[发明专利]燃料电池系统及其控制方法

说明书

本发明涉及燃料电池空压机控制技术领域，特别是燃料电池系统及其控制方法。该系统包括燃料电池电堆、空压机、控制器和设置于燃料电池电堆出气管路上的节气门，空压机通过供气管路向燃料电池电堆中供给空气；控制器的输出端连接空压机和节气门，控制器的输入端采集相应的信号，燃料电池启机时，控制节气门全开且以第一设定转速启动空压机，当需要开机吹扫时，在第一设定时间后调整空压机转速为第二设定转速；当燃料电池关机时，若控制器判断需要关机吹扫，则控制节气门全开，并在第一设定时刻后调整空压机转速为第一设定转速值，保证了在启机和关机阶段中空压机转速和背压相匹配，解决了空压机在启机和关机阶段发生喘振的问题。

技术领域

本发明涉及燃料电池空压机控制技术领域，特别是燃料电池系统及其控制方法。

背景技术

燃料电池是一种将储存在氢燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。由于其发电过程中不涉及氢氧燃烧，因而不受卡诺循环的限制，能量转化效率高、环境友好的优点，同时，燃料电池还具有可在室温快速启动、无电解液流失、比功率和比能量高等突出特点。基于以上优点，燃料电池作为新一代发电技术，将具有广泛的应用前景。

现有燃料电池的氧化剂多采用空气，在空气系统中，空气经过空压机压缩泵入空气管路，流经膜增湿器后湿度提高，进入电堆阴极参与反应，电堆阴极排出的气体通过排气管道排入大气。有中国专利公告号为CN101615686B公开了一种燃料电池系统中的自适应压缩机喘振控制，其是一种针对在保证空压机最大效率的过程中避免空压机出现喘振现象的方法。

然而，燃料电池系统在开机阶段和关机阶段状态切换的过程中空压机转速和系统目标压力会发生变化，且在燃料电池运行过程中，如果出现燃料电池单片电压低的情况，为排除阴极流道中聚集的液态水，空气系统将立即产生一个目标压力扰动和目标转速扰动，这种压力和转速的变化处理不好将导致空压机喘振现象，影响空压机的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是提供燃料电池系统及其控制方法，用以解决燃料电池开关机阶段切换过程中空压机转速和系统目标压力变化处理不当导致空压机喘振的问题。

为了有效地保证在状态切换为正常运行的过程中空压机转速和背压相匹配，防止空压机在启机阶段发生喘振现象，本发明提供一种燃料电池系统，包括燃料电池电堆、空压机、控制器和设置于燃料电池电堆出气管路上的节气门，所述空压机通过供气管路向所述燃料电池电堆供给空气，所述控制器的输出端连接所述空压机和所述节气门，当燃料电池启机时，所述控制器控制所述节气门全开且以第一设定转速启动空压机；当所述控制器判断需要开机吹扫时，在第一设定时间后调整空压机转速为第二设定转速，在燃料电池启机时通过时序控制节气门和空压机，使燃料电池启机到正常运行切换过程中空压机转速和背压相匹配，保证了空压机不会发生喘振，提高空压机的使用寿命。

为了满足车辆对燃料电池系统的需求，进一步地，当控制器判断不需要开机吹扫时，在以第一设定转速启动空压机的第二设定时间后所述控制器根据整车需求控制空压机的转速。

为了既减少吹扫时间又防止空压机过载，进一步地，所述第二设定转速为空压机的额定转速。

为了使燃料电池在正常运行时不发生喘振，进一步地，在燃料电池正常运行时，所述控制器根据阴极流道中的液态水量判断需要进行吹扫时，控制所述空压机使目标压力小于目标压力限定值，所述目标压力限定值为根据当前目标转速和空压机的喘振曲线得到。

为了准确判断在燃料电池正常运行中是否需要吹扫，进一步地，所述阴极流道中的液态水量判断为根据燃料电池单片电压计算得出。

为了准确得到目标压力限定值，进一步地，所述目标压力限定值的计算方法如下：

1)根据当前目标转速和空压机的喘振曲线得到的对应当前目标转速的最高入堆空气压力；

2)所述最高入堆空气压力减去设定安全压力得到的压力值即为所述目标压力限定值。