燃料电池控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种燃料电池控制系统，包括：进氢组阀、排氢组阀、阳极分水组件以及阳极排水阀；所述进氢组阀和燃料电池的进氢口连接，燃料电池的出氢口和阳极分水组件的进口连接，阳极分水组件的第一出口和阳极排水阀连接，阳极分水组件的第二出口和排氢组阀连接，阳极分水组件的第三出口和燃料电池的进氢口连接，本发明专利技术通过在不同功率段选择不同口径的排氢阀进行排气置换工作，进而实现低功率段下排气精细控制。同时，排氢阀通常无工作状态反馈，通过配合系统进气压力或者进气阀件控制参数的变化值进行判断，实现对排氢阀功能特性的有效检测，并通过逐层调用排气阀的方式实现互为备件，降低停机故障，提高了整机系统的可靠性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池控制系统及方法


[0001]本专利技术属于燃料电池
，尤其涉及一种燃料电池控制系统及方法。

技术介绍

[0002]近年来，燃料电池在交通运输领域的应用得到大力推广。应用场景由公交车逐步推广到了重载卡车，并在重型工程机械上开始探索应用，正因如此，市场对燃料电池系统的功率需求逐年递升。当前多数系统厂家均可以将最小可持续功率点设计在10％Pe以内，为了适应多场景，市场对燃料电池系统功率的使用范围要求也在逐步拓宽，目前技术要求拓宽的目标甚至在5％Pe及以下。因此，如何平衡设计燃料电池的高功率和低功率的相应指标属性成了当下燃料电池系统技术发展的一大重要攻关方向。
[0003]其中，燃料电池系统的经济属性是市场关注的重点，该指标的优劣直接到产品搭载到应用环境下的运营成本。通过分析得出，系统整机效率其中一个重要影响因素为氢气利用率(即参与反应的氢气流量与实际供应的氢气量比值)。在实际燃料电池工作时，部分氢气会参与阳极置换及排水而被排出系统外，未能被利用参与反应。阳极排气的多寡主要取决于排气阀的口径以及开启周期策略的设计。随着系统额定功率需求越来越大，为实现有效的排水，通常配合设计选择的排气阀口径相对小功率段系统要大。结合高频开关阀的控制精度，在大功率系统工作在小功率段时候，经常有氢气过排放的现象，很大程度上影响了小功率下的系统效率。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种燃料电池控制系统及方法，能够减少氢气过排，提高整机效率。
[0005]本专利技术所要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的：
[0006]第一方面，提供了一种燃料电池控制系统，包括：
[0007]包括：进氢组阀、排氢组阀、阳极分水组件以及阳极排水阀；所述进氢组阀和燃料电池的进氢口连接，燃料电池的出氢口和阳极分水组件的进口连接，阳极分水组件的第一出口和阳极排水阀连接，阳极分水组件的第二出口和排氢组阀连接，阳极分水组件的第三出口和燃料电池的进氢口连接。
[0008]结合第一方面，进一步的，所述排氢组阀包含至少两个及以上不同口径的排氢阀。
[0009]第二方面，提供了一种燃料电池控制方法，包括：
[0010]燃料电池系统开机自检；
[0011]获取功率需求指令；
[0012]根据功率需求指令判断需求功率段；
[0013]根据需求功率段调用排氢组阀中对应口径的排氢阀，按照预设的参数排放氢气。
[0014]结合第二方面，进一步的，比较排气时进气压力变化幅值ΔP
sysin
是否大于标定的对应工况点下理论排气压力变化值P
set1
；
[0015]若ΔP
sysin
＜ΔP
set1
，则判定排氢组阀中当前的排氢阀异常，发出告警并切换到排氢组阀中其他的排氢阀，否则维持正常工作状态。
[0016]结合第二方面，进一步的，切换到排氢组阀中其他的排氢阀的切换原则为：告警后从当前排氢阀切换到排氢组阀中与当前排氢阀流量最近的排氢阀，若排氢组阀中所有的排氢阀均异常，则对燃料电池电堆进行降载或者关机。
[0017]结合第二方面，进一步的，当排氢组阀中排氢阀的切换总次数达到预设阀值后则通过比较排气时进气压力变化幅值ΔP
sysin
和对应工况点下理论排气压力变化值P
set1
来判断排氢阀是否正常，若ΔP
sysin
＜ΔP
set1
则判定排氢阀异常。
[0018]结合第二方面，还包括：通过氢气喷射阀或者比例阀的控制PWM值变化来判断排氢阀是否异常。
[0019]有益效果：本专利技术通过在不同功率段选择不同口径的排氢阀进行排气置换工作，进而实现低功率段下排气精细控制。通过组合阀的配合设计，高功率段可以即时置换，提高低功率范围的氢气利用。同时，排氢阀通常无工作状态反馈，通过配合系统进气压力或者进气阀件控制参数的变化值进行判断，实现对排氢阀功能特性的有效检测，并通过逐层调用排气阀的方式实现互为备件，降低停机故障，提高了整机系统的可靠性。
附图说明
[0020]图1为本专利技术燃料电池控制系统的结构示意图；
[0021]图2位本专利技术中控制方法的流程图。
具体实施方式
[0022]下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明。
[0023]如图1
‑
图2所示，本专利技术提供了一种燃料电池控制系统，包括用于燃料电池电堆进氢的进氢组阀，用于排出氢气的排氢组阀，用于将水氢分离的阳极分水组件以及用于排水的阳极排水阀。
[0024]其中，所述进氢组阀和燃料电池的进氢口连接，燃料电池的出氢口和阳极分水组件(图中1中分水组件)的进口连接，阳极分水组件的第一出口1和阳极排水阀(图1中排水阀)连接，阳极分水组件的第二出口2和排氢组阀连接，阳极分水组件的第三出口3和燃料电池的进氢口连接。其中的阳极分水组件将反应后生成的水和多余的氢气进行分离，其中大部分氢气通过第一出口1经回流组件后送回到燃料电池电堆的氢气进口重复利用，水从第三出口3经由阳极排水阀排出，多余的氢气从第二出口2经由排氢组阀排出，排氢组阀包含两个以上及以上不同口径的排氢阀。
[0025]本专利技术的工作过程主要如下：
[0026]燃料电池系统开机，进行电气电控自检。
[0027]系统接收到整车(假设燃料电池装被配置在车上)或者其他应用主体发出功率需求指令。
[0028]系统根据功率需求指令确定功率需求段(需求功率被划分为若干需求功率段，每个需求功率段对应着一个口径的排氢阀)。
[0029]根据需求功率段调用对应口径的排氢阀进行排氢，在同样的最小开启时长控制精
度下，合适口径的排气阀可以确保在小功率段工作时氢气不过排。既提高了小功率段氢气利用率，也能够有效防止小功率阳极过排带来的膜干问题。
[0030]通过比较排气时进气压力变化幅值ΔP
sysin
是否大于标定的对应工况点下理论排气压力变化值P
set1
来判断当前排氢阀是否正常工作；
[0031]若ΔP
sysin
＜ΔP
set1
，则判定排氢组阀中当前的排氢阀异常，发出告警并切换到排氢组阀中其他的排氢阀，否则维持正常工作状态直至系统收直到关机指令为止。
[0032]切换到排氢组阀中其他的排氢阀的切换原则为：告警后从当前排氢阀切换到排氢组阀中与当前排氢阀流量最近的排氢阀(排氢组阀中所有的排氢阀互为备用)，若排氢组阀中所有的排氢阀均异常，考虑到阳极排气置换不畅会造成电堆欠氢，严重会产生反极损伤核心部件电堆，系统此时可选择报错降载进行关机。
[0033]当排氢组阀中排氢阀的切换总次数达到预设阀值后我们需要对排氢阀进行检测，通过比较排气时进气压力变化幅值ΔP
sysin
和对应工况点下理论排气压力变化值P
set1...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池控制系统，其特征在于，包括：进氢组阀、排氢组阀、阳极分水组件以及阳极排水阀；所述进氢组阀和燃料电池的进氢口连接，燃料电池的出氢口和阳极分水组件的进口连接，阳极分水组件的第一出口和阳极排水阀连接，阳极分水组件的第二出口和排氢组阀连接，阳极分水组件的第三出口和燃料电池的进氢口连接。2.根据权利要求1所述的一种燃料电池控制系统，其特征在于，所述排氢组阀包含至少两个及以上不同口径的排氢阀。3.根据权利要求1所述的一种燃料电池控制系统，其特征在于，所述进氢组阀为一组喷射阀或者比例阀。4.一种燃料电池控制方法，其特征在于，包括：燃料电池系统开机自检；获取功率需求指令；根据功率需求指令判断需求功率段；根据需求功率段调用排氢组阀中对应口径的排氢阀，按照预设的参数排放氢气。5.根据权利要求4所述的一种燃料电池控制方法，其特征在于，还包括：比较排气时进气压力变化幅值ΔP
sysin
是否大于标定的对应工况点下理论排气压力变化值P
set1
；若ΔP
...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴丽君，王佳，柴结实，
申请(专利权)人：上海徐工智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：