一种氢气燃料电池发动机启动控制方法技术

本发明专利技术公开一种氢气燃料电池发动机启动控制方法，涉及燃料电池技术领域，该方法包括：在氢气燃料电池的电堆阳极侧通入设定压力的氢气，获取氢气燃料电池附件状态信息和氢气燃料电池参数信息，判断氢气燃料电池是否进入氢空界面启动状态，若氢气燃料电池进入氢空界面启动状态则控制高压直流转换单元来实现对电堆的外接负载电流拉载以减小电堆的单体电压过电位的持续时间，通过脉冲吹扫压力控制、氢空压力跟随控制来控制阴阳极的氢空压差，即可在启动过程中可以有效的控制氢空压差、降低启动过程中过电位的持续时间，且能够实现在氢空界面状态下的启动，有效提高燃料电池的耐久性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种氢气燃料电池发动机启动控制方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，特别是涉及一种氢气燃料电池发动机启动控制方法。

技术介绍

[0002]氢气燃料电池是通过以氢气为还原剂，以氧气或空气为氧化剂的氧化还原反应将化学能变成电能的一种装置，因其生成物中只有水，具有无污染、效率高的优点，被大力推展在汽车上使用。
[0003]在氢气燃料电池发动机的长期存储中，氢气燃料电池的阳极侧可能存在氢空界面（或氢氧界面，与供给的氧化剂有关），造成电堆的关键材料发生衰减以及氢气燃料电池系统启动困难。氢空界面的出现通常有如下几种原因：1、因氢气燃料电池阳极侧和阴极侧的气体压力存在压差导致阴极侧的空气渗透到阳极侧；2、因氢气供给系统的密封性较差导致外界空气渗透到电堆阳极侧，或因空气渗透到电堆阴极侧，并通过浓度差渗透到阳极侧；3、氢气燃料电池的频繁启停、连续急停和快速变载等非稳态操作也会造成氢空界面的产生。当电堆阳极侧存在空气/氧气的时候，氢气燃料电池启动时会在阳极注入一定压力的氢气，此时就会出现氢气和空气/氧气混合在一起形成一个浮动的氢空界面/氢氧界面。
[0004]当氢气燃料电池阳极侧的氢气与氧气发生反应时，阳极的电位不再是0V而是降至
‑
0.593V，此时会出现与正常电池模式相反的电流流动(即电子从阴极流向阳极)，造成阴极和阳极的电位差达到了1.44V，长期出现该情况会加剧催化剂载体的碳腐蚀，导致催化剂颗粒从载体上脱落团聚，减少了有效催化活性位点数目，最终降低质子交换膜的耐久性以及电池性能下降。
[0005]研究表明氢空界面停留时间越长，导致的碳腐蚀越严重。削弱碳蚀，减少氢空界面是改善氢气燃料电池耐久性的方向之一。
[0006]目前，随着氢气燃料电池技术的发展，有越来越多的方法可以减轻氢空界面对氢气燃料电池系统造成的伤害。通常采用两种方法来减少氢空界面停留时间：方法一是阻止氢空界面的产生，方法二是采用高速气流吹扫来缩短氢空界面的停留时间。对于方法一来说，一般采用氮气等惰性气体通入氢气燃料电池的阳极侧，将腔体内的空气吹扫出去以阻止氢空界面的产生，这种方法效果较好但因增加氮气气源以及控制阀体造成成本较高，不适合在汽车上使用；对于方法二来说，一般选用高速燃料气体，快速将阳极侧腔体内的空气吹扫出去，从而缩短界面停留时间，但是高速燃料气体具有双重作用，迅速提高电势差和大幅缩短腐蚀时间，而且后者的影响更大，因此，碳蚀情况可缓解，但相应的也会造成氢气浪费和电堆单体出现过电位的现象。

技术实现思路

[0007]为此，本专利技术的目的是提供一种氢气燃料电池发动机启动控制方法，可以减轻电
堆单体过电位的持续时间和氢空界面对氢气燃料电池系统造成的伤害，从而提高氢气燃料电池发动机的性能及耐久性。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种氢气燃料电池发动机启动控制方法，包括：对水热循环系统和氢空混排系统进行控制；在氢气燃料电池的电堆阳极侧通入设定压力的氢气，并获取氢气燃料电池附件状态信息和氢气燃料电池参数信息；所述氢气燃料电池附件状态信息包括空压机状态信息、空气组合阀状态信息、循环水泵状态信息、高压直流转换单元状态信息以及电堆巡检单元反馈的单体电压状态；所述氢气燃料电池参数信息包括氢气入堆压力、空气入堆压力、背压阀位置、电子节温器位置以及排氢阀工作状态；根据所述氢气燃料电池附件状态信息和所述氢气燃料电池参数信息，判断氢气燃料电池是否进入氢空界面启动状态，若所述氢气燃料电池进入氢空界面启动状态则进入氢空界面启动流程，若所述氢气燃料电池未进入氢空界面启动状态则进入正常启动流程；其中，当进入正常启动流程时，控制高压直流转换单元来实现对电堆的外接负载电流拉载以减小电堆的单体电压过电位的持续时间；当进入氢空界面启动流程时，控制高压直流转换单元来实现对电堆的外接负载电流拉载以减小电堆的单体电压过电位的持续时间，通过脉冲吹扫压力控制、氢空压力跟随控制来控制阴阳极的氢空压差。
[0009]可选地，所述水热循环系统的控制是设置循环水泵转速以满足循环流量需求，设置目标进水温度，以及控制PTC加热器和电子节温器的开度以避免电堆内部冷却水温度过高或过低；所述氢空混排系统的控制是先打开空压机并设置空压机的转速，用外部的空气将排氢阀排出的氢气稀释排出。
[0010]可选地，所述设定压力的计算公式为：p1=min（125kpa，空气压力+50kpa）；其中，p1表示设定压力。
[0011]可选地，所述根据所述氢气燃料电池附件状态信息和所述氢气燃料电池参数信息，判断氢气燃料电池是否进入氢空界面启动状态，具体包括：根据所述氢气燃料电池参数信息中的氢气入堆压力，判断氢气燃料电池电堆阳极侧的氢气入堆压力是否建立完成；其中，通过采用氢压控制和脉冲式吹扫来缩短氢气入堆压力建立的时间，氢气入堆压力建立完成的标志为实际氢气入堆压力与目标氢气入堆压力之间的差值的绝对值小于目标阈值；当氢气入堆压力建立完成后，根据电堆巡检单元反馈的单体电压状态判断当前氢气燃料电池是否进入氢空界面启动状态。
[0012]可选地，所述根据电堆巡检单元反馈的单体电压状态判断当前氢气燃料电池的电堆状态是否进入氢空界面启动状态，具体包括：判断电堆巡检单元反馈的单体电压是否大于目标电池电压；若是，则确定当前氢气燃料电池进入氢空界面启动状态；若否，则确定当前氢气燃料电池进入正常启动状态。
[0013]可选地，还包括：根据氢气燃料电池系统的当前状态判断是否满足启动成功条件并跳转对应状态。
[0014]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供了一种氢气燃料电池发动机启动控制方法；首先在氢气燃料电池启动时，判断当前氢气燃料电池是否处于氢空界面启动状态。若当前氢气燃料电池处于正常启动状态时，则通过外接负载恒阻拉载实现减小电堆单体电压过电位的持续时间，以避免长时间过电位对电堆造成伤害。当氢气燃料电池处于氢空界面启动状态时，启动时向阳极快速通入氢气，赶走阳极氧气，同时使用外接负载消耗反应气体以加速氧气的消耗；当氢气燃料电池不在氢空界面启动状态时，启动时通过采用氢压控制和脉冲式吹扫来缩短氢气入堆压力建立的时间以及氢气吹扫的时间，减少氢气的浪费，控制阴阳极的氢空压差，从而提高氢气燃料电池发动机的性能及耐久性。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。
[0016]图1为本专利技术实施例提供的一种氢气燃料电池发动机启动控制方法的流程示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种氢气燃料电池发动机启动控制方法的具体流程图；图3为本专利技术实施例提供的正常启动流程示意图；图4为本专利技术实施例提供的氢空界面启动流程示意图；图5为本专利技术实施例提供的启动方法在正常启动时的控制效果图；图6为现有普通启动方法在正常本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氢气燃料电池发动机启动控制方法，其特征在于，包括：对水热循环系统和氢空混排系统进行控制；在氢气燃料电池的电堆阳极侧通入设定压力的氢气，并获取氢气燃料电池附件状态信息和氢气燃料电池参数信息；所述氢气燃料电池附件状态信息包括空压机状态信息、空气组合阀状态信息、循环水泵状态信息、高压直流转换单元状态信息以及电堆巡检单元反馈的单体电压状态；所述氢气燃料电池参数信息包括氢气入堆压力、空气入堆压力、背压阀位置、电子节温器位置以及排氢阀工作状态；根据所述氢气燃料电池附件状态信息和所述氢气燃料电池参数信息，判断氢气燃料电池是否进入氢空界面启动状态，若所述氢气燃料电池进入氢空界面启动状态则进入氢空界面启动流程，若所述氢气燃料电池未进入氢空界面启动状态则进入正常启动流程；其中，当进入正常启动流程时，控制高压直流转换单元来实现对电堆的外接负载电流拉载以减小电堆的单体电压过电位的持续时间；当进入氢空界面启动流程时，控制高压直流转换单元来实现对电堆的外接负载电流拉载以减小电堆的单体电压过电位的持续时间，通过脉冲吹扫压力控制、氢空压力跟随控制来控制阴阳极的氢空压差。2.根据权利要求1所述的一种氢气燃料电池发动机启动控制方法，其特征在于，所述水热循环系统的控制是设置循环水泵转速以满足循环流量需求，设置目标进水温度，以及控制PTC加热器和电子节温器的开度以避免电堆内部冷却水温度过高或过低；所述氢空混排系统的控制是先打开空压机并设置空压机的转速，用外部的空气将...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢佳平，朱维，孙合宾，匡金俊，顾园园，
申请(专利权)人：海卓动力青岛能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：