燃料电池系统低温启动方法、装置、设备及存储介质与流程

本技术涉及燃料电池，更具体地说，涉及一种燃料电池系统低温启动方法、装置、设备及存储介质。

背景技术：

1、质子交换膜燃料电池是通过氢气与空气中的氧气产生电化学反应产生电能、热能和水的发电装置，燃料电池因其转化效率高、电化学反应过程不产生有害物质、低噪音等优点，被广泛应用于汽车行业。

2、在使用燃料电池时，通常会通过串联的方式将多个燃料电池组合成电堆，并与一套相应的辅助系统整体构成燃料电池系统，当燃料电池系统中的电堆温度低于零度启动时，由于电堆产物为水，产生的水会在电堆内部结冰，电堆内部结冰后，会阻碍反应气体到达催化剂表面，如果电堆不能将液态水及时排出以及在结冰完全堵死电堆内部前及时升温将结冰融化，则会导致低温启动失败。随着燃料电池系统的商业化应用，燃料电池系统的低温启动成为衡量燃料电池系统性能的重要指标，如何实现燃料电池系统低温启动成功依然是一个重大难题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本技术提供了一种燃料电池系统低温启动方法、装置、设备及存储介质，用于解决现有燃料电池系统低温启动方式，无法保证燃料电池系统低温启动成功的问题。

2、为了实现上述目的，现提出的方案如下：

3、一种燃料电池系统低温启动方法，包括：

4、设定燃料电池系统中电堆的电流；

5、确定所述电堆当前时刻的温度；

6、在预设的电流、温度与最小空气路能量三者的第一映射关系中确定所述电堆的电流及所述电堆当前时刻的温度对应的目标最小空气路能量；

7、持续向所述电堆的阳极中通入氢气并基于所述目标最小空气路能量持续向所述电堆的阴极中通入空气，所述目标最小空气路能量为所述空气及所述氢气在所述电堆内反应产生的水全部由所述空气带走时所需空气的动能；

8、在预设的电流、温度与最小瞬时产热量三者的第二映射关系中确定所述电堆的电流及所述电堆当前时刻的温度对应的目标最小瞬时产热量，所述目标最小瞬时产热量为所述水全部由所述空气带走之前保证所述水不结冰时所述电堆应产生的最小瞬时热量；

9、判断所述电堆当前的瞬时产热量是否小于所述目标最小瞬时产热量；

10、若是，按照设定步长增大所述电堆的电流，直至按照增大后的所述电堆的电流所计算的所述电堆当前的瞬时产热量不小于目标最小瞬时产热量时为止，判断所述电堆是否满足预设的低温启动结束条件；

11、若所述电堆不满足所述低温启动结束条件，返回执行上述确定所述电堆当前时刻的温度的步骤；

12、若所述电堆满足所述低温启动结束条件，表征所述燃料电池系统低温启动成功。

13、优选地，所述判断所述电堆是否满足预设的低温启动结束条件之前，还包括：

14、确定整车对所述燃料电池系统的需求功率；

15、若当前时刻所述燃料电池系统的输出功率等于所述需求功率，则判断所述电堆是否满足预设的低温启动结束条件；

16、若当前时刻所述燃料电池系统的输出功率小于所述需求功率，则按照设定步长增大所述电堆的电流，直至按照增大后的所述电堆的电流所得到的当前时刻所述燃料电池系统的输出功率等于所述需求功率时为止，判断所述电堆是否满足预设的低温启动结束条件；

17、若当前时刻所述燃料电池系统的输出功率大于所述需求功率，则按照设定步长增大当前时刻的目标最小空气路能量，并基于增大后的目标最小空气路能量持续向所述电堆内通入空气，直至按照增大后的目标最小空气路能量所得到的当前时刻所述燃料电池系统的输出功率等于所述需求功率时为止，判断所述电堆是否满足预设的低温启动结束条件；

18、优选地，所述电流、温度与最小瞬时产热量三者的第二映射关系的确定过程，包括：

19、基于预设的各电流及各温度分别计算各电流及各温度对应的各最小瞬时产热量q＝n*(1.25-u)*i，其中，n为所述电堆的片数，u为所述电堆分别在各电流及各温度下所允许的最大单体平均电压，i为各电流；

20、建立各电流、各温度及各最小瞬时产热量三者之间的第二映射关系。

21、优选地，所述电堆当前的瞬时产热量的计算过程，包括：

22、计算所述电堆当前的瞬时产热量q＝n*(1.25-u)*i，其中，n为所述电堆的片数，u为所述电堆当前的单体平均电压，i为所述电堆当前的电流。

23、优选地，所述当前时刻所述燃料电池系统的输出功率的确定过程包括：

24、确定当前时刻所述电堆的第一功率；

25、确定当前时刻所述燃料电池系统中除所述电堆外的其他电气零部件所消耗的第二功率；

26、令所述第二功率减去所述第一功率，得到当前时刻所述燃料电池系统的输出功率。

27、优选地，判断所述电堆是否满足预设的低温启动结束条件的过程，包括：

28、判断所述电堆当前时刻的温度是否大于预设的启动结束温度及所述电堆的瞬时产热量的累积值是否大于所述燃料电池系统中系统冷却液及所述电堆从启动开始时的温度升至所述启动结束温度以上所需的热量；

29、若所述电堆当前时刻的温度大于所述启动结束温度且所述电堆的瞬时产热量的累积值大于所述燃料电池系统中系统冷却液及所述电堆从启动开始时的温度升至所述启动结束温度以上所需的热量，则确定所述电堆满足预设的低温启动结束条件。

30、一种燃料电池系统低温启动装置，电流；

31、温度确定单元，用于确定所述电堆当前时刻的温度；

32、目标最小空气路能量确定单元，用于在预设的电流、温度与最小空气路能量三者的第一映射关系中确定所述电堆的电流及所述电堆当前时刻的温度对应的目标最小空气路能量；

33、气体通入单元，用于持续向所述电堆的阳极中通入氢气并基于所述目标最小空气路能量持续向所述电堆的阴极中通入空气，所述目标最小空气路能量为所述空气及所述氢气在所述电堆内反应产生的水全部由所述空气带走时所需空气的动能；

34、目标最小瞬时产热量确定单元，用于在预设的电流、温度与最小瞬时产热量三者的第二映射关系中确定所述电堆的电流及所述电堆当前时刻的温度对应的目标最小瞬时产热量，所述目标最小瞬时产热量为所述水全部由所述空气带走之前保证所述水不结冰时所述电堆应产生的最小瞬时热量；

35、产热量判断单元，用于判断所述电堆当前的瞬时产热量是否小于所述目标最小瞬时产热量；

36、若是，则执行如下电流调整单元的步骤，若否，则执行如下低温启动结束判断单元的步骤；

37、电流调整单元，用于按照设定步长增大所述电堆的电流，并返回执行所述温度确定单元的步骤；

38、低温启动结束判断单元，用于判断所述电堆是否满足预设的低温启动结束条件；

39、若所述电堆不满足所述低温启动结束条件，则返回执行所述温度确定单元的步骤；

40、若所述电堆满足所述低温启动结束条件，则执行如下表征启动成功单元的步骤；

41、表征启动成功单元，用于表征所述燃料电池系统低温启动成功。

42、优选地，还包括：

43、需求功率确定单元，用于确定整车对所述燃料电池系统的需求功率；

44、第一功率调整单元，用于若当前时刻所述燃料电池系统的输出功率等于所述需求功率，则执行所述低温启动结束判断单元的步骤；

45、第二功率调整单元，用于若当前时刻所述燃料电池系统的输出功率小于所述需求功率，则按照设定步长增大所述电堆的电流，直至按照增大后的所述电堆的电流所得到的当前时刻所述燃料电池系统的输出功率等于所述需求功率时为止，执行所述低温启动结束判断单元的步骤；

46、第三功率调整单元，用于若当前时刻所述燃料电池系统的输出功率大于所述需求功率，则按照设定步长增大当前时刻的目标最小空气路能量，并基于增大后的目标最小空气路能量持续向所述电堆内通入空气，直至按照增大后的目标最小空气路能量所得到的当前时刻所述燃料电池系统的输出功率等于所述需求功率时为止，执行所述低温启动结束判断单元的步骤。

47、一种燃料电池系统低温启动设备，包括存储器和处理器；

48、所述存储器，用于存储程序；

49、所述处理器，用于执行所述程序，实现如前述燃料电池系统低温启动方法的各个步骤。

50、一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如前述燃料电池系统低温启动方法的各个步骤。

51、从上述的技术方案可以看出，本技术实施例提供的燃料电池低温启动方法，预先建立了电流、温度与最小空气路能量三者的第一映射关系以及电流、温度与最小瞬时产热量三者的第二映射关系，首先设定燃料电池系统中电堆的电流，并不断增大电堆的电流直至判断出电堆在当前电流以及当前温度下的瞬时产热量不小于在第二映射关系中确定的电堆在当前电流及当前温度下应产生的最小瞬时产热量，得到电堆的最终的电流，而在此过程中，还会时刻根据电堆电流及相应的温度在第一映射关系中确定目标最小空气路能量，并基于确定的目标最小空气路能量持续向电堆内通入空气，根据第一映射关系可知，目标最小空气路能量为其对应的电流及温度下向电堆内通入的空气在电堆内反应产生的水全部由空气带走时空气的动能，根据第二映射关系可知，最小瞬时产热量为上述水全部由上述空气带走之前保证上述水不结冰时电堆应产生的最小瞬时热量，所以当电堆的电流为最终的电流，且温度为最终的电流对应的温度时，会基于此时确定的目标最小空气路能量持续向电堆内通入空气，且此时的瞬时产热量不小于此时电堆应产生的最小瞬时产热量，可以保证此时电堆反应产生的水不在电堆内结冰并能够及时被空气带出，而此后当电堆不满足预设的低温启动结束条件时，还会调整上述最终的电流，以保证此后电堆的瞬时产热量会一直不小于电堆应产生的最小瞬时产热量，并提供对应的最小空气路能量，以使反应水不在电堆内部结冰并全部被空气带走，保证了燃料电池系统的成功启动。

52、进一步地，由于根据电堆的电流及温度确定电堆所需的目标最小空气路能量，并基于确定的目标最小空气路能量向电堆通入空气，所以不需要供给过量的空气路能量，可有效节约燃料电池系统空气路辅件的功耗，提升燃料电池系统启动过程中的能量利用率。