控制阳极尾排阀驱动电流的方法与流程

本申请涉及燃料电池系统的控制方法，尤其是一种控制阳极尾排阀驱动电流的方法。

背景技术：

1、众所周知，燃料电池可以将化学能转化成电能和热能，产生的电能和热能可以应用于工业和汽车等领域。氢能是最具发展潜力的高效清洁能源。氢燃料电池作为最大的氢能应用场景之一，其通过氢气与氧气发生化学反应生成水，并且是一种零排放的化学产能装置。

2、与本申请有关的一些技术术语在本领域中的定义列举如下：

3、燃料电池：将燃料和氧化剂的化学能转化为电能(直流电)、热的反应产物的电化学装置；

4、燃料电池堆(也称为电堆)：由单电池、隔离板、冷却板、歧管和支撑结构等组成的设备，其通过电化学反应将燃料气体和空气的反应物转换成直流电、热和其他反应产物；

5、燃料电池模块：一个或多个燃料电池堆和其他主要及适当的附加部件的集成体，用于组装到发电装置或交通工具中；

6、燃料电池发电系统(也称为燃料电池系统)：使用一个或多个燃料电池模块产生电能和热的发电系统；

7、燃料电池车辆：使用燃料电池发电系统为电机提供驱动电力的电动车辆。

8、已知诸如氢燃料电池系统的燃料电池系统一般分为低温启动(燃料电池系统在等于或低于一定的温度阈值的温度下的启动，所述温度阈值例如在0摄氏度与5摄氏度之间)、常温启动(燃料电池系统的温度为环境温度、即常温时的启动,所述环境温度高于一定的温度阈值，所述温度阈值例如在0摄氏度与5摄氏度之间)、运行、常温停机、低温停机、紧急停机等状态，其中，低温启动性能是燃料电池大范围推广应用面临的最大挑战之一。目前，在极寒天气下，燃料电池系统仍经常会出现低温启动失败的情况，而造成低温启动失败的原因主要在于燃料电池堆的性能老化和燃料电池系统的零部件失效。特别是，阳极尾排阀作为燃料电池系统中的关键零部件，主要用于排出燃料电池反应产生的水以及燃料气体等产物。在低温环境下，作为反应产物的水很容易将阳极尾排阀冻住。在此情况下，当燃料电池系统进行低温启动时，由于阳极尾排阀可能被冻住，如果阀驱动能力不提高，阳极尾排阀极易破冰不成功，从而导致低温启动失败。

9、目前，尚未发现针对性地解决上述问题的有效方案。尤其是，在当前已知的现有技术中，通常将阳极尾排阀的驱动电流设计为固定不变(即，其不能适应于环境温度等的变化而调整)，因此无法有效解决上述问题。

10、因此，有必要对上述已知现有技术进行改进，从而提供一种能够有效解决上述问题的可选方案。

技术实现思路

1、鉴于以上背景，本申请的目的在于提出一种控制阳极尾排阀驱动电流的方法，其能够有效解决现有技术中存在的上述问题。

2、为此，根据本申请的一个方面，提供了一种控制阳极尾排阀驱动电流的方法，其适于对燃料电池系统中的阳极尾排阀的驱动电流进行控制，并包括以下步骤：

3、响应于燃料电池系统启动请求，检测燃料电池系统的环境温度；

4、当环境温度大于预定的温度阈值时，进入常温启动模式，其中可变地控制阳极尾排阀驱动电流，并且将阳极尾排阀驱动电流控制在相对较低(或具有相对较低的电流阈值)的第一电流范围内；或者

5、当环境温度小于或等于预定的温度阈值时，进入低温启动模式，其中可变地控制阳极尾排阀驱动电流，并且将阳极尾排阀驱动电流控制在相对较高(或具有相对较高的电流阈值)的第二电流范围内。

6、根据一种可行性实施方式，所述方法还包括以下步骤：当检测到燃料电池系统启动成功进入运行状态时，可变地控制阳极尾排阀驱动电流，并且将阳极尾排阀驱动电流控制在相对较低(或具有相对较低的电流阈值)的第三电流范围内，其中所述第三电流范围与所述第一电流范围相同或不同。

7、根据一种可行性实施方式，在所述常温启动模式下以及当检测到燃料电池系统启动成功进入运行状态时，可以基于电堆出口温度控制阳极尾排阀驱动电流；和/或在所述低温启动模式下，可以基于环境温度控制阳极尾排阀驱动电流。

8、根据一种可行性实施方式，所述电堆出口温度可以为电堆出口燃料气体(例如氢燃料电池系统情况下的氢气)温度、电堆出口空气温度或电堆出口冷却液温度。

9、根据一种可行性实施方式，在基于电堆出口温度控制阳极尾排阀驱动电流的情况下，可以依赖于预先确定的电堆出口温度与理想阳极尾排阀驱动电流之间的关系曲线，根据当前电堆出口温度来设定期望的阳极尾排阀驱动电流；和/或在基于环境温度控制阳极尾排阀驱动电流的情况下，可以依赖于预先确定的环境温度与理想阳极尾排阀驱动电流之间的关系曲线，根据当前环境温度来设定期望的阳极尾排阀驱动电流。

10、根据一种可行性实施方式，电堆出口温度与理想阳极尾排阀驱动电流之间的关系曲线为单调变化的曲线，其中在一定的温度范围内，随着电堆出口温度的增大，阳极尾排阀驱动电流单调地减小。作为示例，所述单调变化的曲线可以为线性变化的曲线。

11、根据一种可行性实施方式，环境温度与理想阳极尾排阀驱动电流之间的关系曲线为单调变化的曲线，其中在一定的温度范围内，随着环境温度的增大，阳极尾排阀驱动电流单调地减小。作为示例，所述单调变化的曲线可以为线性变化的曲线。

12、根据一种可行性实施方式，所述温度阈值可以在0摄氏度与5摄氏度之间，所述第一电流范围与所述第三电流范围可以相同(优选相同)，即均为1a(安培)～2.5a，所述第二电流范围可以为3a～3.5a。

13、根据一种可行性实施方式，所述方法可以借助于预先存储在所述燃料电池系统的控制器中的控制程序来实施，和/或可以通过设定高低边驱动电流的方式对所述阳极尾排阀驱动电流进行控制。

14、从以上描述中可以看出，本申请提出了一种可以根据使用环境以及实际需要等可变地控制阳极尾排阀驱动电流(例如可基于环境温度或电堆出口温度)的方法，其可以将阳极尾排阀驱动电流始终保持在适宜的范围内，并由此能够以简便、可靠、低成本的方式克服如前所述的现有技术中存在的问题。

技术特征：

1.一种控制阳极尾排阀驱动电流的方法，其适于对燃料电池系统中的阳极尾排阀的驱动电流进行控制，并包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的控制阳极尾排阀驱动电流的方法，其中，所述方法还包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的控制阳极尾排阀驱动电流的方法，其中，

4.根据权利要求3所述的控制阳极尾排阀驱动电流的方法，其中，所述电堆出口温度为电堆出口燃料气体温度、电堆出口空气温度或电堆出口冷却液温度。

5.根据权利要求3所述的控制阳极尾排阀驱动电流的方法，其中，

6.根据权利要求5所述的控制阳极尾排阀驱动电流的方法，其中，电堆出口温度与理想阳极尾排阀驱动电流之间的关系曲线为单调变化的曲线，其中在一定的温度范围内，随着电堆出口温度的增大，阳极尾排阀驱动电流单调地减小。

7.根据权利要求5所述的控制阳极尾排阀驱动电流的方法，其中，环境温度与理想阳极尾排阀驱动电流之间的关系曲线为单调变化的曲线，其中在一定的温度范围内，随着环境温度的增大，阳极尾排阀驱动电流单调地减小。

8.根据权利要求6或7所述的控制阳极尾排阀驱动电流的方法，其中，所述单调变化的曲线为线性变化的曲线。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的控制阳极尾排阀驱动电流的方法，其中，所述温度阈值在0摄氏度与5摄氏度之间，所述第一电流范围与所述第三电流范围相同，均为1a～2.5a，所述第二电流范围为3a～3.5a。

10.根据权利要求1至7中任一项所述的控制阳极尾排阀驱动电流的方法，其中，

技术总结
本申请涉及一种控制阳极尾排阀驱动电流的方法，其包括以下步骤：响应于燃料电池系统启动请求，检测燃料电池系统的环境温度；当环境温度大于预定的温度阈值时，进入常温启动模式，其中可变地控制阳极尾排阀驱动电流并将其控制在相对较低的第一电流范围内；或者当环境温度小于或等于预定的温度阈值时，进入低温启动模式，其中可变地控制阳极尾排阀驱动电流并将其控制在相对较高的第二电流范围内。此外，可选地，当检测到燃料电池系统启动成功进入运行状态时，可变地控制阳极尾排阀驱动电流并将其控制在相对较低的第三电流范围(其与第一电流范围相同或不同)内。本申请能够以简便、可靠、低成本的方式克服现有技术中存在的问题或缺陷。

技术研发人员：李艳,杨国鹏,王军华
受保护的技术使用者：博世氢动力系统(重庆)有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23