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一种氢燃料电池低温冷启动方法及系统


技术摘要:
本发明公开了一种氢燃料电池低温冷启动方法及系统,该方法包括:设定燃料电池目标升温速率和目标温度;根据目标升温速率计算目标输出电流;计算目标空气流量和目标氢气流量;在PTC对燃料电池冷却系统进行加热时启动燃料电池;通过调节空压机转速以达到所述目标空气流量  全部
背景技术:
车用燃料电池必须经受反应气污染、启停、冷启动、高电位和高负荷等复杂环境考 验,其中冷启动是燃料电池汽车高寒环境运行的最大挑战。 目前常用的启动方法是直接通过车载PTC将燃料电池的散热系统的水进行加热, 但是该方法存在散热系统的水较多,从而耗费时间较长的问题。
技术实现要素:
为了解决上述技术问题,本发明目的之一在于提供一种可以实现在高寒环境快速 启动的氢燃料电池低温冷启动方法,其采用如下技术方案: 一种氢燃料电池低温冷启动方法,其包括: 设定燃料电池目标升温速率和目标温度; 根据目标升温速率计算目标输出电流; 在PTC对燃料电池冷却系统进行加热时启动燃料电池; 计算目标空气流量和目标氢气流量; 通过调节空压机转速以达到所述目标空气流量; 通过调节比例阀以达到所述目标氢气流量; 当燃料电池温度达到所述目标温度后,将空气流量和氢气流量配比调节至正常输 出功率对应值。 作为本发明的进一步改进,所述根据目标升温速率计算目标输出电流,具体包括: 根据目标升温速率计算升温需求热功率; 根据升温需求热功率和需求输出功率得到总需求功率; 根据总需求功率计算目标输出电流。 作为本发明的进一步改进,所述计算目标空气流量,具体包括: 根据目标输出电流计算目标输出电压; 根据燃料电池温度和所述目标输出电流查询燃料电池参照极化曲线,得到燃料电 池在参照工作条件下的参照输出电压; 根据所述参照输出电压和目标输出电压之差计算浓差过电势; 根据浓差过电势查询燃料电池浓差过电势空气配给流量表,得到过量空气系数; 根据所述目标输出电流和过量空气系数计算得到目标空气流量。 作为本发明的进一步改进,所述计算目标氢气流量,具体包括:根据以下公式计算 得到目标氢气流量; 4 CN 111613811 A 说 明 书 2/5 页 其中,QH2为目标氢气流量,IFC为目标输出电流,St可通过查询燃料电池工况特性 氢气流量标定参数表得到。 作为本发明的进一步改进,上述设定燃料电池目标升温速率和目标温度,之前还 包括: 检测环境温度是否满足低温冷启动要求,若是则进行低温冷启动,否则正常启动。 本发明的目的之二在于提供一种可以实现在高寒环境快速启动的氢燃料电池低 温冷启动系统,其采用如下技术方案: 一种氢燃料电池低温冷启动系统,其特征在于,包括: 设定模块,用于设定燃料电池目标升温速率和目标温度; 第一计算模块,用于根据目标升温速率计算目标输出电流; 第二计算模块,用于计算目标空气流量和目标氢气流量; 启动模块,用于在PTC对燃料电池冷却系统进行加热时启动燃料电池 第一调节模块,用于通过调节空压机转速以达到所述目标空气流量; 第二调节模块,由于通过调节比例阀以达到所述目标氢气流量; 所述第一调节模块和第二调节模块还用于当燃料电池温度达到所述目标温度后, 将空气流量和氢气流量配比调节至正常输出功率对应值。 作为本发明的进一步改进,所述根据目标升温速率计算目标输出电流,具体包括: 根据目标升温速率计算升温需求热功率; 根据升温需求热功率和需求输出功率得到总需求功率; 根据总需求功率计算目标输出电流。 作为本发明的进一步改进,所述计算目标空气流量,具体包括: 根据目标输出电流计算目标输出电压; 根据燃料电池温度和所述目标输出电流查询燃料电池参照极化曲线,得到燃料电 池在参照工作条件下的参照输出电压; 根据所述参照输出电压和目标输出电压之差计算浓差过电势; 根据浓差过电势查询燃料电池浓差过电势空气配给流量表,得到过量空气系数; 根据所述目标输出电流和过量空气系数计算得到目标空气流量。 作为本发明的进一步改进,所述计算目标氢气流量,具体包括:根据以下公式计算 得到目标氢气流量; 其中,QH2为目标氢气流量,IFC为目标输出电流,St可通过查询燃料电池工况特性 氢气流量标定参数表得到。 作为本发明的进一步改进,还包括: 检测模块,用于检测环境温度是否满足低温冷启动要求,若是则进行低温冷启动, 否则正常启动。 本发明氢燃料电池低温冷启动方法及系统通过设定目标升温速率和目标温度,计 5 CN 111613811 A 说 明 书 3/5 页 算得到目标空气流量和目标氢气流量,并在PTC对燃料电池冷却系统进行加热的同时启动 燃料电池,利用燃料电池的氢气侧和氧气测浓差过电势拉低燃料电池对外输出效率,将尽 可能多的化学能转化为热能用于燃料电池堆本体加热。使得燃料电池迅速暖机,使燃料电 池在最合适的温度区间转换至正常输出功率。 上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段, 而可依照说明书的内容予以实施,并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够 更明显易懂,以下特举较佳实施例,并配合附图,详细说明如下。 附图说明 图1是本发明实施例中氢燃料电池低温冷启动方法示意图。
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