燃料电池系统的低温启动方法、计算机设备和存储介质技术方案

本发明专利技术提供了一种燃料电池系统的低温启动方法、计算机设备和存储介质。低温启动方法包括获取并判断燃料电池系统中的反应电堆的起始温度是否大于第一温度阈值；若不大于，则判定燃料电池系统进入低温启动模式；利用氢气系统为燃料电池系统的阳极提供氢气，利用空气系统为燃料电池系统的阴极提供空气；利用阴极再循环系统中的阴极循环泵将通过阴极排气口排出的阴极反应气体泵入阴极进气口；利用功率输出系统调整燃料电池系统的输出电流，以使输出电流等于预设目标电流；周期性获取并判断反应电堆的实时温度是否大于第二温度阈值；若是，则开启阳极再循环系统。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池系统的低温启动方法、计算机设备和存储介质
本专利技术涉及质子交换膜燃料电池
，尤其涉及一种燃料电池系统的低温启动方法、计算机设备和存储介质。
技术介绍
目前全球石油资源日益枯竭，温室效应等环境问题愈加严峻。与传统内燃机、电动机等动力源相比，燃料电池在功率密度和环境友好程度上有很大优势。燃料电池是一种电化学装置，能将化学能直接转换为电能。由于燃料电池的能量转换过程不受卡诺循环限制，其能量转换效率较高。燃料电池工作过程中，消耗的燃料为氢气，反应产物是水，有害排放物为零，所以是最清洁的能源之一。只有燃料电池本体还不能工作，燃料电池本体必须有一套相应的辅助系统。燃料电池本体与其辅助系统共同组成的系统称为燃料电池动力系统。燃料电池动力系统除了燃料电池本体外，还包括氢气系统、空气系统、冷却系统、功率输出系统和控制系统等附件系统。氢气系统主要负责为燃料电池本体中的反应电堆提供氢气供应，需要根据运行工况调节进入反应电堆的氢气压力、湿度和流量等。空气系统则是为反应电堆提供适量的氧化剂即空气，需要根据工况调节进入反应电堆的空气的温度、压力和流量等。冷却系统则通过冷却剂循环的方式使电堆温度保持合适水平，保证反应电堆稳定可靠工作。功率输出系统则是通过DC/DC装置来调节反应电堆的输出电压和电流的大小和变化速率。控制系统是整个燃料电池动力系统的“大脑”，由其对反应电堆外围的各个子系统进行优化控制，使得反应电堆处于最佳工作状态，保证反应电堆长期稳定可靠运行。进入燃料电池反应电堆的空气或者氢气，过干或过湿对质子交换膜和燃料电池本体都会产生不利的影响。因此为了将进入燃料电池本体的空气或者氢气的湿度维持在一定范围内，需要在燃料电池系统中增加增湿器以对进入反应电堆的氢气或者空气进行湿度控制。目前燃料电池系统在零度以下低温环境中启动的时候面临巨大挑战。一方面由于整个系统需要在低温环境中储存，因此必须在停机的时候充分除去内部的水，另一方面需要防止增湿器在低温储存和启动过程中结冰使系统失效。在燃料电池启动完成后，由于进气湿度较低，气体需要增湿保证燃料电池性能，此时增湿器的介入过程也比较复杂，无法实现低温环境下无增湿器快速。
技术实现思路
基于此，有必要针对低温条件下燃料电池系统无法快速启动的问题，提供一种燃料电池系统的低温启动方法、计算机设备和存储介质。本专利技术提供了一种燃料电池系统的低温启动方法，包括：获取所述燃料电池系统中的反应电堆的起始温度，并判断所述反应电堆的起始温度是否大于第一温度阈值；若所述反应电堆的起始温度不大于所述第一温度阈值，则判定所述燃料电池系统进入低温启动模式；开启氢气系统和空气系统，利用所述氢气系统为所述燃料电池系统的阳极提供氢气，以及利用所述空气系统为所述燃料电池系统的阴极提供空气；开启阴极再循环系统，利用所述阴极再循环系统中的阴极循环泵将通过阴极排气口排出的阴极反应气体泵入阴极进气口；利用功率输出系统调整所述燃料电池系统的输出电流，以使所述输出电流等于预设目标电流；周期性获取所述燃料电池系统中的反应电堆的实时温度，判断所述反应电堆的实时温度是否大于第二温度阈值；若所述反应电堆的实时温度大于所述第二温度阈值，则开启阳极再循环系统，利用所述阳极再循环系统中的阳极循环泵将通过阳极排气口排出的阳极反应气体泵入阳极进气口；其中，所述第一温度阈值小于所述第二温度阈值。在其中一个实施例中，在所述利用功率输出系统调整所述燃料电池系统的输出电流之前，所述方法还包括：根据所述反应电堆的起始温度，查表获取所述起始温度对应的多个加载电流，并对所述多个加载电流进行比较，将最大加载电流作为所述目标电流。在其中一个实施例中，所述方法还包括：根据预设目标产热功率和所述目标电流，确定目标电压；根据预设的电压和电流与过量系数的映射关系，获取与所述目标电流和所述目标电压对应的目标过量系统数；根据所述目标电流和所述目标过量系统数计算目标新鲜进气量，并根据所述目标新鲜进气量控制所述空气系统为所述燃料电池系统的阴极提供空气。在其中一个实施例中，所述根据所述目标电流和所述目标过量系统数计算所述目标新鲜进气量，包括：根据所述目标电流以及所述燃料电池系统的单片数计算理论阴极进气量；计算所述理论阴极进气量与所述目标过量系数的乘积，并将所述乘积作为所述目标新鲜进气量。在其中一个实施例中，所述燃料电池系统的低温启动方法还包括：若所述反应电堆的起始温度大于所述第一温度阈值，则判定所述燃料电池系统进入正常启动模式。在其中一个实施例中，所述方法还包括：周期性获取所述燃料电池系统中的反应电堆的实时温度，判断所述反应电堆的实时温度是否大于第三温度阈值；若所述反应电堆的实时温度大于所述第三温度阈值，则判断所述燃料电池系统进入正常工作模式；其中，所述第三温度阈值大于所述第二温度阈值。在其中一个实施例中，所述方法还包括：估算所述燃料电池系统中的水含量；根据所述燃料电池系统中的水含量控制所述阴极再循环系统中的阴极汽水分离器为所述燃料电池系统的阴极增湿，以及控制所述阳极再循环系统中的阳极汽水分离器为所述燃料电池的阳极增湿。在其中一个实施例中，所述方法还包括：在正常工作模式下，启动冷却系统；利用所述冷却系统对所述反应电堆进行散热，将所述反应电堆的温度维持在合适的工作温度。基于同一专利技术构思，本专利技术实施例还提供了一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器及处理器，所述存储器上存储有可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一实施例中的低温启动方法的步骤。基于同一专利技术构思，本专利技术实施例还提供了一种可读存储介质，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任一实施例中的低温启动方法的步骤。综上，本专利技术提供了一种燃料电池系统的低温启动方法、计算机设备和存储介质。所述低温启动方法包括获取所述燃料电池系统中的反应电堆的起始温度，并判断所述反应电堆的起始温度是否大于第一温度阈值；若所述反应电堆的起始温度不大于所述第一温度阈值，则判定所述燃料电池系统进入低温启动模式；开启氢气系统和空气系统，利用所述氢气系统为所述燃料电池系统的阳极提供氢气，以及利用所述空气系统为所述燃料电池系统的阴极提供空气；开启阴极再循环系统，利用所述阴极再循环系统中的阴极循环泵将通过阴极排气口排出的阴极反应气体泵入阴极进气口；利用功率输出系统调整所述燃料电池系统的输出电流，以使所述输出电流等于预设目标电流；周期性获取所述反应电堆的实时温度，判断所述反应电堆的实时温度是否大于第二温度阈值；若所述反应电堆的实时温度大于所述第二温度阈值，则开启阳极再循环系统，利用所述阳极再循环系统中的阳极循环泵将通过阳极排气口排出的阳极反应气体泵入阳极进气口。本专利技术提供的启动方法中，当反应电堆的起始温度低于所述第一温度阈值时，利用所述阴极再循环系统中的阴极循环泵将通过阴极排气口排出的阴极反应气体泵入阴极进气口，通过阴极进气流量控制和再循环率控制，调节燃料电池系统的输出电流，进而控制所述燃料电池系统的输出电压，降低所述燃料电池系统的发电效率，以使所述燃料电池系统快速产热，从而实现燃料电池系统的快速启动。附图说明图1为基于阳极再循环系统和阴极再循环系统的燃料电池系统的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池系统的低温启动方法，其特征在于，包括：获取所述燃料电池系统中的反应电堆的起始温度，并判断所述反应电堆的起始温度是否大于第一温度阈值；若所述反应电堆的起始温度不大于所述第一温度阈值，则判定所述燃料电池系统进入低温启动模式；开启氢气系统和空气系统，利用所述氢气系统为所述燃料电池系统的阳极提供氢气，以及利用所述空气系统为所述燃料电池系统的阴极提供空气；开启阴极再循环系统，利用所述阴极再循环系统中的阴极循环泵将通过阴极排气口排出的阴极反应气体泵入阴极进气口；利用功率输出系统调整所述燃料电池系统的输出电流，以使所述输出电流等于预设目标电流；周期性获取所述燃料电池系统中的反应电堆的实时温度，判断所述反应电堆的实时温度是否大于第二温度阈值；若所述重反应电堆的实时温度大于所述第二温度阈值，则开启阳极再循环系统，利用所述阳极再循环系统中的阳极循环泵将通过阳极排气口排出的阳极反应气体泵入阳极进气口；其中，所述第一温度阈值小于所述第二温度阈值。

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池系统的低温启动方法，其特征在于，包括：获取所述燃料电池系统中的反应电堆的起始温度，并判断所述反应电堆的起始温度是否大于第一温度阈值；若所述反应电堆的起始温度不大于所述第一温度阈值，则判定所述燃料电池系统进入低温启动模式；开启氢气系统和空气系统，利用所述氢气系统为所述燃料电池系统的阳极提供氢气，以及利用所述空气系统为所述燃料电池系统的阴极提供空气；开启阴极再循环系统，利用所述阴极再循环系统中的阴极循环泵将通过阴极排气口排出的阴极反应气体泵入阴极进气口；利用功率输出系统调整所述燃料电池系统的输出电流，以使所述输出电流等于预设目标电流；周期性获取所述燃料电池系统中的反应电堆的实时温度，判断所述反应电堆的实时温度是否大于第二温度阈值；若所述重反应电堆的实时温度大于所述第二温度阈值，则开启阳极再循环系统，利用所述阳极再循环系统中的阳极循环泵将通过阳极排气口排出的阳极反应气体泵入阳极进气口；其中，所述第一温度阈值小于所述第二温度阈值。2.如权利要求1所述的低温启动方法，其特征在于，在所述利用功率输出系统调整所述燃料电池系统的输出电流之前，所述方法还包括：根据所述反应电堆的起始温度，查表获取所述起始温度对应的多个加载电流，并对所述多个加载电流进行比较，将最大加载电流作为所述目标电流。3.如权利要求1所述的低温启动方法，其特征在于，所述方法还包括：根据预设目标产热功率和所述目标电流，确定目标电压；根据预设的电压和电流与过量系数的映射关系，获取与所述目标电流和所述目标电压对应的目标过量系统数；根据所述目标电流和所述目标过量系统数计算目标新鲜进气量，并根据所述目标新鲜进气量控制所述空气系统为所述燃料电池系统的阴极提供空气。4.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐梁飞，江宏亮，李建秋，欧阳明高，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11