[发明专利]用于燃料电池发动机的变载装置及其变载方法

说明书

本发明提供了一种用于燃料电池发动机的变载装置，属于氢燃料电池技术领域，解决了现有燃料电池变载过程中局部欠气、无法保证稳定运行的问题。该装置包括：气体流量传感器，用于测量发动机进气口处的实时气体流量；电流传感器，用于测量燃料电池的实时输出电流；空气压缩控制设备，用于根据用户的变载指令启动后，判断是否发生跨工况变载；以及，根据变载类型确定启动时刻之后的目标气体流量，控制空气压缩机以超过目标气体流量的进气速度进行响应，并且，在上述响应过程中，识别达到目标气体流量的初始时刻，获取每一初始时刻燃料电池的输出电流，判断变载过程是否稳定，如果不稳定，进行补充响应，直到稳定后调整至变载目标对应的气体流量。

技术领域

本发明涉及氢燃料电池技术领域技术领域，尤其涉及一种用于燃料电池发动机的变载装置及其变载方法。

背景技术

随着氢燃料电池技术的应用，燃料电池集中于大功率方向发展。实际应用场景下，燃料电池需要与整车电池进行匹配，需要结合整车的需求功率进行相应的功率响应。在部分使用场景下，燃料电池发动机需要从怠速点进行大幅度变载到额定工作点，变载幅度大，响应时间短，要求在变载过程中，燃料、氧化剂和冷却系统密切配合达到变载成功的目的。但氢气体的供应，受限于气体扩散速率和空气供应系统响应的制约，一般会有较长时间的延迟效应，会造成燃料电池局部欠气，从而影响燃料电池的性能和寿命，不利于燃料电池发动机的稳定运行。

当前技术条件下，燃料电池变载会提出预先供气的变载策略，即让燃料和氧化剂的供应优先于工况点，避免局部欠气的产生。但变载过程中，虽然空气侧气量能够预先给到目标气量，从实测数据上看，受限于空压机本体的响应和气体的扩散，气体仍然存在较长的供应滞后时间，该滞后会造成局部欠气，影响燃料电池性能和寿命；气体虽然能够提前供应，但随着电密点的提升，其计量比也会逐渐下降，结合气体的滞后效应，目标工况点的空气计量比会低于燃料电池发动机的预设计量比，仍然会造成局部欠气和性能的衰减。

发明内容

本发明实施例旨在提供一种用于燃料电池发动机的变载装置及变载方法，用以解决现有燃料电池变载过程中局部欠气、无法保证稳定运行的问题。

一方面，本发明实施例提供了一种用于燃料电池发动机的变载装置，包括：

气体流量传感器，设置于燃料电池发动机的进气口处，用于测量布设位置的实时气体流量，发送至空气压缩控制设备；

电流传感器，设置于燃料电池的输出端，用于测量燃料电池的实时输出电流，发送至空气压缩控制设备；

空气压缩控制设备，用于根据用户的变载指令启动后，判断是否发生跨工况变载；以及，如果发生，根据变载指令中的变载目标确定启动时刻之后多个不同时刻的目标气体流量，控制空气压缩机在每一所述不同时刻以超过对应目标气体流量的进气速度进行响应，如果未发生，识别实时气体流量与当前工况目标气体流量的差异，根据所述差异控制空气压缩机进行相应的响应；并且，在上述响应过程中，识别气体流量传感器测得每一目标气体流量的初始时刻，获取每一初始时刻燃料电池的输出电流，判断变载过程是否稳定，如果不稳定，控制空气压缩机在该时刻进行补充响应，直到稳定后调整当前气体流量至变载目标对应的气体流量。

上述技术方案的有益效果如下：现有的变载控制方法均为电堆要求计量比即变载目标计量比的策略，未能充分考虑到空气扩散效应和空压机响应迟滞所带来的流量滞后，存在流量欠缺的情况，即造成部分欠气，欠气对于电堆的性能和寿命都存在巨大的影响。上述技术方案充分考虑到了空气的扩散效应和空压机的响应迟滞，设定变载过程中的计量比（气体流量）高于电堆要求的目标计量比（目标气体流量），计量比升高后，带来了空气流量的提高，能够有效地减缓气体扩散和空压机响应迟滞带来的欠气现象，保证了燃料电池发动机的性能和寿命。

基于上述装置的进一步改进，该变载装置还包括设置于燃料电池中空气入堆管路内的氧浓度传感器；

所述氧浓度传感器，用于实时检测入堆管路内空气中的氧浓度，发送至所述空气压缩控制设备；