一种氢气循环泵控制方法与流程

1.本发明涉及燃料电池车辆控制领域，具体而言，涉及一种氢气循环泵控制方法。


背景技术：

2.氢燃料电池是一种将氢与氧反应产生的化学能通过电化学反应直接转换成电能的发电装置，具有发电效率高，环境污染小等优点，因此被广泛应用于汽车领域。水管理在质子交换膜燃料电池的控制领域中十分重要。质子交换膜中必须含有足够的水分，燃料电池未充分加湿时质子交换膜处于干燥状态，膜的质子传导能力会大大降低，严重时会降低电堆的性能，导致不可逆的电压损失。但是若电池生成的水不能顺利排出就容易导致水淹电极，淹没催化剂的活性，并导致与其相连的气体扩散层中的孔道被水堵塞，从而造成反应界面上反应气体的不足，因此需要保证一个良好的水平衡关系。
3.燃料电池靠近端板的单片受环境温度影响较大，当环境温度较低时更易凝结出液体水，发生堵水现象，这是电堆端板效应。这时由氢气循环泵带入加湿后的氢气后会加剧这一现象，在负载剧烈波动、车辆行驶路况复杂时堵水现象尤为严重。
4.目前现有的低电压燃料电池系统的技术方案多采用自增湿的方式，设置增湿回流管路的出口与进口管路连通，在增湿回流管路上配置有氢气循环泵和气水分离器。这种方案的缺点在于：现有的技术方案为了降低系统控制的复杂程度对循环后的氢气湿度没有进行控制和管理。当环境温度较低时，堆内水蒸气在端板处最先受冷很快凝结出液体水，尤其在电池系统的负载突然增加时，系统功率快速增加会导致产水量急剧增加，水蒸气凝结现象也会随之加剧。此时如果循环泵继续为堆内带入湿氢气，则可能发生严重的堆内堵水现象，导致堆内发生由于欠气而造成的单片电压降低。靠近氢气循环泵一侧的单片也可能发生严重的端板效应，甚至能够造成燃料电池发动机无法正常运行。
5.综上所述，需要提供一种氢气循环泵控制方法，其能够克服现有技术的缺陷。


技术实现要素：

6.本发明旨在提供一种氢气循环泵控制方法，其能够克服现有技术的缺陷。本发明的发明目的通过以下技术方案得以实现。
7.本发明的一个实施方式提供了一种氢气循环泵控制方法,所述氢气循环泵控制方法包括多个步骤：
8.步骤1：检测燃料电池系统的负载状态；
9.步骤2：判断燃料电池系统的负载增加值是否超过了预设的负载阈值，
10.若“是”，执行步骤3；
11.步骤3：检测燃料电池电堆的冷却液的出堆水温；
12.步骤4：判断出堆水温是否大于等于预设的水温阈值，若“是”，执行步骤5；
13.步骤5：控制氢气循环泵的转速根据预设的加载斜率进行加载。
14.根据本发明的上述任意一个实施方式提供的氢气循环泵控制方法，其中所述步骤
2：判断燃料电池系统的负载增加值是否超过了预设的负载阈值，若“否”，再次执行步骤1。
15.根据本发明的上述任意一个实施方式提供的氢气循环泵控制方法，其中所述步骤4：判断出堆水温是否大于等于预设的水温阈值，若“否”，再次执行步骤3。
16.根据本发明的上述任意一个实施方式提供的氢气循环泵控制方法，其中所述氢气循环泵的转速加载斜率小于电堆因燃料电池系统负载增加而提高输出功率的功率升高斜率。
17.该氢气循环泵控制方法的优点在于：能够减少变载工况时单片电池发生电压低的次数，使燃料电池发动机能正常拉载；减少变载工况时平均单片及最低单片的电压恢复时间和单片电池之间的电压差，有利于电堆寿命；减轻变载后运行时电堆的电压波动幅度，有利于燃料电池发动机稳定运行。
附图说明
18.参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：
19.图1示出了根据本发明一个实施方式的燃料电池氢气循环系统的示意图；
20.图2示出了如图1所示的根据本发明一个实施方式的氢气循环泵控制方法的流程图；
21.图3示出了如图2所示的根据本发明一个实施方式的氢气循环泵控制方法与现有氢气循环系统对于电堆最低单片电压的影响的对比示意图。
具体实施方式
22.图1-2和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将落在本发明的保护范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。
23.图1示出了根据本发明一个实施方式的燃料电池氢气循环系统的示意图。如图1所示，所述燃料电池氢气循环系统包括电堆100、第一管路101、分水器102、第二管路103、第三管路105、氢气循环泵106、第四管路107、氢喷108、第五管路109和第六管路110，所述分水器102通过第一管路101与电堆100的氢气出口连通，分水器102的排液口通过第二管路103与混排点104连通，氢气循环泵106通过第三管路105与分水器102的排气口连通，氢喷108的第一端通过第四管路107与氢气循环泵106连通，氢喷108的第二端通过第五管路109与外部氢气源连通，氢喷108的第三端通过第六管路110与电堆100的氢气入口连通。
24.图2如图1所示的根据本发明一个实施方式的氢气循环泵控制方法的流程图。如图2所示，所述氢气循环泵控制方法包括多个步骤：
25.步骤1：检测燃料电池系统的负载状态；
26.步骤2：判断燃料电池系统的负载增加值是否超过了预设的负载阈值，
27.若“是”，执行步骤3；
28.步骤3：检测燃料电池电堆的冷却液的出堆水温；
29.步骤4：判断出堆水温是否大于等于预设的水温阈值，若“是”，执行步骤5；
30.步骤5：控制氢气循环泵的转速根据预设的加载斜率进行加载。
31.根据本发明的上述任意一个实施方式提供的氢气循环泵控制方法，其中所述步骤2：判断燃料电池系统的负载增加值是否超过了预设的负载阈值，若“否”，再次执行步骤1。
32.根据本发明的上述任意一个实施方式提供的氢气循环泵控制方法，其中所述步骤4：判断出堆水温是否大于等于预设的水温阈值，若“否”，再次执行步骤3。
33.根据本发明的上述任意一个实施方式提供的氢气循环泵控制方法，其中所述氢气循环泵的转速加载斜率小于电堆因燃料电池系统负载增加而提高输出功率的功率升高斜率。燃料电池系统的电堆的输出电压一般保持稳定，因此燃料电池系统输出功率的升高一般通过提高电堆输出电流实现。因此，氢气循环泵的转速加载斜率还小于电堆因燃料电池系统负载增加而提高电堆输出电流的电流升高斜率
34.根据本发明的上述任意一个实施方式提供的氢气循环泵控制方法，其中氢气循环泵的转速加载斜率越小氢气循环泵由初始转速提高至目标转速所花费的时间越长。
35.根据本发明的上述任意一个实施方式提供的氢气循环泵控制方法，其中电堆输出功率的功率升高斜率越大，电堆输出功率由初始输出功率提高到加载负载增加后所需的输出口率所花费的时间越短。
36.图3示出了如图2所示的根据本发明一个实施方式的氢气循环泵控制方法与现有氢气循环系统对于电堆最低单片电压的影响的对比示意图。图3左侧的图3-1为现有氢气循环系统在负载忽然提升时电堆输出电流、最低单片电压、出堆水温和氢气循环泵速率提升的时间变化曲线图；图3的右侧的图3-2为应用了本发明一个实施方式的氢气循环泵控制方法后，在负载忽然提升时电堆输出电流、最低单片电压、出堆水温和氢气循环泵速率提升的时间变化图。
37.如图3-1所示，现有氢气循环系统的循环泵转速的加载斜率大于电流升高的斜率，且循环泵转速开始加载前未对出堆水温进行判断，此时，燃料电池系统电堆的最低单片电压会反复出现单片电压低；如图3-2所示，应用了本发明一个实施方式的氢气循环泵控制方法后，循环泵在出堆水温达到预设的水温阈值后开始加载，循环泵转速的加载斜率小于电流升高的斜率，此时，电堆的最低单片电压的波动频率与幅度明显小于使用现有氢气循环系统的电堆的最低单片电压的波动频率与幅度。
38.该氢气循环泵控制方法的优点在于：能够减少变载工况时单片电池发生电压低的次数，使燃料电池发动机能正常拉载；减少变载工况时平均单片及最低单片的电压恢复时间和单片电池之间的电压差，有利于电堆寿命；减轻变载后运行时电堆的电压波动幅度，有利于燃料电池发动机稳定运行。
39.当然应意识到，虽然通过本发明的示例已经进行了前面的描述，但是对本发明做出的将对本领域的技术人员显而易见的这样和其他的改进及改变应认为落入如本文提出的本发明宽广范围内。因此，尽管本发明已经参照了优选的实施方式进行描述，但是，其意并不是使具新颖性的设备由此而受到限制，相反，其旨在包括符合上述公开部分、权利要求的广阔范围之内的各种改进和等同修改。