燃料电池系统以及燃料电池系统的控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种燃料电池系统以及燃料电池系统的控制方法，应用于燃料电池技术领域，包括电池堆；氢气回路与电池堆的阳极连通，氢气回路用于调节电池堆的阳极入堆压力；空气回路与电池堆的阴极连通，空气回路用于调节电池堆的阴极入堆压力；调温回路包括加热器和温度检测装置，温度检测装置设置于加热器和电池堆的水入口之间，温度检测装置用于检测工作环境温度，工作环境温度为流入电池堆的水温度；控制模块。本申请根据外部环境温度控制加热器工作，使得电池堆的工作环境温度能够满足电池堆工作所需，并根据外部环境气压调整电池堆的进堆压力，使得燃料电池系统能够在极度低温、高海拔的情况下运行，提高了燃料电池系统的适用性。用性。用性。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池系统以及燃料电池系统的控制方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，具体涉及一种燃料电池系统以及燃料电池系统的控制方法。

技术介绍

[0002]质子交换膜燃料电池电堆往往由几百片单电池串联压制而成，通过在阳极通入氢气、阴极通入空气，使得氢气和空气在催化剂作用下发生电化学反应产生电能，生成物只有水，是真正的清洁能源。氢燃料电池目前已进入大规模产业化推广的阶段，而我国幅员辽阔，气候环境多样，提高燃料电池系统的环境适应性使之可靠运行在不同地区环境是目前必须解决的问题。
[0003]现有技术中，燃料电池多关注低温冷启动性能，但是其只能适用于普通低温的情况，并不能适用于极度低温、高海拔等环境，燃料电池的适应性较差，适用范围相对较窄。

技术实现思路

[0004]本申请提供一种燃料电池系统以及燃料电池系统的控制方法，能够提高燃料电池的适用性。
[0005]第一方面，本申请提供一种燃料电池系统，包括：电池堆；氢气回路，所述氢气回路与所述电池堆的阳极连通，所述氢气回路用于调节所述电池堆的阳极入堆压力；空气回路，所述空气回路与所述电池堆的阴极连通，所述空气回路用于调节所述电池堆的阴极入堆压力；调温回路，所述调温回路包括加热器和温度检测装置，所述温度检测装置设置于所述加热器和所述电池堆的水入口之间，所述温度检测装置用于检测工作环境温度，所述工作环境温度为流入所述电池堆的水温度；控制模块，所述控制模块用于：当外部环境温度和所述工作环境温度均小于或等于第一低温阈值时，控制所述加热器工作，以提高所述工作环境温度；当所述工作环境温度大于所述第一低温阈值时，控制所述氢气回路和所述空气回路向所述电池堆通气，以使所述电池堆的电压达到稳定空路电压；在所述电池堆的电压达到稳定空路电压后，获取外部环境气压和外接负载需求；根据所述外接负载需求，确定与所述电池堆连接的外接负载的启动参数；根据所述稳定空路电压和所述启动参数，控制所述电池堆进行拉载，以使所述燃料电池系统完成启动；在所述燃料电池启动后，当外部环境气压小于低压阈值时，根据外部环境气压，确定所述电池堆的进堆压力；
根据所述启动参数和所述进堆压力对所述氢气回路、所述空气回路的参数进行调节。
[0006]根据本申请第一方面提供的燃料电池系统，至少具有如下有益效果：当外部环境温度小于或等于第一低温阈值时，燃料电池系统处于极度低温状态，电池堆无法正常启动，需要控制加热器进行工作，以调节电池堆的工作环境温度，当工作环境温度升高至第一低温阈值后，控制氢气回路、空气回路通气，电池堆的电压达到稳定的空路电压，空路电压建立完成后，根据外接负载需求确定与电池堆连接的外接负载的启动参数，以控制电池堆进行拉载，使得燃料电池系统成功启动，之后，当外部环境气压小于低压阈值时，燃料电池系统位于高海拔低压状态，确定电池堆的进堆压力，并根据进堆压力对氢气回路、空气回路进行调整，以使电池堆能够在高海拔低气压的环境下工作，本申请根据外部环境温度控制加热器工作，使得电池堆的工作环境温度能够满足电池堆工作所需，并根据外部环境气压调整电池堆的进堆压力，使得燃料电池系统能够在极度低温、高海拔的情况下运行，提高了燃料电池系统的适用性。
[0007]根据本申请第一方面的一些实施例，所述启动参数包括期望工作功率和期望工作电压，所述控制模块还用于：在所述电池堆的电压达到稳定空路电压后，获取预设的怠速电流，所述怠速电流为怠速状态时所述电池堆生成的电流；根据所述怠速电流，确定所述电池堆的第一拉载速率；根据所述期望工作功率和所述期望工作电压，确定所述期望工作电流；获取所述电池堆的实时工作电流；根据所述期望工作电流、以及所述实时工作电流与所述怠速电流的比值，确定所述电池堆第二拉载速率，以使所述电池堆的电压由所述稳定空路电压降低至所述期望工作电压，所述第二拉载速率大于所述第一拉载速率；根据所述第一拉载速率和所述第二拉载速率控制所述电池堆进行拉载。
[0008]根据本申请第一方面的一些实施例，所述氢气回路包括比例阀和氢气循环泵，所述空气回路包括空压机和背压阀，所述进堆压力包括阴极入堆压力和阳极入堆压力，所述控制模块还用于：根据外部环境气压与预设表压，确定所述电池堆的阴极入堆压力；根据所述阴极入堆压力和预设的氢空压差，确定所述电池堆的阳极入堆压力；根据所述期望工作功率，确定所述电池堆的阴极入堆流量；根据所述阴极入堆压力和所述阴极入堆流量，对所述空压机的转速和所述背压阀的开度进行调节；根据所述阳极入堆压力，对所述比例阀的开度进行调节。
[0009]根据本申请第一方面的一些实施例，所述控制模块还用于：当所述外部环境温度大于所述第一低温阈值时，计算所述外部环境温度与所述第一低温阈值的差值；根据所述差值调整所述空压机的转速和所述比例阀的开度，以使所述电池堆的阴极入堆压力和所述阳极入堆压力保持不变。
[0010]根据本申请第一方面的一些实施例，所述控制模块还用于：
在控制所述加热器工作后，获取所述电池堆的生成热量和散发热量；当所述工作环境温度大于所述第一低温阈值且所述生成热量大于所述散发热量时，控制所述加热器停止加热。
[0011]根据本申请第一方面的一些实施例，所述控制模块还用于：当所述外部环境温度和所述工作环境温度均大于所述第一低温阈值且小于或等于第二低温阈值时，控制所述电池堆以所述第一拉载速率拉载至怠速状态；在所述电池堆处于所述怠速状态后，控制所述电池堆以所述第二拉载速率拉载至期望工作电流，以使所述燃料电池系统完成启动。
[0012]根据本申请第一方面的一些实施例，所述控制模块还用于：当所述工作环境温度大于预设的升温阈值且所述实时工作电流小于所述期望工作电流时，控制所述电池堆以第三拉载速率运行，所述第三拉载速率为恒定值，且所述第三拉载速率大于所述第二拉载速率。
[0013]根据本申请第一方面的一些实施例，所述控制模块还用于：当所述外部环境温度和所述工作环境温度均大于所述第二低温阈值时，控制所述电池堆以所述第三拉载速率至怠速状态；在所述电池堆处于所述怠速状态后，控制所述电池堆以所述第三拉载速率拉载至期望工作电流，以使所述燃料电池系统完成启动。
[0014]根据本申请第一方面的一些实施例，所述控制模块还用于：获取停机指令；根据外部环境温度确定所述电池堆的阻抗阈值；根据所述停机指令控制所述电池堆的拉载速率降低，直至所述电池堆的电流值为怠速电流；当所述电池堆的电流值为怠速电流时，控制所述电池堆的阴极入堆压力增大，以调整所述电池堆的交流阻抗；当所述电池堆的交流阻抗等于所述阻抗阈值时，控制所述氢气回路、所述空气回路停止向所述电池堆输送气体，并控制所述调温回路停止调温。
[0015]第二方面，本申请提供一种燃料电池系统的控制方法，所述燃料电池系统包括电池堆、氢气回路、空气回路和调温回路，所述氢气回路与所述电池堆的阳极连通，所述空气回路与所述电池堆的阴极连通，所述调温回路包括加热器和温度检测装置，所述温度检测装置设置于所述加热器和所述电池堆的水入口之间，所述控制方法包括：当外部环境温度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池系统，其特征在于，包括：电池堆；氢气回路，所述氢气回路与所述电池堆的阳极连通，所述氢气回路用于调节所述电池堆的阳极入堆压力；空气回路，所述空气回路与所述电池堆的阴极连通，所述空气回路用于调节所述电池堆的阴极入堆压力；调温回路，所述调温回路包括加热器和温度检测装置，所述温度检测装置设置于所述加热器和所述电池堆的水入口之间，所述温度检测装置用于检测工作环境温度，所述工作环境温度为流入所述电池堆的水温度；控制模块，所述控制模块用于：当外部环境温度和所述工作环境温度均小于或等于第一低温阈值时，控制所述加热器工作，以提高所述工作环境温度；当所述工作环境温度大于所述第一低温阈值时，控制所述氢气回路和所述空气回路向所述电池堆通气，以使所述电池堆的电压达到稳定空路电压；在所述电池堆的电压达到稳定空路电压后，获取外部环境气压和外接负载需求；根据所述外接负载需求，确定与所述电池堆连接的外接负载的启动参数；根据所述稳定空路电压和所述启动参数，控制所述电池堆进行拉载，以使所述燃料电池系统完成启动；在所述燃料电池启动后，当外部环境气压小于低压阈值时，根据外部环境气压，确定所述电池堆的进堆压力；根据所述启动参数和所述进堆压力对所述氢气回路、所述空气回路的参数进行调节。2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述启动参数包括期望工作功率和期望工作电压，所述控制模块还用于：在所述电池堆的电压达到稳定空路电压后，获取预设的怠速电流，所述怠速电流为怠速状态时所述电池堆生成的电流；根据所述怠速电流，确定所述电池堆的第一拉载速率；根据所述期望工作功率和所述期望工作电压，确定所述期望工作电流；获取所述电池堆的实时工作电流；根据所述期望工作电流、以及所述实时工作电流与所述怠速电流的比值，确定所述电池堆第二拉载速率，以使所述电池堆的电压由所述稳定空路电压降低至所述期望工作电压，所述第二拉载速率大于所述第一拉载速率；根据所述第一拉载速率和所述第二拉载速率控制所述电池堆进行拉载。3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，所述氢气回路包括比例阀和氢气循环泵，所述空气回路包括空压机和背压阀，所述进堆压力包括阴极入堆压力和阳极入堆压力，所述控制模块还用于：根据外部环境气压与预设表压，确定所述电池堆的阴极入堆压力；根据所述阴极入堆压力和预设的氢空压差，确定所述电池堆的阳极入堆压力；根据所述期望工作功率，确定所述电池堆的阴极入堆流量；根据所述阴极入堆压力和所述阴极入堆流量，对所述空压机的转速和所述背压阀的开
度进行调节；根据所述阳极入堆压力，对所述比例阀的开度进行调节。4.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其特征在于，所述控制模块还用于：当所述外部环境温度大于所述第一低温阈值时，计算所述外部环境温度与所述第一低温阈值的差值；根据所述差值调整所述空压机的转速和所述比例阀的开度，以使所述电池堆的阴极入堆压力和所述阳极入堆压力保持...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫江燕，曹桂军，
申请(专利权)人：深圳市氢蓝时代动力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：