[發明專利]一種氫燃料電池的陰極空氣供給系統控制方法

在審

• 申請號: 202011189742.5
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112290056A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 李昌泉;郝義國;李正輝
• 申請（專利權）人: 武漢格羅夫氫能汽車有限公司
• 主分類號: H01M8/04089
• 分類號: H01M8/04089;H01M8/0438;H01M8/04746;H01M8/04992
• 代理公司: 武漢知產時代知識產權代理有限公司 42238
• 代理人: 孔燦

本發明提供一種氫燃料電池的陰極空氣供給系統控制方法，包括以下步驟：計算當前需要加載的燃料電池電堆電流下的氧氣需求流量；根據氧氣需求流量計算當前需要加載的燃料電池電堆電流下的空氣需求流量；根據空氣需求流量計算空氣壓縮機應該供給燃料電池電堆的空氣流量，之后根據該空氣流量得到空氣壓縮機的轉速，將該轉速設定給空氣壓縮機；根據空氣流量計采集到的空氣流量計算當前空氣流量可以加載的燃料電池電堆電流，比較當前空氣流量可以加載的燃料電池電堆電流與當前需要加載的燃料電池電堆電流的大小，選取兩者中的較小電流值，將該較小電流值設定給DC/DC轉換器。

技術領域

本發明涉及氫能汽車技術領域，尤其涉及一種氫燃料電池的陰極空氣供給系統控制方法。

背景技術

氫能是一類清潔、高效、安全、可再生的能源，是未來能源利用開發的發展方向，反應過程中不涉及燃料的燃燒過程，轉化效率高，在電力、通訊、航天以及交通等領域有著廣泛的應用前景。燃料電池的原理是運用氫氣與氧氣發生的氧化還原反應，將此過程中氫氣和氧氣的化學能轉化為可以為汽車提供動力的電能。氫氣與氧氣的反應過程中，產物為水，綠色環保。整個過程不會像鉛酸電池一樣對環境造成危害。就能量轉化效率而言，燃料電池高于傳統內燃機2-3倍，發電效率更是高達82.9％。中國在新能源汽車方向，相比較于發達國家起步較晚，與汽車工業發達國家有較大差距，但是在燃料電池汽車領域，整體水平與發達國家相當。近年來，中國燃料電池汽車研發進程加速發展，也在與世界各國通力合作。燃料電池中的質子交換膜燃料電池憑借效率高、比功率大、質量輕、腐蝕性小、受CO₂影響較小以及來源廣泛等優勢，最有希望成為電動汽車的動力源。

燃料電池發電系統包括燃料電池電堆、陰極空氣供給系統、陽極氫氣系統、冷卻系統以及各種傳感器等。燃料電池系統的陰極空氣供給系統的穩定對燃料電池系統的穩定運行起到至關重要的作用。燃料電池陰極空氣供給系統在供給電堆空氣時，本身會有一定的滯后性，供給電堆的需求流量需要不斷跟隨負載的功率來變化。當負載突然變化時，燃料電池反應會消耗更多的氧氣，如果空氣供應不足，就會產生“氧氣饑餓”，即電堆陰極供氣不足現象，導致電池輸出電壓的衰退、電堆水淹、損害燃料電池的壽命等不利影響。當空氣流量遠高于需求量時，壓縮機功率消耗(寄生功耗)過大而電堆輸出功率沒有明顯提高，使整個燃料電池系統運行的效率降低。并且溫度對電堆的影響也是非常明顯，溫度通過影響空氣的飽和水蒸氣壓影響濕度，在溫度過低時需要保持高的過氧比，在溫度高時也需要保持一定的過氧比。因此，快速準確地控制空氣流量，使系統過氧比始終保持在理想范圍是使燃料電池汽車的運行滿足工況復雜和負載時刻變化的重要保障。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種能夠考慮到燃料電池過氧比和溫度的氫燃料電池的陰極空氣供給系統控制方法，該控制方法解決了天氣溫度變化對燃料電池陰極空氣系統影響過大的問題，同時保證在這種控制方法下，燃料電池系統能穩定輸出功率，通過使過氧比保持在理想范圍從而避免燃料電池氧氣供應不足產生“饑餓”現象和減小空氣系統的能量消耗，使燃料電池的效率和壽命得到提高，使系統運行過程更加合理。

本發明提供一種氫燃料電池的陰極空氣供給系統控制方法，包括以下步驟：

S1，計算當前需要加載的燃料電池電堆電流I_st下的氧氣需求流量；

S2，根據步驟S1得到的氧氣需求流量計算當前需要加載的燃料電池電堆電流I_st下的空氣需求流量；

S3，根據步驟S2得到的空氣需求流量計算空氣壓縮機應該供給燃料電池電堆的空氣流量，之后根據該空氣流量和空壓機特性數據查圖得到空氣壓縮機的轉速，將該轉速設定給空氣壓縮機；