[发明专利]一种燃料电池电堆抛负载控制方法

说明书

本发明公开一种燃料电池电堆抛负载控制方法。该方法为：调取实时工况下燃料电池系统的最小单体电压值，计算目标单体电压与最小单体电压的差值ΔV；判断ΔV是否在安全阈值内，若在安全阈值内，判定为正常状态，否则为处于水淹状态或氢气浓度低；根据ΔV，确定目标抛负载等级，并执行对应的抛负载策略。判断最小单体电压值是否恢复至安全阈值内，若恢复至安全阈值内，FCU发送关闭抛负载指令；若未恢复至安全阈值内，继续执行判断电压差内容；FCU发送关闭抛负载指令。通过本控制方法燃料电池系统既能够及时排水，也可以及时解决单体电压低问题，使其迅速恢复至正常电压范围，从而避免不能正常上电或限功率情况。

技术领域

本发明属于燃料电池系统控制领域，涉及一种燃料电池电堆抛负载控制方法。

背景技术

燃料电池是一种通过电化学反应直接转化为电能的发电装置，由多个单体电池以串联方式层叠组合构成。单体电池由阴阳两个电极以及电解质组成，其中阳极为燃料电极，既发生电化学反应的场所，阴极极为氧化剂电极。燃料电池由电堆、反应剂供给系统、水热管理系统、电控系统和数据采集系统五大组成部分。其中燃料电池中的水淹问题是燃料电池的常见问题，燃料电池堆阳极靠近入口部分电极容易失水干燥，靠近出口部分电极容易水淹的问题。阴极侧水淹导致无充足反应气进入电堆，导致阴极浓差极化增大，而浓差极化会导致燃料电池单体电池出现零电压或低电压的情况。

现有解决因水淹故障而造成单体电压低问题的方法是通过增大气流量进行吹扫去除电堆中积聚的液态水或者打开排水阀进行排水，这些方法都是等解决水淹之后，过低的单体电压自行升压。然而这些方法均存在时间滞后的问题，如果单体电压过低不能迅速恢复至正常电压范围，会出现不能正常上电或限功率情况。因此，需要对燃料电池进行抛负载处理，以降低DC/DC转换器的输出功率。通过主动置抛负载的方法，致使负荷下降，电压就会升高，就可解决单体电压过低的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃料电池电堆抛负载控制方法，燃料电池系统因水淹故障而造成单体电压低问题，通过本控制方法燃料电池系统既能够及时排水，也可以及时解决单体电压低问题，使其迅速恢复至正常电压范围，从而避免因单体电压低造成可能的频繁关机或者不能正常上电或限功率情况。实现单体的稳定性及电池的稳态性，提高燃料电池的性能。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

一种燃料电池电堆抛负载控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）调取实时工况下燃料电池系统的最小单体电压值，计算目标单体电压与最小单体电压的差值ΔV；

（2）判断电压差值ΔV是否在安全阈值内，若在安全阈值内，判定为当前系统所有单体电池电压处于正常状态，否则判定为处于水淹状态、氮气浓度高或者氢气浓度低；

根据电压差值ΔV，确定目标抛负载等级，并执行对应的抛负载方法；具体为：若30mV ＜ ΔV ≤ 70mV时，置一级抛负载，持续周期为T1 ；若70mV ＜ ΔV ≤ 100mV时，置二级抛负载，持续周期为T2 ；若ΔV100mV时，置三级抛负载，持续周期为T3；

（3）在步骤（2）中，满足ΔV100mV时，置三级抛负载同时需要进行排水操作；

（4）判断最小单体电压值是否恢复至安全阈值内，若最小单体电压值恢复至安全阈值内， FCU发送关闭抛负载指令；若最小单体电压值未恢复至安全阈值内，继续执行步骤（2）内容；

（5）向FCU发送关闭抛负载指令。

本发明中，FCU是指燃料电池系统控制器，负责接收系统的控制指令，协调燃料电池系统内的其他控制器和执行器工作。同时，FCU还具有实施监测的功能，它能监测传感器状态，实时诊断整个系统的故障。当FCU收到指令后，燃料系统立即做出响应，驱动相关执行器工作，完成一定动作。

上述方法中，步骤（4）中，若最小单体电压值未恢复至安全阈值内时，设置抛负载的次数限定；若抛负载次数大于n，直接置系统故障，停机；若抛负载次数不大于n，继续执行步骤（2）内容。