燃料电池系统低温冷启动控制方法、装置、设备及介质与流程

专利检索2025-06-06  10


本申请涉及燃料电池,尤其涉及一种燃料电池系统低温冷启动控制方法、装置、设备及介质。


背景技术:

1、燃料电池在低温冷启动过程中,需要先将电堆的温度升高至零度以上,以确保电堆内部无结冰情况。相关技术中,可以在系统中增加ptc(positive temperaturecoefficient,正的温度系数)加热器,启动时先通过加热器将冷却循环水的温度升高,再正常启动系统。或者,系统在启动前,先将电堆内部进行短路,通过短路产生的热量提高电堆的温度,再正常启动系统。

2、然而,采用ptc加热器的方式,破冰的时间较长,导致冷启动的时间较长,需要额外增加ptc加热器,增加氢燃料电池系统的成本,且额外增加很多能耗,同时不能对空气管路及增湿器等部件进行预热。电堆短路的方式冷启动的时间也较长,且容易降低电堆的寿命,加快催化剂性能的衰减,也存在氢气氧气互窜带来的风险隐患。


技术实现思路

1、为了解决上述技术问题,本申请提供了一种燃料电池系统低温冷启动控制方法、装置、设备及介质。

2、根据本申请的第一方面,提供了一种燃料电池系统低温冷启动控制方法,包括:

3、监测外部环境的温度;

4、在外部环境的温度大于等于第一低温温度、小于等于第二低温温度的情况下,启动空气压缩机,并按照第一电流密度、第一计量比的空气需求量运行所述空气压缩机,并且不启动冷却循环系统;其中,所述第一低温温度小于第二低温温度;

5、监测中冷器出口处空气的温度,并通过调节经过中冷器的冷却水的流量,使中冷器出口处空气的温度控制在预设温度;

6、关闭空气路的旁通路阀门,以使所有空气通入电堆内部;

7、监测电堆的内部温度,当电堆的内部温度高于第二低温温度时,通入氢气,燃料电池系统进入正常启动阶段;

8、在外部环境的温度小于所述第一低温温度的情况下,启动空气压缩机,并按照第二电流密度、第二计量比的空气需求量运行所述空气压缩机;其中,所述第二电流密度大于所述第一电流密度,所述第二计量比大于所述第一计量比;

9、启动冷却循环系统的小循环;

10、监测中冷器出口处空气的温度,并通过调节小循环冷却水的流速,使中冷器出口处空气的温度控制在所述预设温度;

11、打开所述旁通路阀门,以使部分空气通入电堆内部;

12、监测电堆的内部温度,当电堆的内部温度高于第二低温温度时,通入氢气,燃料电池系统进入正常启动阶段。

13、可选地,所述第一电流密度为0.5a/cm2,所述第一计量比为1.5;

14、所述第二电流密度为1a/cm2,所述第二计量比为2。

15、可选地,所述第一低温温度为-5℃,所述第二低温温度为0℃。

16、根据本申请的第二方面,提供了一种燃料电池系统低温冷启动控制装置,包括:

17、环境温度监测模块、空气压缩机运行模块、冷却循环系统控制模块、空气温度监测及控制模块、旁通路阀门控制模块、电堆内部温度监测模块和燃料电池系统启动模块;

18、所述环境温度监测模块,用于监测外部环境的温度;

19、在外部环境的温度大于等于第一低温温度、小于等于第二低温温度的情况下,所述空气压缩机运行模块,用于启动空气压缩机,并按照第一电流密度、第一计量比的空气需求量运行所述空气压缩机;其中,所述第一低温温度小于第二低温温度;

20、所述冷却循环系统控制模块,用于不启动冷却循环系统;

21、所述空气温度监测及控制模块,用于监测中冷器出口处空气的温度,并通过调节经过中冷器的冷却水的流量,使中冷器出口处空气的温度控制在预设温度;

22、所述旁通路阀门控制模块,用于关闭空气路的旁通路阀门,以使所有空气通入电堆内部;

23、所述电堆内部温度监测模块,用于监测电堆的内部温度;

24、所述燃料电池系统启动模块,用于当电堆的内部温度高于第二低温温度时,通入氢气,燃料电池系统进入正常启动阶段;

25、在外部环境的温度小于所述第一低温温度的情况下,所述空气压缩机运行模块,还用于启动空气压缩机,并按照第二电流密度、第二计量比的空气需求量运行所述空气压缩机;其中,所述第二电流密度大于所述第一电流密度,所述第二计量比大于所述第一计量比;

26、所述冷却循环系统控制模块,还用于启动冷却循环系统的小循环;

27、所述空气温度监测及控制模块,还用于监测中冷器出口处空气的温度,并通过调节小循环冷却水的流速,使中冷器出口处空气的温度控制在所述预设温度;

28、所述旁通路阀门控制模块,还用于打开所述旁通路阀门,以使部分空气通入电堆内部;

29、所述电堆内部温度监测模块,用于监测电堆的内部温度;

30、所述燃料电池系统启动模块,用于当电堆的内部温度高于第二低温温度时,通入氢气,燃料电池系统进入正常启动阶段。

31、可选地,所述第一电流密度为0.5a/cm2,所述第一计量比为1.5;

32、所述第二电流密度为1a/cm2,所述第二计量比为2。

33、可选地,所述第一低温温度为-5℃,所述第二低温温度为0℃。

34、根据本申请的第三方面,提供了一种电子设备,包括:处理器,所述处理器用于执行存储于存储器的计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现第一方面所述的方法。

35、根据本申请的第四方面,提供了一种计算机可读存储介质,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第一方面所述的方法。

36、根据本申请的第五方面,提供了一种计算机程序产品,当所述计算机程序产品在计算机上运行时,使得所述计算机执行第一方面所述的方法。

37、本申请实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点:

38、针对外部环境两个不同的温度范围,可以采用不同的冷启动方式,来实现电堆的快速启动。即,在较低温度下,通入一定的空气量,直接利用空气的温度来提高电堆的温度。在更低温度下,通入更多的空气量,通过小循环冷却水的温度和空气的温度两种方式来提高电堆的温度,从而加快电堆的冷启动时间。可见,本申请实施例减少了系统中辅助加热器的使用,提升系统集成度及减少辅助功耗,增加空气旁路,避免了在更低温度下,因空气量增加导致电堆内部被吹干的问题。并且,有效减少电堆因冷启动引起寿命衰减的问题,在提升冷启动效率的同时,保证电堆的使用寿命。



技术特征:

1.一种燃料电池系统低温冷启动控制方法,其特征在于,包括:

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述第一电流密度为0.5a/cm2,所述第一计量比为1.5;

3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述第一低温温度为-5℃,所述第二低温温度为0℃。

4.一种燃料电池系统低温冷启动控制装置,其特征在于,包括:环境温度监测模块、空气压缩机运行模块、冷却循环系统控制模块、空气温度监测及控制模块、旁通路阀门控制模块、电堆内部温度监测模块和燃料电池系统启动模块;

5.根据权利要求4所述的装置,其特征在于,所述第一电流密度为0.5a/cm2,所述第一计量比为1.5;

6.根据权利要求4所述的装置,其特征在于,所述第一低温温度为-5℃,所述第二低温温度为0℃。

7.一种电子设备,其特征在于,包括:处理器,所述处理器用于执行存储于存储器的计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-3任一项所述的方法。

8.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-3任一项所述的方法。


技术总结
本申请涉及一种燃料电池系统低温冷启动控制方法、装置、设备及介质,应用于燃料电池技术领域,方法包括:若外部环境温度大于等于第一低温温度小于等于第二低温温度,按照第一电流密度、第一计量比的空气需求量运行空气压缩机,不启动冷却循环系统;调节冷却水的流量使中冷器出口处空气的温度控制在预设温度;关闭旁通路阀门使所有空气通入电堆内部。若外部环境温度小于第一低温温度,按照第二电流密度、第二计量比的空气需求量运行空气压缩机;启动小循环;调节冷却水的流速使中冷器出口处空气的温度控制在预设温度;打开旁通路阀门使部分空气通入电堆内部。当电堆内部温度高于第二低温温度时,通入氢气,燃料电池系统正常启动。可快速启动电堆。

技术研发人员:池滨,江世杰,樊毅,杨强
受保护的技术使用者:广东云韬氢能科技有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/5/29
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