燃料电池低温停机吹扫控制方法、系统、燃料电池及汽车与流程

本发明属于燃料电池，具体涉及一种燃料电池低温停机吹扫控制方法、系统、燃料电池及汽车。

背景技术：

1、氢燃料电池反应物是氢气和空气中的氧气，产出的是电能和纯净的水，正是由于燃料电池工作时内部产生大量的水，导致在低温环境中存放和启动时会有一定的限制。当燃料电池车辆在低温下(低于0℃)停放时，燃料电池内部残留的水可能会结冰，如果膜电极内部的水结冰后容易形成冰晶，刺穿质子交换膜造成穿孔，此外结冰-融化多次循环后，会导致膜电极内部结构疏松，引起电性能变差，均属不可逆损伤，会影响燃料电池寿命；如果在双极板内部结冰，会影响空气和氢气传递到催化剂表面，如果面积较大，下一次燃料电池启动时会失败；如果在节气门、氢气循环泵、排氢阀等零部件处结冰，则会导致零部件卡滞，零部件功能失效会引起燃料电池无法正常启动和工作。

2、因此燃料电池正常工作后在低温下存储时，一定要通过气体吹扫的方式，将膜电极、双极板以及有水流经的各零部件处的液态水吹出，以此保证燃料电池电堆和系统在低温下存储时不会因结冰导致不可逆的损伤或者下次无法启动。

3、吹扫在系统内部分空气侧和氢气侧,空气侧是利用大流量的空气将双极板、电堆以及空气子系统中各处液态水吹出系统外部，待空气侧足够干后，氢气侧和质子交换膜中的水含量也会逐步降低至安全等级，从而在低温乃至高寒环境中存储时，保证电堆安全，一般而言存储温度越低，需要燃料电池内部各处水含量越低，同样吹扫条件下需要的吹扫时间也越长。现有技术中，对吹扫时间的控制不够精确，容易引起吹扫不足或过度吹扫的情况发生。过度吹扫一方面会降低电堆寿命和下次开机性能，另一方面会浪费电量(吹扫各零部件能耗)和氢气(吹扫过程中有排氢)。吹扫不足会导致电堆在低温下损坏，过度吹扫一方面会降低电堆寿命和下次开机性能，另一方面会浪费电量和氢气。

技术实现思路

1、为解决现有技术中的不足，本发明提供一种燃料电池低温停机吹扫控制方法、系统、燃料电池及汽车，提高了吹扫时间的控制精度，既可以防止过度吹扫，又能避免吹扫不足的情况发生。

2、为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

3、第一方面，提供一种燃料电池低温停机吹扫控制方法，包括：响应于进入关机吹扫程序的控制指令，采集并记录环境绝对湿度、进入燃料电池电堆的空气的入堆绝对湿度；根据采集的入堆绝对湿度，计算入堆绝对湿度的变化率；根据环境绝对湿度、入堆绝对湿度、入堆绝对湿度的变化率及给定的目标环境温度，按照设定的基于入堆绝对湿度的燃料电池低温停机吹扫逻辑确定吹扫时间；响应于吹扫时长达到确定的吹扫时间，停止吹扫程序，以便于进入关机程序。

4、进一步地，所述目标环境温度的确定方法，包括：(1)以采集的过去设定时间区间内的最低温度为目标环境温度；(2)以预报的当地未来设定时间区间内的最低环境温度为目标环境温度；(3)以人工输入的环境温度为目标环境温度。

5、进一步地，所述按照设定的基于入堆绝对湿度的燃料电池低温停机吹扫逻辑确定吹扫时间，包括：将入堆绝对湿度开始减小时的时间t1作为燃料电池在0℃以上的目标环境温度中停机的吹扫时间；将入堆绝对湿度的变化率增加到第一设定值时的时间t2作为燃料电池在0～-10℃的目标环境温度中停机的吹扫时间；将入堆绝对湿度的变化率达到最大k0时的时间t3作为燃料电池在-10～-20℃的目标环境温度中停机的吹扫时间；将入堆绝对湿度减少至h2时的时间t4作为燃料电池在-20～-25℃的目标环境温度中停机的吹扫时间；将入堆绝对湿度减少至h3时的时间t5作为燃料电池在小于-25℃的目标环境温度中停机的吹扫时间。

6、进一步地，还包括设置的最长吹扫保护时间，当吹扫时间大于等于设置的最长吹扫保护时间时，用设置的最长吹扫保护时间替换吹扫时间。

7、进一步地，h2的确定方法，包括：

8、h2＝(h1-h0)×a％

9、其中，h2是确定吹扫时间为t4时对应的入堆绝对湿度，h1是吹扫开始时采集的入堆绝对湿度，h0是采集的环境绝对湿度，a％是一个设定的入堆绝对湿度的变化百分比。

10、进一步地，h3的确定方法，包括：

11、h3＝(h1-h0)×b％

12、其中，h3是确定吹扫时间为t5时对应的入堆绝对湿度，b％是另一个设定的入堆绝对湿度的变化百分比。

13、第二方面，提供一种燃料电池低温停机吹扫控制系统，包括：绝对湿度采集模块，用于响应于进入关机吹扫程序的控制指令，采集并记录环境绝对湿度、进入燃料电池电堆的空气的入堆绝对湿度；计算模块，用于根据采集的入堆绝对湿度，计算入堆绝对湿度的变化率；吹扫时间确定模块，用于根据环境绝对湿度、入堆绝对湿度、入堆绝对湿度的变化率及给定的目标环境温度，按照设定的基于入堆绝对湿度的燃料电池低温停机吹扫逻辑确定吹扫时间；吹扫执行模块，用于响应于吹扫时长达到确定的吹扫时间，停止吹扫程序，以便于进入关机程序。

14、第三方面，提供一种燃料电池，所述燃料电池配置有第二方面所述的燃料电池低温停机吹扫控制系统。

15、进一步地，包括燃料电池电堆、增湿器、空气压缩机、安装在所述空气压缩机的入口管道上的第二湿度传感器和安装在所述燃料电池电堆的空气入口管道上的第一湿度传感器；所述空气压缩机用于将压缩后的空气送入增湿器，经增湿器增湿后的空气经燃料电池电堆的空气入口管道进入燃料电池电堆；由燃料电池电堆排出的空气进入增湿器，并通过增湿器排出；所述增湿器用于利用排出燃料电池电堆的高湿度空气给进入燃料电池电堆的低湿度空气増湿。

16、第四方面，提供一种新能源汽车，所述新能源汽车配置有第三方面所述的燃料电池。

17、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

18、(1)本发明通过响应于进入关机吹扫程序的控制指令，采集并记录环境绝对湿度、进入燃料电池电堆的空气的入堆绝对湿度；根据采集的入堆绝对湿度，计算入堆绝对湿度的变化率；根据环境绝对湿度、入堆绝对湿度、入堆绝对湿度的变化率及给定的目标环境温度，按照设定的基于入堆绝对湿度的燃料电池低温停机吹扫逻辑确定吹扫时间；响应于吹扫时长达到确定的吹扫时间，停止吹扫程序，以便于进入关机程序，提高了吹扫时间的控制精度，既可以防止过度吹扫，又能避免吹扫不足的情况发生；

19、(2)本发明可以提高燃料电池的抗低温性能，延长燃料电池的使用寿命。

技术特征：

1.一种燃料电池低温停机吹扫控制方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的燃料电池低温停机吹扫控制方法，其特征在于，所述目标环境温度的确定方法，包括：

3.根据权利要求1所述的燃料电池低温停机吹扫控制方法，其特征在于，所述按照设定的基于入堆绝对湿度的燃料电池低温停机吹扫逻辑确定吹扫时间，包括：

4.根据权利要求3所述的燃料电池低温停机吹扫控制方法，其特征在于，还包括设置的最长吹扫保护时间，当吹扫时间大于等于设置的最长吹扫保护时间时，用设置的最长吹扫保护时间替换吹扫时间。

5. 根据权利要求4所述的燃料电池低温停机吹扫控制方法，其特征在于，h2的确定方法，包括：

6. 根据权利要求5所述的燃料电池低温停机吹扫控制方法，其特征在于，h3的确定方法，包括：

7.一种燃料电池低温停机吹扫控制系统，其特征在于，包括：

8.一种燃料电池，其特征在于，所述燃料电池配置有权利要求7所述的燃料电池低温停机吹扫控制系统。

9.根据权利要求8所述的燃料电池，其特征在于，包括燃料电池电堆、增湿器、空气压缩机、安装在所述空气压缩机的入口管道上的第二湿度传感器和安装在所述燃料电池电堆的空气入口管道上的第一湿度传感器；

10.一种新能源汽车，其特征在于，所述新能源汽车配置有权利要求8或9所述的燃料电池。

技术总结
本发明公开了燃料电池技术领域的一种燃料电池低温停机吹扫控制方法、系统、燃料电池及汽车。所述方法包括：响应于进入关机吹扫程序的控制指令，采集并记录环境绝对湿度、进入燃料电池电堆的空气的入堆绝对湿度；根据采集的入堆绝对湿度，计算入堆绝对湿度的变化率；根据环境绝对湿度、入堆绝对湿度、入堆绝对湿度的变化率及给定的目标环境温度，按照设定的基于入堆绝对湿度的燃料电池低温停机吹扫逻辑确定吹扫时间；响应于吹扫时长达到确定的吹扫时间，停止吹扫程序，以便于进入关机程序。本发明提高了吹扫时间的控制精度，既可以防止过度吹扫，又能避免吹扫不足的情况发生。

技术研发人员：柴结实,刘娜,王佳
受保护的技术使用者：江苏徐工工程机械研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12