稳定变化，提高电堆的使用寿命。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例中燃料电池系统启动过程中的热机控制方法的一种流程图；
图2为本申请实施例中燃料电池系统的一种结构示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面将对本申请的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但本申请还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。
随着氢能的推广，氢燃料电池更是引起了广泛的关注，氢燃料电池在汽车领域的应用，尤其是在重型商用车领域的推广将有利于促进汽车的节能减排。
燃料电池系统在启动过程中，需要对燃料电池系统进行热机，将电堆升高至一定的温度后，使电堆在额定功率下正常工作。热机的过程依靠启动过程中电堆自产热对电堆及冷却循环水进行加热，燃料电池系统的冷却循环系统中一般设置有小循环冷却回路和大循环冷却回路。
在启动初始阶段，由于电堆输出功率低，产生的热量少，该过程开启小循环冷却回路，可以将电堆及小循环中的冷却水快速升温。待电堆升至一定温度，输出功率也随着增大，为了保证电堆的温度稳定，需要更多的冷却水将电堆产生的热量带出，此时需开启大循环冷却回路。燃料电池系统在热机过程中，冷却循环系统由小循环冷却回路切换至大循环冷却回路时，电堆内部的温度易发生波动，使电堆内部冷却循环水的温度降低，导致电堆性能降低，严重时将出现电堆单低，触发单低报警，甚至导致系统停机。
为了解决上述问题，本申请实施例提供了 一种燃料电池系统启动过程中的热机控制方法、燃料电池系统、存储介质及计算机程序产品，可以有效减少热机过程中电堆内部温度的波动，稳定系统的输出功率，并且，可以使燃料电池系统快速完成热机，进入正常工作状态。可以有效解决因热机过程电堆内部水汽的过饱和情况，避免电堆热机过程中出现严重的水淹情况。能避免热机过程电堆电压的不稳定变化，提高电堆的使用寿命。
参见图1，图1为本申请实施例中燃料电池系统启动过程中的热机控制方法的一种流程图，可以包括以下步骤：
步骤S102，启动燃料电池系统，向电堆通入氢气和空气，开启小循环冷却回路，并将燃料电池系统的输出功率拉载至第一功率。
在启动初始阶段，由于电堆输出功率低，产生的热量少，该过程开启小循环冷却回路，可以将电堆及小循环中的冷却水快速升温。待电堆升至一定温度，输出功率也随着增大。可以按照预设拉载速率（例如10A/s等）将燃料电池系统的输出功率拉载至第一功率（例如40kW等）。
步骤S104，在第一功率下运行燃料电池系统，并实时监测电堆的进口温度。
在第一功率下运行燃料电池系统的过程中，电堆的进口温度逐渐上升，可以实时监测电堆的进口温度。
步骤S106，判断进口温度是否达到第一温度。
如果进口温度达到第一温度（例如可以为55℃），执行步骤S108，如果进口温度没有达到第一温度，返回步骤S104，也就是继续在第一功率下运行燃料电池系统。
步骤S108，按照第一转动速率转动三通阀，以逐渐开启大循环冷却回路，同时逐渐关闭小循环冷却回路。
当前已经开启了小循环冷却回路，在转动三通阀的过程中，大循环冷却回路逐渐开启，同时，小循环冷却回路逐渐关闭。转动三通阀的速率越大，大循环冷却回路开启的速率和小循环冷却回路关闭的速率也会越快。本申请实施例中，可以预先设置一个合适的第一转动速率（例如第一转动速率可以为20°/s，）来转动三通阀，通过监控单体电压的方法判断系统热机的状态。
步骤S110，实时监测电堆的单体电压值，并根据单体电压值，计算电压方差。
在按照第一转动速率转动三通阀的过程中，实时监测电堆的单体电压值，根据单体电压值计算电压方差，电压方差表示单体电压的离散程度，电压方差越大，表示热机的状态越差；电压方差越小，表示热机的状态越好。
步骤S112，如果电压方差小于等于第一阈值，判断大循环冷却回路是否全部开启、小循环冷却回路是否全部关闭。
本申请实施例中，如果电压方差小于等于第一阈值，表示系统热机的状态较好，判断大循环冷却回路是否全部开启、小循环冷却回路是否全部关闭。其中，第一阈值可以为200mV等。如果大循环冷却回路没有全部开启、小循环冷却回路没有全部关闭，返回步骤S108，继续按照第一转动速率转动三通阀；如果大循环冷却回路全部开启、小循环冷却回路全部关闭，执行步骤S114。
步骤S114，将燃料电池系统的输出功率拉载至额定功率。
在大循环冷却回路全部开启、小循环冷却回路全部关闭的情况下，燃料电池系统进入正常拉载阶段，直至额定功率输出。
步骤S116，如果电压方差大于第一阈值且小于等于第二阈值，按照第二转动速率转动三通阀。其中，第二转动速率小于第一转动速率.
如果电压方差大于第一阈值且小于等于第二阈值，表示系统热机的状态较差，但还不是很差，此时，可以降低三通阀的转动速率来调整系统热机的状态。其中，第二阈值可以为400mV，第二转动速率可以为10°/s。
可选地，如果电压方差大于所述第一阈值且小于等于第二阈值，可以触发一级热机报警。
步骤S118，判断电压方差是否大于第一阈值。
在按照第二转动速率转动三通阀的过程中，仍然实时监测电堆的单体电压值，并根据单体电压值，计算电压方差。如果电压方差大于第一阈值，继续按照第二转动速率转动三通阀；如果电压方差小于等于第一阈值，返回步骤S108，即按照第一转动速率转动三通阀。
步骤S120，如果电压方差大于第二阈值且小于等于第三阈值，将燃料电池系统的输出功率由第一功率降低至第二功率。
如果电压方差大于第二阈值且小于等于第三阈值，第三阈值可以为1000mV，表示系统热机的状态很差。此时，可以先降低燃料电池系统的输出功率至第二功率，例如，第一功率为40kW，第二功率可以为300kW。
可选地，如果电压方差大于所述第二阈值且小于等于第三阈值，触发二级热机报警。这样，通过触发一级热机报警或二级热机报警燃料电池系统的维护人员可以及时知晓当前系统热机的状态。可以看出，触发一级热机预警时的热机控制方法与触发二级热机预警时的热机控制方法相比，步骤更简单，启动燃料电池系统的速度也更快。
步骤S122，在第二功率下运行燃料电池系统，并实时监测电堆的进口温度。
与前述步骤S104类似，在第二功率下运行燃料电池系统，并实时监测电堆的进口温度。
步骤S124，判断进口温度是否达到第二温度。
如果进口温度达到第二温度，执行步骤S126；如果进口温度没有达到第二温度，返回步骤S122，继续在第二功率下运行燃料电池系统。其中，第二温度小于第一温度，第一温度例如可以为55℃，第二温度例如可以为50℃。
步骤S126，按照第三转动速率转动三通阀。
本申请实施例中，第三转动速率小于第二转动速率，第三转动速率可以为5°/s。即，在系统热机的状态很差的情况下，通过降低燃料电池系统的输出功率、电堆的进口温度和进一步降低转动三通阀的速率，来调整系统热机的状态。
可选地，在按照第三转动速率转动三通阀的同时，可以增大氢气和空气的通入量，以进一步调整系统热机的状态。例如，可以增大氢气循环泵的转速至5000Rpm，并增大空气计量比至2.3。
步骤S128，判断电压方差是否大于第一阈值。
在按照第三转动速率转动三通阀的过程中，仍然实时监测电堆的单体电压值，并根据单体电压值，计算电压方差。如果电压方差大于第一阈值，返回步骤S126；如果电压方差小于等于第一阈值，返回步骤S108。
步骤S130，如果电压方差大于第三阈值，确定燃料电池系统发生故障，并停止启动。
可选地，如果电压方差大于第三阈值，触发三级热机故障。这样，维护人员可以及时知晓燃料电池系统出现故障。
本申请实施例的燃料电池系统启动过程中的热机控制方法，通过监测单体电压的方法判断燃料电池系统热机的状态，从而自动切换热机控制方法，可以有效减少热机过程中电堆内部温度的波动，稳定系统的输出功率，并且，可以使燃料电池系统快速完成热机，进入正常工作状态。由小循环冷却回路逐渐切换到大循环冷却回路时，可以有效解决因热机过程电堆内部水汽的过饱和情况，避免电堆热机过程中出现严重的水淹情况，还可以避免热机过程电堆电压的不稳定变化，提高电堆的使用寿命。
相应与上述方法实施例，本申请实施例还提供了一种燃料电池系统，参见图2，燃料电池系统200包括：电堆201、大循环冷却回路202、小循环冷却回路203、控制模块204、温度监测模块205和电压监测模块206。
控制模块204，用于启动燃料电池系统，向电堆201通入氢气和空气，开启小循环冷却回路203，将燃料电池系统的输出功率拉载至第一功率，在第一功率下运行燃料电池系统；
温度监测模块205，用于在第一功率下运行燃料电池系统时实时监测电堆的进口温度；
控制模块204，还用于如果进口温度达到第一温度，按照第一转动速率转动三通阀，以逐渐开启大循环冷却回路，同时逐渐关闭小循环冷却回路；
电压监测模块206，用于实时监测电堆的单体电压值；
控制模块204，还用于根据单体电压值，计算电压方差；如果电压方差小于等于第一阈值，返回按照第一转动速率转动三通阀的步骤，直至大循环冷却回路全部开启、小循环冷却回路全部关闭；在大循环冷却回路全部开启、小循环冷却回路全部关闭后，将燃料电池系统的输出功率拉载至额定功率；以及，
如果电压方差大于第一阈值且小于等于第二阈值，按照第二转动速率转动三通阀，直至电压方差小于等于第一阈值，并返回按照第一转动速率转动三通阀的步骤；其中，第二转动速率小于第一转动速率；以及，
如果电压方差大于第二阈值且小于等于第三阈值，将燃料电池系统的输出功率由第一功率降低至第二功率，在第二功率下运行燃料电池系统；
温度监测模块205，用于在第二功率下运行燃料电池系统时实时监测电堆的进口温度；
控制模块204，还用于如果进口温度达到第二温度，按照第三转动速率转动三通阀，直至电压方差小于等于第一阈值，并返回按照第一转动速率转动三通阀的步骤；其中，第三转动速率小于第二转动速率，第二温度小于第一温度；以及，
如果电压方差大于第三阈值，确定燃料电池系统发生故障，并停止启动。
可选地，控制模块204具体用于在按照第三转动速率转动三通阀的同时，增大氢气和空气的通入量。
可选地，控制模块204还用于如果电压方差大于第一阈值且小于等于第二阈值，触发一级热机报警；如果电压方差大于所述第二阈值且小于等于第三阈值，触发二级热机报警；如果电压方差大于第三阈值，触发三级热机故障。
可选地，控制模块204具体用于按照预设拉载速率将燃料电池系统的输出功率拉载至第一功率。
可选地，第一转动速率为20°/s，第二转动速率为10°/s，第三转动速率为5°/s。
可选地，第一阈值为200mV，第二阈值为400mV，第三阈值为1000mV。
上述系统中各模块或单元的具体细节已经在对应的方法中进行了详细的描述，因此此处不再赘述。
应当注意，尽管在上文详细描述中提及了用于动作执行的设备的若干模块或者单元，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本申请的实施方式，上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之，上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。
本申请实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述燃料电池系统启动过程中的热机控制方法。
需要说明的是，本申请所示的计算机可读存储介质例如可以是—但不限于—电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器、只读存储器、可擦式可编程只读存储器（EPROM或闪存）、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器（CD-ROM）、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本申请中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。计算机可读存储介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆、射频等等，或者上述的任意合适的组合。
本申请实施例中，还提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在计算机上运行时，使得计算机执行上述燃料电池系统启动过程中的热机控制方法。
需要说明的是，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。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种燃料电池系统启动过程中的热机控制方法，其特征在于，包括：
启动燃料电池系统，向电堆通入氢气和空气，开启小循环冷却回路，并将所述燃料电池系统的输出功率拉载至第一功率；
在所述第一功率下运行所述燃料电池系统，并实时监测所述电堆的进口温度；
如果所述进口温度达到第一温度，按照第一转动速率转动三通阀，以逐渐开启大循环冷却回路，同时逐渐关闭所述小循环冷却回路；
实时监测所述电堆的单体电压值，并根据所述单体电压值，计算电压方差；
如果所述电压方差小于等于第一阈值，返回所述按照第一转动速率转动三通阀的步骤，直至所述大循环冷却回路全部开启、所述小循环冷却回路全部关闭；
在所述大循环冷却回路全部开启、所述小循环冷却回路全部关闭后，将所述燃料电池系统的输出功率拉载至额定功率；
如果所述电压方差大于所述第一阈值且小于等于第二阈值，按照第二转动速率转动所述三通阀，直至所述电压方差小于等于所述第一阈值，并返回所述按照第一转动速率转动三通阀的步骤；其中，所述第二转动速率小于所述第一转动速率；
如果所述电压方差大于所述第二阈值且小于等于第三阈值，将所述燃料电池系统的输出功率由所述第一功率降低至第二功率；
在所述第二功率下运行所述燃料电池系统，并实时监测所述电堆的进口温度；
如果所述进口温度达到第二温度，按照第三转动速率转动所述三通阀，直至电压方差小于等于所述第一阈值，并返回所述按照第一转动速率转动三通阀的步骤；其中，所述第三转动速率小于所述第二转动速率，所述第二温度小于所述第一温度；
如果所述电压方差大于所述第三阈值，确定所述燃料电池系统发生故障，并停止启动。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在按照第三转动速率转动所述三通阀的同时，增大氢气和空气的通入量。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
如果所述电压方差大于所述第一阈值且小于等于第二阈值，触发一级热机报警；
如果所述电压方差大于所述第二阈值且小于等于第三阈值，触发二级热机报警；
如果所述电压方差大于所述第三阈值，触发三级热机故障。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述燃料电池系统的输出功率拉载至第一功率，包括：
按照预设拉载速率将所述燃料电池系统的输出功率拉载至第一功率。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一转动速率为20°/s，所述第二转动速率为10°/s，所述第三转动速率为5°/s。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一阈值为200mV，第二阈值为400mV，第三阈值为1000mV。
7.一种燃料电池系统，其特征在于，包括：电堆、大循环冷却回路、小循环冷却回路、控制模块、温度监测模块和电压监测模块；
所述控制模块，用于启动燃料电池系统，向电堆通入氢气和空气，开启小循环冷却回路，将所述燃料电池系统的输出功率拉载至第一功率，在所述第一功率下运行所述燃料电池系统；
所述温度监测模块，用于在所述第一功率下运行所述燃料电池系统时实时监测所述电堆的进口温度；
所述控制模块，还用于如果所述进口温度达到第一温度，按照第一转动速率转动三通阀，以逐渐开启大循环冷却回路，同时逐渐关闭所述小循环冷却回路；
所述电压监测模块，用于实时监测所述电堆的单体电压值；
所述控制模块，还用于根据所述单体电压值，计算电压方差；如果所述电压方差小于等于第一阈值，返回所述按照第一转动速率转动三通阀的步骤，直至所述大循环冷却回路全部开启、所述小循环冷却回路全部关闭；在所述大循环冷却回路全部开启、所述小循环冷却回路全部关闭后，将所述燃料电池系统的输出功率拉载至额定功率；以及，
如果所述电压方差大于所述第一阈值且小于等于第二阈值，按照第二转动速率转动所述三通阀，直至所述电压方差小于等于所述第一阈值，并返回所述按照第一转动速率转动三通阀的步骤；其中，所述第二转动速率小于所述第一转动速率；以及，
如果所述电压方差大于所述第二阈值且小于等于第三阈值，将所述燃料电池系统的输出功率由所述第一功率降低至第二功率，在所述第二功率下运行所述燃料电池系统；
所述温度监测模块，用于在所述第二功率下运行所述燃料电池系统时实时监测所述电堆的进口温度；
所述控制模块，还用于如果所述进口温度达到第二温度，按照第三转动速率转动所述三通阀，直至电压方差小于等于所述第一阈值，并返回所述按照第一转动速率转动三通阀的步骤；其中，所述第三转动速率小于所述第二转动速率，所述第二温度小于所述第一温度；以及，
如果所述电压方差大于所述第三阈值，确定所述燃料电池系统发生故障，并停止启动。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述控制模块具体用于在按照第三转动速率转动所述三通阀的同时，增大氢气和空气的通入量。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述控制模块还用于如果所述电压方差大于所述第一阈值且小于等于第二阈值，触发一级热机报警；如果所述电压方差大于所述第二阈值且小于等于第三阈值，触发二级热机报警；如果所述电压方差大于所述第三阈值，触发三级热机故障。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-6任一项所述的方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115224303A (zh) * 2022-07-01 2022-10-21 上海卓微氢科技有限公司 一种燃料电池循环冷却装置及温度均衡控制方法
CN117334961A (zh) * 2023-12-01 2024-01-02 广东云韬氢能科技有限公司 燃料电池系统的启动控制方法、装置、电子设备及介质

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022135016A1 (zh) * 2020-12-25 2022-06-30 中国第一汽车股份有限公司 一种燃料电池控制方法、装置、设备及存储介质
CN115224303A (zh) * 2022-07-01 2022-10-21 上海卓微氢科技有限公司 一种燃料电池循环冷却装置及温度均衡控制方法
CN117334961A (zh) * 2023-12-01 2024-01-02 广东云韬氢能科技有限公司 燃料电池系统的启动控制方法、装置、电子设备及介质

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