[发明专利]一种燃料电池系统冷启动失败保护电堆的控制策略

说明书

本发明公开了一种燃料电池系统冷启动失败保护电堆的控制策略。包括单次冷启动失败累积时间超限退出冷启动的控制策略和冷启动失败累积次数超限触发警告的控制策略，两种控制策略逻辑类似，以单次冷启动失败累积时间超限退出冷启动的控制策略为例，其有如下步骤：S1：判断冷启动状态，当冷启动成功时，则冷启动失败状态置0，进入步骤S4；当冷启动失败时，冷启动失败状态置1，进入步骤S2。本发明旨在解决现有燃料电池冷启动失败累积时间越长，水结成冰的含量会越多，对电堆造成的潜在危害，以及冷启动失败次数累积到一定数值时，将对电堆产生永久性的损坏等问题。

技术领域

本发明涉及燃烧电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池系统冷启动失败保护电堆的控制策略。

背景技术

随着世界能源储量的持续紧张，近几年来，环境问题的不断显现，开发和利用清洁能源成已经为了社会各界关注的一个热点。在众多清洁能源中，燃料电池凭借其适应性广及运行中不涉燃烧等特点而被认为具有广阔的发展前景。燃料电池是一种可以直接将燃料及氧化剂中的化学能直接转化为电能的装置。由于这样的转化过程不涉及燃烧，而且减少了能量形式转化的次数，因此可以突破卡诺循环的限制而获得更高的效率，可达普通内燃机的数倍。同时，燃料电池运行时排放及污染很低、安静无噪声，可采用的燃料种类丰富，具有很大的发展及应用前景。

低温冷启动是影响燃料电池汽车商业化的主要因素之一，是指燃料电池汽车可在0℃以下的温度中成功启动，并可将燃料电池内部温度迅速提升至70-80℃以满足正常运行的性能。在燃料电池低温冷启动过程，燃料电池内的水结冰不仅影响反应速率、阻碍反应进行，而且会在燃料电池中产生不平衡的应力，当冰的体积随着融化而变小时，冰的相变应力逐渐消失，燃料电池中不平衡应力的重复产生和消失将在一定程度上损害电堆组件的结构和性能，进而造成燃料电池系统性能的衰减和寿命的降低。

现有技术虽然通过加热电堆等策略对于提高燃料电池低温冷启动性能已有显著成效，如中国专利(CN111106367A)：利用对加热加湿器的控制对燃料电池电堆内部加湿加热，避免由于水的快速排出导致燃料电池内部过于干燥而影响电池的性能，并利用氧气的快速循环加快燃料电池电堆的温升，降低燃料电池电堆达到最佳工作温度的时间，提高电池的性能。

还有中国专利(CN110429303A)：在对氢燃料电池加载之前，先以预设小电流进行预热，利用该预热过程中的电化学反应产生的热量使质子交换膜上冰霜融化，防止冰霜影响氢燃料电池的启动速度，以及避免过低温度造成单节燃料电池电压过低而造成冷启动失败，从而提高冷启动成功率。

以上现有方案的缺点是不能保证100％的冷启动成功率，且仍然存在冷启动失败的情况，并且冷启动失败累积时间越长，水结成冰的含量会越多，对电堆造成的潜在危害就越大；此外，单次冷启动失败或许对电堆性能影响较小，但是冷启动失败次数累积到一定数值时，将对电堆产生永久性的损坏。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种燃料电池系统冷启动失败保护电堆的控制策略，旨在解决现有燃料电池冷启动失败累积时间越长，水结成冰的含量会越多，对电堆造成的潜在危害，以及冷启动失败次数累积到一定数值时，将对电堆产生永久性的损坏等问题。

本发明采取以下技术方案实现上述目的：

一种燃料电池系统冷启动失败保护电堆的控制策略，包括单次冷启动失败累积时间超限退出冷启动的控制策略，其有如下步骤：

S1：判断冷启动状态，当冷启动成功时，则冷启动失败状态置0，进入步骤S4；当冷启动失败时，冷启动失败状态置1，进入步骤S2；

S2：单次冷启动失败累积时间为本次单次冷启动失败单位时间与之前单次冷启动失败累积时间累加；