訂閱
糾錯
加入自媒體

豐田專利解讀 | 低溫啟動凍結檢測及控制策略

在啟動燃料電池系統時,若檢測到燃料電池堆的溫度在零度以下,需要檢測燃料電池系統中是否存在凍結部分,同時控制裝置改變啟動策略,將正常啟動切換為低溫啟動,并通過快速預熱操作(低效率發電),使電堆溫度上升至零度以上。

在進行凍結部分檢測時,尤其是針對陽極循環流路的壓力傳感器凍結檢測時,現有技術采取將氫循環泵打開,使其旋轉產生壓力波動,讓凍結檢測更加準確。但是此種方式未對陽極流路中是否存在其他凍結部分進行檢測,且當氫循環泵凍結時,此種方法難以奏效。

另外,在氫循環泵打開的情況下進行快速預熱操作,若陽極流路存在凍結,隨著氧化氣體的供應,電堆內的氫氣被逐漸消耗、氮氣積累變多,可能出現由于氫氣不足導致負電壓產生、電堆無法啟動的現象。為避免上述情況的發生,現有技術在快速預熱操作中采取關閉陽極氫循環閥以提高燃料電池可啟動性,但是此種方式沒解決因氫氣缺乏導致負電壓產生而引起的MEA劣化、電堆性能下降的問題。

豐田專利解讀 | 低溫啟動凍結檢測及控制策略

CN102804469B-燃料電池系統圖

基于此,CN102804469B提出了一種燃料電池系統及該燃料電池系統的啟動正時控制方法,可判定陽極氣體流路中是否存在因水凍結而堵塞的情況,若存在堵塞,在快速預熱運轉中使氫循環泵停止,并根據堵塞情況來改變快速預熱運轉的結束條件,從而有效兼顧防止電堆耐久性的下降。

豐田專利解讀 | 低溫啟動凍結檢測及控制策略

CN102804469B-低溫啟動控制邏輯圖

在用戶啟動燃料電池車輛時,控制裝置7判斷燃料電池系統是否存在結冰可能性:當燃料電池系統各部溫度小于閾值溫度T1時或者測得外部大氣溫度小于閾值溫度T2時,則說明燃料電池系統存在結冰可能;反之,則說明燃料電池可常溫啟動。

若控制裝置7檢測到存在結冰可能性時,進一步判斷陽極流路是否堵塞嚴重。控制裝置7控制氫循環泵24以預設轉速進行旋轉,然后檢測氫循環泵24的實際旋轉情況,若氫循環泵24不旋轉、旋轉偏差大或者旋轉功耗大,則可判定氫循環泵24未正常旋轉,從而得出陽極流路堵塞嚴重。若氫循環泵24正常旋轉,則進一步判斷電堆內單電池中是否存在堵塞情況。

豐田專利解讀 | 低溫啟動凍結檢測及控制策略

當判斷陽極流路堵塞嚴重時,開始進行(冰點溫度下)陽極無循環啟動,此時將氫循環泵24設為停止狀態,并在增加陽極壓力的狀態下(增加吹掃頻率)進行快速預熱操作,利用壓力和熱能消除因水結冰而引起的陽極流路堵塞。本方案中,快速預熱操作為低效率發電,具體采用的是反應氣體饑餓法升溫預熱,通過減小陰極氧化氣體的供應(間歇進行,將空氣化學計量比設置在1.0以下),使陰極形成短暫的饑餓狀態,以形成負電壓,使電堆在一定的負載下產熱,從而讓電堆的溫度升高,且不損傷MEA。當電堆溫度上升至預設溫度T3或者氫循環泵24溫度上升至預設溫度T4時,可認為陽極流路的堵塞在一定程度上得到消除,此時可使氫循環泵24開始運轉。當燃料電池溫度繼續上升至預設溫度T5時,燃料電池可正常運轉。

當陽極流路未發生嚴重堵塞時,需要進一步判斷電堆內單電池是否存在堵塞。

燃料電池進行快速預熱操作,在預熱過程中,需要對電堆電壓進行檢測,若在t1時間內,電堆電壓減小到負電壓V1以下,則認為燃料電池不能繼續啟動并顯示警告。若在t2時間后(t2>t1),監測到的電堆電壓降低至負電壓V2以下,則可判定電堆內部分單電池存在堵塞;反之,則說明電堆內未發生堵塞,可繼續通常冰點以下啟動,當電堆溫度上升至預設溫度T9時,可燃料電池可正常運轉。

當判斷電堆內部分單電池存在堵塞時,此時進行(冰點溫度下)陽極無循環啟動,此時停止氫循環泵運轉,并隨著陽極壓力的增加(吹掃頻率的增加)而進行快速預熱操作,當燃料電池電堆溫度上升至預設溫度T6或者氫循環泵24溫度上升至預設溫度T7時,重新使氫循環泵旋轉。當燃料電池電堆溫度繼續上升至預設溫度T8時,此時燃料電池可正常運轉。

另外,當在冰點以下起動時,陽極流路發生堵塞通常是因為在上次停機時吹掃未充分進行造成的。為了避免陽極流路發生堵塞,需要采用更長時間的吹掃運轉或者根據阻抗測定殘余水量改變阻抗閾值等手段。

例如,當控制裝置7接收到燃料電池系統運轉結束指令時,診斷此時燃料電池的水分狀態。水分狀態診斷可通過測定燃料電池的阻抗來確定:控制裝置7以預定的采樣率對電壓傳感器72和電流傳感器73檢測到的FC電壓、電流進行采樣,并在實施傅里葉變換處理后計算得出燃料電池2的阻抗;將計算所得阻抗和控制裝置預先存儲的與干燥狀態相對應的阻抗值進行比較,以診斷燃料電池水分狀態。

若診斷出水分含量高,使用長時間吹掃運轉去除水分可能會面臨二次電池供能不足的情形。因此,可以通過提高燃料電池的阻抗值,使燃料電池產生更多的熱量以提高電堆溫度,從而減少燃料電池含水量,這樣即使吹掃供給電力較少時也能使干燥掃氣操作達到所需效果。

聲明: 本文由入駐維科號的作者撰寫,觀點僅代表作者本人,不代表OFweek立場。如有侵權或其他問題,請聯系舉報。

發表評論

0條評論,0人參與

請輸入評論內容...

請輸入評論/評論長度6~500個字

您提交的評論過于頻繁,請輸入驗證碼繼續

暫無評論

暫無評論

文章糾錯
x
*文字標題:
*糾錯內容:
聯系郵箱:
*驗 證 碼:

粵公網安備 44030502002758號

电竞投注竞彩app