一种氢氧燃料电池紧急停机控制方法与流程

本发明属于燃料电池领域，尤其涉及一种氢氧燃料电池紧急停机控制方法。

背景技术：

1、采用清洁能源取代化石能源为汽车提供动力是一项重要决策，纯电动和混合动力汽车可以适当替代传统燃油汽车。然而，混合动力汽车仍然依赖化石燃料，纯电动汽车续航距离有限并且充电时间长。相比之下，燃料电池汽车具有效率高、局部无污染、维护方便等优点，但也存在加氢站设施不完善，燃料电池价格高昂和使用寿命有限等问题，随着技术的进步和革新，燃料电池汽车将越来越广泛的投入应用。

2、目前针对氢氧燃料电池紧急停机的控制相对简单，大多是在紧急停机发生后立即停止氢气回路执行器、空气回路执行器、冷却回路执行器的动作，电堆停止放电。这种控制方式容易造成以下问题：氢气压力过高，积聚在腔体内部难以释放；空气压力过高，积聚在腔体内部难以释放；氢空压差过大，造成质子交换膜局部应力过大导致损伤；氢空压差失控紊乱，造成质子交换膜反复受力损伤；电堆内部电势过高，存在人身安全隐患，且会造成催化剂的损伤；电堆内部温度过高，导致质子交换膜脱水，降低系统性能。

技术实现思路

1、本发明针对现有的氢氧燃料电池在紧急停机时出现的氢空压差失控、电堆电势过高和电堆温度过高等技术问题，提出一种能够有效的控制燃料电池紧急停机过程中的氢氧压差、降低电堆电势及电堆内部温度的氢氧燃料电池紧急停机控制方法。

2、为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种氢氧燃料电池紧急停机控制方法，包括如下步骤：

4、s1、获取紧急停机指令：获取整车控制指令和燃料电池系统故障等级，判断燃料电池是否需要进入紧急停机流程；当整车控制指令＝紧急停机或燃料电池系统故障等级＝3级时进入燃料电池紧急停机控制流程，否则不进入燃料电池紧急停机控制流程；

5、s2、氢空压差控制：氢空压差控制模块控制背压阀等空气回路和排氢阀等氢气回路的执行器的动作，实现紧急停机过程中的氢空压差控制；

6、s3、电堆温度控制：将电堆内的水温快速降低至安全水温以下；

7、s4、控制器休眠控制：获取硬线唤醒信号，并根据唤醒信号判断控制器是否进入休眠及完成控制器下电和休眠动作。

8、作为优选，进入燃料电池紧急停机流程时，先进行参数初始化，具体如下：

9、背压阀参考位置＝当前背压阀位置+10°；

10、空压机转速设定0rpm；

11、组合阀开度设定100°；

12、排氢频率设定每1秒开启0.75秒；

13、水泵转速设定3000rpm；

14、氢泵控制模式＝启动；氢泵转速设定2000rpm；

15、dcf使能有效；dcf输入预充继电器闭合；

16、设定氢空压力跟随；目标氢空压差5kpa。

17、作为优选，所述氢空压差控制模块实现氢空压差控制的布局步骤如下，

18、sa1、排氢阀排氢频率设定每1秒开启0.75秒，目标氢空压差设定5kpa，背压阀设定角度＝背压阀参考位置，组合阀开度设定100°，进入sa2；

19、sa2、判断是否满足氢空压差控制退出条件，若是，进入sa13；若否，进入sa3；

20、sa3、判断氢气入堆压力-空气入堆压力是否大于10kpa，若是，进入sa9；若否，进入sa4；

21、sa4、判断氢气入堆压力-空气入堆压力是否<-5kpa，若是，进入sa5；若否，进入sa1。

22、sa5、排氢频率设定每1秒开启0秒，目标氢空压差设定5kpa，背压阀设定角度＝背压阀参考位置+10°，组合阀开度设定0°，进入sa6；

23、sa6、判断是否满足氢空压差控制退出条件，若是，进入sa13；若否，进入sa7；

24、sa7、判断氢气入堆压力-空气入堆压力是否大于5kpa，若是，进入sa1；若否，进入sa8；

25、sa8、判断氢气入堆压力-空气入堆压力是否大于10kpa，若是，进入sa9；若否，进入sa5；

26、sa9、排氢频率设定每1秒开启1秒，目标氢空压差设定5kpa，背压阀设定角度＝背压阀参考位置-10°，组合阀开度设定100°，进入sa10；

27、sa10、判断氢气入堆压力-空气入堆压力是否大于5kpa，若是，进入sa1；若否，进入sa11；

28、sa11、判断氢气入堆压力-空气入堆压力是否小于-5kpa，若是，进入sa5；若否，进入sa12；

29、sa12、判断是否满足氢空压差控制退出条件，若是，进入sa13；若否，进入sa9；

30、sa13、退出氢空压差控制模块，结束氢空压差控制。

31、作为优选，在氢空压差控制模块运行的同时，通过余氢放电功能控制电堆单体电压，具体为根据预先标定的余氢放电volt-crnt映射表获取dcf的电流值。

32、作为优选，氢空压差控制退出条件为，

33、sb1：氢气入堆压力≤110kpa或cvm最低单体电压<0.2v；

34、或sb2：(空气入堆压力≤115kpa且氢气入堆压力≤125kpa)或cvm最低单体电压<0.2v。

35、作为优选，针对sb1和sb2两种判断氢空压差控制模块退出条件，其后续处理流程也不同，其目的是为了防止氢气压力过低导致电堆单体反极的现象出现。其中sb1和sb2的后处理流程如下：

36、当满足sb1退出氢空压差控制步骤时，执行以下处理流程：组合阀开度设定0°，背压阀开度设定90°，hmu关阀，氢泵控制模式＝停止，氢泵转速设定0rpm，氢压控制使能无效，氢气入堆压力设定0kpa，关闭排氢阀，dcf电流设定0a；直至空气入堆压力≤105kpa后跳转电堆温度控制模块；

37、当满足sb2退出氢空压差控制步骤时，执行以下处理流程：启动计时器，组合阀开度设定0°，背压阀开度设定0°，hmu关阀，氢泵控制模式＝停止，氢泵转速设定0rpm，氢压控制使能有效，氢气入堆压力设定110kpa，关闭排氢阀，dcf电流设定值根据余氢放电volt-crnt映射；直至cvm最低单体电压<0.2v或计时≥5s后跳转电堆温度控制模块。

38、作为优选，所述电堆温度控制步骤具体包括以下步骤，

39、sc1、计时器清零，dcf输入预充继电器断开，dcf使能无效，dcf电流设定0a，氢压控制使能无效，氢气入堆压力设定0kpa，背压阀开度设定0°，进入sc2；

40、sc2、判断是否满足冷却液出堆温度<60℃或vcu控制指令＝急停，若是，进入sc5；若否，进入sc3；

41、sc3、开启计时器，水泵转速设定3000rpm，ecv开启大循环，风扇使能有效，冷却液出堆温度设定60℃，进入sc4；

42、sc4、判断是否满足计时≥60秒或冷却液出堆温度＜65℃；若是，进入sc5；若否，进入sc3；

43、sc5、计时器清零，水泵转速设定0rpm，ecv开启小循环，风扇使能无效，冷却液入堆温度设定0℃，进入sc6；

44、sc6、延时1秒，进入sc7；

45、sc7、控制dcf输出预充继电器断开，进入sc8；

46、sc8、电堆温度控制流程完成，并将电堆温度控制流程完成标志位置为有效，退出电堆温度控制模块。

47、作为优选，所述控制器休眠控制步骤具体包括以下步骤，

48、sd1、通过开关量信号采集的方式，实时获取硬线唤醒信号，若唤醒信号在线，则开关量采集信号＝1；若唤醒信号丢失，则开关量采集信号＝0，进入sd2。

49、sd2、判断硬线唤醒信号是否丢失，若是，进入sd3；若否，进入sd1；

50、sd3、完成控制器下电动作并进入控制器休眠状态。

51、与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

52、1、本氢氧燃料电池紧急停机控制方法能够有效的将紧急停机过程中的氢空压差控制±10kpa以内，这可以有效的避免氢空压差过大对质子交换膜造成的应力损伤、机械疲劳和电堆反极现象的出现。

53、2、本氢氧燃料电池紧急停机控制方法通过余氢放电功能有效的降低了在紧急停机过程中的电堆电势，避免电堆电势过高对人身安全造成的危险和对电堆内部催化剂造成的损伤。

54、3、本氢氧燃料电池紧急停机控制方法在紧急停机过程中能够有效的降低电堆内部温度，避免了因电堆内部温度过高导致质子交换膜脱水的现象出现。

55、4、本氢氧燃料电池紧急停机控制方法对质子交换膜和催化剂实现了有效的保护，这能够显著的提高燃料电池的耐久性。