[發明專利]燃料電池低電流下的壓氣機的控制方法和裝置

有效

• 申請號: 202011456524.3
• 申請日: 2020-12-11
• 公開（公告）號: CN112563544B
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發明（設計）人: 韓愷;王萱宇;李小龍;譚紅霞;冶兆年
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H01M8/04746
• 分類號: H01M8/04746;H01M8/04992
• 代理公司: 北京華夏正合知識產權代理事務所(普通合伙) 11017
• 代理人: 韓登營

本申請提供了一種燃料電池低電流下的壓氣機的控制方法，包括：獲得燃料電池電堆與壓氣機的特性曲線；根據所述特性曲線計算壓氣機的臨界轉速nc、需求電流Ir對應的下限轉速n0；將壓氣機的轉速從臨界轉速nc向下限轉速n0進行調節，且在調節過程中的每個轉速下，調節旁通閥開度和背壓閥開度，且滿足使壓氣機工作在運行區。還相應的提供了控制裝置。本申請應用于燃料電池運行于低電流狀態時，通過調節壓氣機轉速和調節旁通閥與背壓閥開度，實現了避免壓氣機喘振的前提下，盡量降低壓氣機轉速以降低壓氣機功耗，從而提高低電流階段的燃料電池的系統效率。

技術領域

本申請涉及燃料電池技術領域，尤其涉及一種燃料電池低電流下的壓氣機的控制方法和裝置。

背景技術

質子交換膜燃料電池系統是能將反應物化學能通過電化學方式直接轉化為電能的裝置，具備高效率與零排放等優點，被認為是實現未來汽車工業可持續發展的重要方向之一。

燃料電池系統效率主要由燃料電池電堆效率與以壓氣機功率為主的輔助系統功率決定，燃料電池電堆效率又受壓氣機提供空氣的流量、壓力與濕度等參數影響，即燃料電池系統的效率在一定程度上受壓氣機的運行工況影響。

因此，控制燃料電池系統壓氣機的運行工況為燃料電池電堆提供合適流量、壓力與濕度進氣的同時降低壓氣機功率，能提高燃料電池系統效率，尤其是當燃料電池系統進入怠速運行狀態或小負荷運行狀態時，而此時燃料電池系統工作于低電流階段。

當燃料電池系統工作于低電流階段時，其需求空氣流量低，但由于燃料電池電堆流阻大，要求較高進氣壓力，導致目前主流的離心壓氣機運行在喘振區，縮減壓氣機使用壽命。雖然通過提高壓氣機轉速增加進氣壓力與流量能夠避免壓氣機喘振，但存在的技術問題是：這也將導致壓氣機功耗增加，電堆內膜濕潤程度不足，最終使得燃料電池系統效率降低。

下面結合申請公開號為CN109424575A的中國專利申請，對上述技術問題進行說明：

申請公開號為CN109424575A的中國專利申請中，提出了一種帶有旁通支路的燃料電池空氣供給系統，以及相應的空氣供給方法。

可以參考該專利申請的附圖，該旁通支路的燃料電池空氣供給系統的基本結構為：在空氣旁通支路上設有從進口到出口單向流通的空氣側旁路電磁閥，旁通支路進口與壓氣機出口連通，旁通支路出口與尾排管路背壓閥下游連通。

該專利申請同時提供了喘振區域與非喘振區域的分界圖，其設置喘振線+10％的目的是，為了能夠在到達喘振線+10％的左側區域，但是未到達喘振線的左側區域時，即在壓氣機快要進入到喘振區域時，就開始執行避免喘振的操作，進而能夠盡早避免壓氣機進入喘振區域。

其供氣供給的控制原理是：獲取進氣總流量、空壓機的壓比值和所述空壓機的壓力值；在預設喘振線上，查找所述壓比值對應的所述進氣總流量更正值；根據所述進氣總流量和所述進氣總流量更正值，判斷所述空壓機是否工作在預設喘振區域；當判斷出所述空壓機工作在預設喘振區域，根據所述進氣總流量更正值和所述空壓機的壓力值，計算得到空壓機轉速和空氣出口節氣門開度；調節所述空壓機的轉速和空氣出口節氣門的開度，以使所述空壓機工作在非預設喘振區域；同時，根據所述進氣總流量和所述進氣總流量更正值，計算得到支路流量；根據所述支路流量，調節空氣側旁路電磁閥的開度，以使支路空氣排出，這樣，輸入到燃料電池中的空氣量不會改變，保證了燃料電池提供的功率能夠達到整車控制器規定的預設輸出功率。

該方法中，當判斷在預設喘振區時，要調節所述空壓機的轉速和空氣出口節氣門的開度，以使所述空壓機退出預設喘振區域，且要保證燃料電池進氣壓力與流量，則需要提高壓氣機轉速，如上所述，在燃料電池低電流階段則會導致壓氣機功耗增加，使得燃料電池系統效率降低。

發明內容

鑒于現有技術的以上問題，本申請提供一種燃料電池低電流下的壓氣機的控制方法和裝置，以在燃料電池低電流階段降低壓氣機功耗，從而提升該低電流階段的燃料電池的系統效率。