一种可预防发动机启动时单低故障的燃料电池阳极系统技术方案

本发明专利技术提供了一种可预防发动机启动时单低故障的燃料电池阳极系统，属于燃料电池技术领域，解决了现有技术发动机启动时由于排氮不彻底导致易出现单低故障的问题。该阳极系统集成了高压氢瓶、比例阀、气液分离器、氢气循环泵、排氢阀、尾排氢气传感器、排水阀、控制器。电堆的氢气进口一路经比例阀接高压氢瓶，另一路经氢气循环泵接气液分离器的出气口，其氢气尾气出口接分水件的输入端。分水件的出气口还经排氢阀、分水件的出水口经排水阀接尾排管道。控制器接收到燃料电池的启动指令后，开启比例阀和排氢阀，根据尾排氢气浓度设定比例阀和排氢阀的排气时间和排气次数，在比例阀和排氢阀开启结束后，执行燃料电池的启机程序，直到发动机启动成功。动机启动成功。动机启动成功。

【技术实现步骤摘要】
一种可预防发动机启动时单低故障的燃料电池阳极系统


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，尤其涉及一种可预防发动机启动时单低故障的燃料电池阳极系统。

技术介绍

[0002]燃料电池长时间静止后，启机前未排干净阳极流道内的残余氮气，在拉载电流上升时，排气间隔时间过长，很容易出现单片电压过低的故障，导致燃料电池启机失败。
[0003]现有技术方案在燃料电池停机后，由于阳极氮气含量过高，燃料电池启机时容易出现欠氢，导致单片电池电压过低的故障，从而启机失败。
[0004]中国专利CN115395059A公开的控制方法主要描述启机时先判断燃料电池的输出电压，稳压后进行脉冲排气，并未考虑到燃料电池电压下降的补救措施。
[0005]中国专利CN115224302A公开的启动控制方法涉及低温启动，判断各个单片平均电压是否高于预设电压，而非判断最低单片电压，改善电压下降的主动措施是增加空气流量，发生在燃料电池阴极侧。
[0006]中国专利CN114759233A利用神经网络模型在燃料电池运行时进行排氮，未考虑到燃料电池启动时单片电池过低的问题。

技术实现思路

[0007]鉴于上述的分析，本专利技术实施例旨在提供一种可预防发动机启动时单低故障的燃料电池阳极系统，用以解决现有技术发动机启动时由于排氮不彻底导致易出现单低故障的问题。
[0008]一方面，本专利技术实施例提供了一种可预防发动机启动时单低故障的燃料电池阳极系统，包括电堆、高压氢瓶、比例阀、气液分离器、氢气循环泵、排氢阀、尾排氢气传感器、排水阀、控制器；其中，电堆的氢气进口一路经比例阀接高压氢瓶，另一路经氢气循环泵接气液分离器的出气口，其氢气尾气出口接分水件的输入端；分水件的出气口还经排氢阀接尾排管道，其出水口经排水阀接尾排管道；尾排氢气传感器，设于尾排管道内，用于获取尾排氢气浓度；控制器，用于接收到燃料电池的启动指令后，开启比例阀和排氢阀，根据尾排氢气传感器数据设定比例阀和排氢阀的排气时间和排气次数，以使电堆阳极流道内无氮气；以及，在比例阀和排氢阀开启结束后，执行燃料电池的启机程序，直到燃料电池发动机启动成功。
[0009]上述技术方案的有益效果如下：在燃料电池发动机启机前，阳极的比例阀和排氢阀配合开启几次，使阳极流道长时间静止所产生过高浓度的氮气排出，同时排出阳极流道中残留的水，使阳极流道在启机时氢气含量较高，从而使燃料电池系统启机时性能更好，预防单片电池电压过低的故障出现。
[0010]基于上述系统的进一步改进，控制器执行如下程序以完成预防发动机启动时单低故障的功能：S1.接收到燃料电池的启动指令后，开启比例阀和排氢阀;S2.获取尾排氢气传感器数据，根据尾排氢气传感器数据设定比例阀和排氢阀的排气时间、排气间隔，使得电堆阳极流道内无氮气；S3.在比例阀和排氢阀开启结束后，启动燃料电池发动机，按照目标功率值对燃料电池发动机进行拉载；S4.获取电堆的最低单片电压变化数据，识别电堆的最低单片电压下降斜率是否小于目标斜率，如果是，控制排氢阀执行该目标功率值对应的正常排气控制策略，再执行下一步，否则，控制排氢阀的排气时间增加、排气间隔缩短，以防止最低单片电压下降过快，再执行下一步；S5.获取燃料电池的实际功率值，识别该实际功率值达到目标功率值后，燃料电池的启机程序即步骤S3~S5结束，燃料电池发动机启动成功。
[0011]进一步，该燃料电池阳极系统还包括压力传感器；其中，压力传感器布设于电堆的氢气进口管道内壁上，用于获取入堆氢气的压力，发送至控制器。
[0012]进一步，控制器内置尾排氢气浓度与标定的使得排氮时间最短的比例阀和排氢阀的排气时间、排气间隔的关系列表；并且，控制器执行下面子程序以完成步骤S2的功能：S21.获取尾排氢气传感器数据，根据尾排氢气传感器数据确定上述关系列表中对应的比例阀和排氢阀的排气时间、排气间隔；S22.控制比例阀和排氢阀执行相应的上述排气时间、排气间隔，以使电堆阳极流道内氮气和水排出；S23.再次获取尾排氢气传感器数据，识别尾排氢气传感器数据是否超过设定浓度阈值，如果是，判定电堆阳极流道内无氮气，否则，继续开启比例阀和排氢阀，直到电堆阳极流道内无氮气。
[0013]进一步，控制器执行下面子程序以完成步骤S3的功能：S31.确定燃料电池的启动功率值，并接受整车发送给燃料电池的目标功率值；S32.在比例阀和排氢阀开启结束后，启动燃料电池发动机，直到燃料电池输出功率达到上述启动功率值；S33.根据上述目标功率值对燃料电池发动机进行拉载，使得燃料电池输出电流开始上升。
[0014]进一步，控制器执行下面子程序以完成步骤S4的功能：S41.获取电堆的最低单片电压变化数据，通过下面公式确定电堆的最低单片电压下降斜率k，k=(V
1min
‑ꢀ
V
2min
)/(t1‑
t2)，式中，V
1min 为t1时刻的最低单片电压值，V
2min
为t2时刻的最低单片电压值；S42.识别电堆的最低单片电压下降斜率k是否小于目标斜率，如果是，控制排氢阀执行该目标功率值对应的正常排气控制策略，再执行步骤S5，否则，执行步骤S43；S43.控制排氢阀的排气时间增加、排气间隔缩短；
S44.重复步骤S41~S43，直到识别电堆的最低单片电压下降斜率k小于目标斜率，控制排氢阀执行该目标功率值对应的正常排气控制策略，再执行步骤S5。
[0015]进一步，控制器进一步通过下面子程序完成步骤S43的功能：S431.通过下面公式确定排氢阀的排气时间T1，T1=T
x + S1*Δk，Δk=k
‑
k1，式中，T
x 为排氢阀基础排气时间，S1为标定系数，k1为目标单片电压下降斜率；S432.通过下面公式确定排氢阀开启的间隔时间T2，T2=T
y ‑ꢀ
S2*Δk，式中，T
y 为排氢阀基础间隔时间，S2为标定系数；S433.控制排氢阀执行上述排气时间T1、间隔时间T2，使得排气时间增加、排气间隔缩短。
[0016]进一步，该燃料电池阳极系统还包括单片电池电压巡检装置；其中，单片电池电压巡检装置的输入端与电堆内每一单片电池的输出端连接，用于实时获取电堆的所有单片电压。
[0017]进一步，该燃料电池阳极系统还包括具有开关功能的换热器；其中，高压氢瓶的输出端依次经比例阀、换热器的支路一接电堆的氢气进口；换热器的支路二分别接燃料电池冷却系统中的小循环、大循环；控制器，还用于在燃料电池发动机冷启动时，识别燃料电池冷却系统小循环启动后，控制换热器
‑
小循环的支路启动，以对入堆氢气进行预热；以及在燃料电池发动机正常运行时，控制换热器
‑
大循环的支路启动，以对入堆氢气进行预热。
[0018]进一步，该燃料电池阳极系统还包括流量传感器；其中，高压氢瓶的输出端依次经比例阀、换热器的支路一、流量传感器接电堆的氢气进口；流量传感器用于获取入堆氢气的流量发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可预防发动机启动时单低故障的燃料电池阳极系统，其特征在于，包括电堆、高压氢瓶、比例阀、气液分离器、氢气循环泵、排氢阀、尾排氢气传感器、排水阀、控制器；其中，电堆的氢气进口一路经比例阀接高压氢瓶，另一路经氢气循环泵接气液分离器的出气口，其氢气尾气出口接分水件的输入端；分水件的出气口还经排氢阀接尾排管道，其出水口经排水阀接尾排管道；尾排氢气传感器，设于尾排管道内，用于获取尾排氢气浓度；控制器，用于接收到燃料电池的启动指令后，开启比例阀和排氢阀，根据尾排氢气传感器数据设定比例阀和排氢阀的排气时间和排气次数，以使电堆阳极流道内无氮气；以及，在比例阀和排氢阀开启结束后，执行燃料电池的启机程序，直到燃料电池发动机启动成功。2.根据权利要求1所述的可预防发动机启动时单低故障的燃料电池阳极系统，其特征在于，控制器执行如下程序以完成预防发动机启动时单低故障的功能：S1.接收到燃料电池的启动指令后，开启比例阀和排氢阀;S2.获取尾排氢气传感器数据，根据尾排氢气传感器数据设定比例阀和排氢阀的排气时间、排气间隔，使得电堆阳极流道内无氮气；S3.在比例阀和排氢阀开启结束后，启动燃料电池发动机，按照目标功率值对燃料电池发动机进行拉载；S4.获取电堆的最低单片电压变化数据，识别电堆的最低单片电压下降斜率是否小于目标斜率，如果是，控制排氢阀执行该目标功率值对应的正常排气控制策略，再执行下一步，否则，控制排氢阀的排气时间增加、排气间隔缩短，以防止最低单片电压下降过快，再执行下一步；S5.获取燃料电池的实际功率值，识别该实际功率值达到目标功率值后，燃料电池的启机程序即步骤S3~S5结束，燃料电池发动机启动成功。3.根据权利要求2所述的可预防发动机启动时单低故障的燃料电池阳极系统，其特征在于，还包括压力传感器；其中，压力传感器布设于电堆的氢气进口管道内壁上，用于获取入堆氢气的压力，发送至控制器。4.根据权利要求3所述的可预防发动机启动时单低故障的燃料电池阳极系统，其特征在于，控制器内置尾排氢气浓度与标定的使得排氮时间最短的比例阀和排氢阀的排气时间、排气间隔的关系列表；并且，控制器执行下面子程序以完成步骤S2的功能：S21.获取尾排氢气传感器数据，根据尾排氢气传感器数据确定上述关系列表中对应的比例阀和排氢阀的排气时间、排气间隔；S22.控制比例阀和排氢阀执行相应的上述排气时间、排气间隔，以使电堆阳极流道内氮气和水排出；S23.再次获取尾排氢气传感器数据，识别尾排氢气传感器数据是否超过设定浓度阈值，如果是，判定电堆阳极流道内无氮气，否则，继续开启比例阀和排氢阀，直到电堆阳极流道内无氮气。5.根据权利要求4所述的可预防发动机启动时单低故障的燃料电池阳极系统，其特征在于，控制器执行下面子程序以完成步骤S3的功能：S31.确定燃料电池的启动功率值，并接受整车发送给燃料电池的目标功率值；
S32.在比例阀和排氢阀开启结束后，启动燃料电池发动机，直到燃料电池输出功率达到上述启动功率值；S33.根据上述目标功率值对燃料电...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾坤晗，朱川生，孙大伟，李喜庆，范洪亮，王晓东，
申请(专利权)人：南京氢创能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：