一种燃料电池的启动方法及系统与流程

本发明涉及燃料电池，具体涉及一种燃料电池的启动方法及系统。

背景技术：

1、燃料电池的基本工作原理是氢气和氧气在催化剂的作用下发生电化学反应，将化学能转换成电能，其中氧气来源于空气，氢气来源于储氢系统，燃料电池工作往往对氢气的品质要求都比较高，如果提供给燃料电池的氢气混有一些有害气体，会使燃料电池的催化剂中毒，引起性能衰减，如果氢气侧反应的气体纯度不够，会使燃料电池的局部出现欠氢的现象，引起催化剂的碳载体腐蚀，也会造成燃料电池性能衰减。因此燃料电池系统开机阶段，都会先使用纯氢气，充分置换掉阳极侧(氢气侧)的杂质气体，当阳极侧的氢气浓度符合要求后，再进行电流拉载，防止电堆性能快速衰减。

2、现有的燃料电池在启动阶段时，为了充分置换掉阳极侧的杂志气体，都会进行排氢阀开启时间和置换压力的标定，先设定固定的置换压力p并控制氢气供给装置给电堆投入压力p的氢气，然后按照设定好的开启周期和开启时间控制排气阀的打开/关闭，接着在阳极侧通过氢气浓度传感器实时监测氢气浓度，当浓度达到目标值后，记录当前的置换压力和排气阀的开启时间和周期即为开机启动的氢气置换策略。然而该方法存在以下问题：

3、1、现有的方法是按照最严苛的条件进行置换，不同的场景下阳极侧的氢气浓度不同，如若全部按照最严苛条件执行，会造成氢气的浪费；

4、2、为了保证置换过程中排放出去的氢气浓度达标，则需要空压机提供空气来进行稀释，当空压机不足以达到时，需要限制置换速度，增加燃料电池的启动时间。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的缺陷，本发明提出一种燃料电池的启动方法及系统，能够根据不同场景实时调整置换策略。

2、为了解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：

3、一种燃料电池的启动方法，包括以下步骤：

4、s1：待机状态时，驾驶员发出启动指令，各零部件上电；

5、s2：控制器计算出所需的排氢阀的开启时间t；

6、s3：打开氢气供给设备，向电堆通入氢气，直到压力达到目标置换压力p_tar并维持该压力；空压机和氢气循环装置成功启动时则执行下一步，否则继续等待其启动成功；

7、s4：启动排氢阀，直到排氢阀的开启时间达到t，关闭排氢阀；

8、s5：完成空气入堆，发动机进入运行状态。

9、进一步的，所述步骤s1还包括：将旁通阀设置为全开状态，并启动空压机、水泵以及氢气循环装置。

10、进一步的，所述步骤s2具体包括：

11、s201：计算出燃料电池系统的停机时间δt；

12、s202：根据停机时间δt估计此时电堆阳极侧的氢气浓度c1，并获取阳极侧氢气压力p1以及当前的大气压力p_env；

13、s203：计算当阳极侧的压力达到目标置换压力p_tar后阳极侧的氢气浓度c2；

14、s204：根据阳极侧的氢气压力p1与大气压压力p_env的压差δp和阳极侧的氢气浓度c2，计算置换所需的排氢阀的开启时间t。

15、其中，所述步骤s202中阳极侧氢气压力p1通过入堆氢压传感器测量，所述大气压力p_env通过环境压力传感器测量。

16、进一步的，所述所述步骤s5空气入堆还包括：待水泵启动成功后打开空气进气阀，关闭空气旁通阀；若水泵启动失败，则继续等待其启动。

17、本发明还提供一种燃料电池的启动系统，该系统包括：电堆、环境压力传感器、冷却系统、空气系统以及氢气系统，所述冷却系统、空气系统和氢气系统分别通过三条管路进出电堆，具体管路设计如下：

18、冷却系统的管路上依次连接有：散热器、节温器、电堆以及水泵，所述水泵的出口分别与散热器的进口以及节温器的进口连接，形成循环管路，用于降低电堆的温度。

19、空气系统的管路上依次连接有：空滤器、空压机、中冷器、进气阀门、电堆、出气阀门以及混排点，所述中冷器和混排点之间设置有旁通管路，所述旁通管路上设置有旁通阀门。

20、氢气系统的管路上依次连接有：氢气入口、氢气喷射器、入堆氢压传感器、电堆、排氢阀、混排点，所述排氢阀和氢气喷射器之间设置有氢气循环装置。

21、上述电堆、冷却系统、空气系统以及氢气系统组成的燃料电池的启动系统，用于执行上述燃料电池的启动方法的具体步骤。

22、本发明至少具有以下有益效果：

23、1、本发明通过实时计算置换所需的时间，避免了传统的单一置换策略，当停车时间短时，对应的置换时间缩短，避免了氢气的浪费；

24、2、本发明提供的燃料电池的启动方法，可以有效地提高氢气置换速度，减少氢气置换的时间，进而缩短启动时间；

技术特征：

1.一种燃料电池的启动方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池的启动方法，其特征在于，所述步骤s1还包括：将旁通阀设置为全开状态，并启动空压机、水泵以及氢气循环装置。

3.根据权利要求2所述的一种燃料电池的启动方法，其特征在于，所述步骤s202中阳极侧氢气压力p1通过入堆氢压传感器测量，所述大气压力p_env通过环境压力传感器测量。

4.根据权利要求3所述的一种燃料电池的启动方法，其特征在于，所述所述步骤s5空气入堆还包括：待水泵启动成功后打开空气进气阀，关闭空气旁通阀。

5.一种燃料电池的启动系统，用于执行权利要求1-4任意一项所述的燃料电池的启动方法，其特征在于，至少包括：电堆、环境压力传感器、冷却系统、空气系统以及氢气系统；所述冷却系统、空气系统以及氢气系统通过三条管路进出电堆。

6.根据权利要求5所述的燃料电池的启动系统，其特征在于，所述冷却系统的管路上依次连接有：散热器、节温器、电堆以及水泵，所述水泵的出口分别与散热器的进口以及节温器的进口连接。

7.根据权利要求5所述的燃料电池的启动系统，其特征在于，所述空气系统的管路上依次连接有：空滤器、空压机、中冷器、进气阀门、电堆、出气阀门以及混排点。

8.根据权利要求5所述的燃料电池启动系统，其特征在于，所述氢气系统的管路上依次连接有：氢气入口、氢气喷射器、入堆氢压传感器、电堆、排氢阀、混排点，所述排氢阀和氢气喷射器之间设置有氢气循环装置。

9.根据权利要求7所述的燃料电池的启动系统，其特征在于，所述中冷器和混排点之间设置有旁通管路，所述旁通管路上设置有旁通阀门。

技术总结
本发明涉及燃料电池技术领域，公开了一种燃料电池的启动方法及系统：当驾驶员发出启动指令后，启动相应的零件；控制器计算出此次排氢阀所需的开启时间T；向电堆通入氢气至压力达到目标置换压力后，启动排氢阀至启动时间达到T完成氢气置换后关闭排氢阀；完成空气入堆，启动燃料电池。本方法根据不同的情况计算对应的燃料电池启动时排氢阀所需的开启时间，精确控制氢气置换时间，避免氢气浪费，缩短置换时间，进而提高燃料电池的启动速度。

技术研发人员：盛有冬,赵兴旺,秦仲阳,王鹏
受保护的技术使用者：北京亿华通科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1