[发明专利]一种燃料电池系统及其待机控制方法

说明书

本发明涉及一种燃料电池系统及其待机控制方法。所述燃料电池系统包括燃料电池电堆、空气压缩机、分流装置、背压阀、供氢回氢总成、分水排氢总成和升压DC/DC转换器；所述燃料电池电堆包括阳极室和阴极室，所述燃料电池电堆上连接有升压DC/DC转换器，所述空气压缩机的出口分别与阴极室入口和背压阀出口流体连接，所述背压阀的入口与阴极室出口连接；所述燃料电池电堆的阳极室入口和阳极室出口分别与所述供氢回氢总成和分水排氢总成连接，所述分水排氢总成的排氢出口与供氢回氢总成的入口连接。所述待机控制方法解决了正常关机流程经历时间长且影响燃料电池电堆使用寿命的问题。

技术领域

本发明涉及电动汽车技术领域，具体涉及一种燃料电池系统及其待机控制方法。

背景技术

燃料电池是一种直接将燃料的化学能转化为电能的装置，被誉为是继水力、火力、核电之后的第四代发电技术，具有效率高、排放少、无污染和燃料多样化的特点，在汽车、飞机、潜艇、通讯等领域有广泛的应用前景，尤其在汽车领域，燃料电池汽车具有零排放、加注快、长续航等优点，被誉为新能源汽车未来的重要发展方向。

燃料电池经氢氧反应输出电能，是电化学反应、气体传递、质子传递和电子传导等串联的过程，气体和质子传递速度远低于电子传导速度，导致其不能实时响应整车功率需求，需要动力总成系统搭配一个储能装置(一般是动力电池)进行“削峰填谷”的功率补偿与制动能量回收。在实际道路行驶过程中，车辆会经历频繁的启停。在正常情况下，少量的空气与氢气供应至燃料电池电堆从而产生功率输出，通常用于给动力电池充电或电加热装置加热，当动力电池SOC达到上限时或不需要电加热装置加热时，则需切断燃料电池电堆对外功率输出，正常的关机流程需要经历的时间较长，且对燃料电池电堆寿命存在影响。

CN1832872A公开了一种燃料电池系统和装有该燃料电池系统的电动车辆，所述燃料电池系统，包括燃料电池、蓄电装置和用于从所述燃料电池和所述蓄电装置向负荷供给电功率的电功率供给装置。在该燃料电池系统中，所述电功率供给装置包括用于在所述负荷所需要的电功率量小于基准值时停止所述燃料电池的运行，并且在所述负荷所需要的电功率量等于或大于该基准值时启动已停止运行的所述燃料电池的间歇运行装置，和用于根据运行已经停止的所述燃料电池中的内部电动势调整所述基准值的阈值调整装置。所述电动车辆可以提高整个燃料电池系统的效率，并且可以提高车辆的响应性，但没有将空气压缩机(可简称空压机)频繁启停的耐久可行性考虑在内。

CN101800324A公开了一种在备用/再生模式中操作燃料电池系统的方法。具体地，提供了一种在系统空闲情形期间将燃料电池系统置于备用中以改善系统燃料效率的系统和方法。该方法可以包括：将阴极气流引导绕过电池组，使来自阴极空气压缩机的空气流输出减小到最小的可容许设定点；断开电池组主接触器，使该电池组与高压汇流排断开连接并使电池组与系统的其余部分电隔离；将独立负载(例如，该电池组内的端电池加热器)接合至电池组以抑制电池组电压；在燃料电池组的阳极侧维持正压力，并且周期地使阳极向排气流放气。当产生了系统功率请求去除了空闲情形时，通过将空气压缩机空气流引导回到阴极并且当达到开路电压时打开电池组接触器，从而系统返回到正常操作。但该发明中燃料电池空气压缩机仍需在怠速转速下保持燃料电池输出，持续消耗电能。

CN107437627A公开了一种燃料电池推进系统的基于效率的待机模式，公开了用于在待机模式下操作燃料电池系统的系统和方法。该方法包括基于燃料电池电堆和电池功率优化而确定功率极限值，其中如果系统功率请求低于功率极限值，则系统将进入待机模式。系统首先进入动态待机模式，其中燃料电池电堆关闭并且向电池堆的阴极侧提供阴极空气的空气压缩机在怠速下操作。该方法通过在动态待机模式期间在怠速下操作空气压缩机而累计识别已消耗多少能量的空气压缩机功率值，然后切换至静态待机模式，其中当累计的空气压缩机功率值达到识别启动空气压缩机所花费的能量的量的空气压缩机重启能量值时空气压缩机关闭。该发明工况的系统待机控制，可以通过比较怠速空气压缩机累计消耗的能量与启动空气压缩机所需能量，切换静态待机与动态待机模式，但本专利仍没有考虑空气压缩机频繁启停的耐久可行性。