氢燃料电池发电系统的启动控制方法及装置与流程

本技术涉及燃料电池，尤其涉及一种氢燃料电池发电系统的启动控制方法及装置。

背景技术：

1、氢燃料电池作为一种高效、清洁的能源转换技术，在全球能源结构调整和环保意识提升的背景下受到了广泛关注。氢燃料电池的寿命是非常重要的指标，目前，虽然氢燃料电池寿命有了很大提升，但是在氢燃料电池发电系统启动阶段，仍然面临电堆出现氢空界面的情况。氢空界面主要发生在电堆的阳极侧，由于在阳极产生氢空界面，阴极产生高电位造成碳腐蚀，导致催化层结构遭到破坏，从而对电荷传递和传质产生不利影响，并直接影响了电堆的使用寿命。因此，减少及抑制电堆氢空界面的产生对提升氢燃料电池发电系统的寿命具有非常重要的意义。

2、相关技术中，在开机时直接从氢气管路通入氢气，通过加大氢气流量的方式抑制电堆氢空界面的产生。然而，该方法无法识别不同严重程度的氢空界面情况，且未采取不同的控制策略进行有效解决。另外，不能识别氢空界面是否完全得到处理，并且在未解决氢空界面的情况下仍直接启动系统，将影响氢燃料电池发电系统的使用寿命。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本技术提供了一种氢燃料电池发电系统的启动控制方法、装置、电子设备及存储介质。

2、根据本技术的第一方面，提供了一种氢燃料电池发电系统的启动控制方法，包括：

3、启动氢燃料电池发电系统，按照第一氢气进堆流量v1、第一氢气进堆压力p1、第一空气进堆流量v1′、第一空气进堆压力p1′向所述氢燃料电池发电系统中通入氢气和空气，将拉载电流设置为第一拉载电流a1；

4、监测所述氢燃料电池发电系统中电堆的单片电压；

5、若最高单片电压小于第一电压值k1，控制所述氢燃料电池发电系统正常启动；

6、若最高单片电压大于等于第一电压值k1且小于第二电压值k2，将拉载电流设置为第二拉载电流a2，并按照第二氢气进堆流量v2、第二氢气进堆压力p2向所述氢燃料电池发电系统中通入氢气；a2< a1，v2> v1，p2> p1；

7、在运行第一时间段t1后，返回所述按照第一氢气进堆流量v1、第一氢气进堆压力p1、第一空气进堆流量v1′、第一空气进堆压力p1′向所述氢燃料电池发电系统中通入氢气和空气，将拉载电流设置为第一拉载电流a1的步骤；

8、若最高单片电压大于等于第二电压值k2且小于第三电压值k3，将拉载电流设置为第三拉载电流a3，并按照第三氢气进堆流量v3、第三氢气进堆压力p3、第二空气进堆流量v2′、第二空气进堆压力p2′向所述氢燃料电池发电系统中通入氢气和空气；a3< a2，v3>v2，p3> p2，v2′< v1′，p2′< p1′；

9、在运行第二时间段t2后，返回所述按照第一氢气进堆流量v1、第一氢气进堆压力p1、第一空气进堆流量v1′、第一空气进堆压力p1′向所述氢燃料电池发电系统中通入氢气和空气，将拉载电流设置为第一拉载电流a1的步骤；

10、若最高单片电压大于等于第三电压值k3，将电堆设置为开路状态，关闭空压机，将空气进堆流量设置为0，将空气背压阀全部打开，当空气在电堆中的压力等于大气压时关闭背压阀；按照第四氢气进堆流量v4、第四氢气进堆压力p4向所述氢燃料电池发电系统中通入氢气，并将氢气尾排阀门全部打开，在氢气持续通入预设时间段后，将拉载电流设置为第四拉载电流a4；a4< a3，v4> v3，p4> p3；

11、在运行第三时间段t3后，返回所述按照第一氢气进堆流量v1、第一氢气进堆压力p1、第一空气进堆流量v1′、第一空气进堆压力p1′向所述氢燃料电池发电系统中通入氢气和空气，将拉载电流设置为第一拉载电流a1的步骤。

12、可选地，所述第一拉载电流a1为50a，所述第二拉载电流a2为40a，所述第三拉载电流a3为20a，所述第四拉载电流a4为10a。

13、可选地，所述第一氢气进堆压力p1为30kpa，所述第二氢气进堆压力p2为40kpa，所述第三氢气进堆压力p3为50kpa，所述第四氢气进堆压力p4为60kpa。

14、可选地，所述第一空气进堆压力p1′为50kpa，所述第二空气进堆压力p2′为20kpa。

15、可选地，所述第一时间段t1<所述第二时间段t2<所述第三时间段t3。

16、根据本技术的第二方面，提供了一种氢燃料电池发电系统的启动控制装置，包括：

17、系统启动模块，用于启动氢燃料电池发电系统；

18、正常拉载模块，用于按照第一氢气进堆流量v1、第一氢气进堆压力p1、第一空气进堆流量v1′、第一空气进堆压力p1′向所述氢燃料电池发电系统中通入氢气和空气，将拉载电流设置为第一拉载电流a1；

19、单片电压监测模块，用于监测所述氢燃料电池发电系统中电堆的单片电压；

20、正常启动模块，用于若单片电压监测模块监测到的最高单片电压小于第一电压值k1，控制所述氢燃料电池发电系统正常启动；

21、第一调整模块，用于若单片电压监测模块监测到的最高单片电压大于等于第一电压值k1且小于第二电压值k2，将拉载电流设置为第二拉载电流a2，并按照第二氢气进堆流量v2、第二氢气进堆压力p2向所述氢燃料电池发电系统中通入氢气；在运行第一时间段t1后，返回所述正常拉载模块；a2< a1，v2> v1，p2> p1；

22、第二调整模块，用于若单片电压监测模块监测到的最高单片电压大于等于第二电压值k2且小于第三电压值k3，将拉载电流设置为第三拉载电流a3，并按照第三氢气进堆流量v3、第三氢气进堆压力p3、第二空气进堆流量v2′、第二空气进堆压力p2′向所述氢燃料电池发电系统中通入氢气和空气；在运行第二时间段t2后，返回所述正常拉载模块；a3< a2，v3> v2，p3> p2，v2′< v1′，p2′< p1′；

23、第三调整模块，用于若单片电压监测模块监测到的最高单片电压大于等于第三电压值k3，将电堆设置为开路状态，关闭空压机，将空气进堆流量设置为0，将空气背压阀全部打开，当空气在电堆中的压力等于大气压时关闭背压阀；按照第四氢气进堆流量v4、第四氢气进堆压力p4向所述氢燃料电池发电系统中通入氢气，并将氢气尾排阀门全部打开，在氢气持续通入预设时间段后，将拉载电流设置为第四拉载电流a4；在运行第三时间段t3后，返回所述正常拉载模块；a4< a3，v4> v3，p4> p3。

24、可选地，所述第一拉载电流a1为50a，所述第二拉载电流a2为40a，所述第三拉载电流a3为20a，所述第四拉载电流a4为10a。

25、可选地，所述第一氢气进堆压力p1为30kpa，所述第二氢气进堆压力p2为40kpa，所述第三氢气进堆压力p3为50kpa，所述第四氢气进堆压力p4为60kpa。

26、可选地，所述第一空气进堆压力p1′为50kpa，所述第二空气进堆压力p2′为20kpa。

27、可选地，所述第一时间段t1<所述第二时间段t2<所述第三时间段t3。

28、根据本技术的第三方面，提供了一种电子设备，包括：处理器，所述处理器用于执行存储于存储器的计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现第一方面所述的方法。

29、根据本技术的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现第一方面所述的方法。

30、根据本技术的第五方面，提供了一种计算机程序产品，当所述计算机程序产品在计算机上运行时，使得所述计算机执行第一方面所述的方法。

31、本技术实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：

32、在启动氢燃料电池发电系统过程中，可以根据最高单片电压识别电堆出现的不同程度的氢空界面。若最高单片电压大于等于v1且小于v2，表示电堆出现氢空界面的程度较轻，通过增加氢气进堆流量和氢气进堆压力至较大值，将氢气路的空气尽可能吹干净，并抑制空气侧的空气扩散到氢气侧。同时降低拉载电流至较小值，可以减少因为氢空界面存在时对电堆造成的损伤。在运行第一时间段t1后，使燃料电池发电系统恢复至正常拉载状态，并重新检测氢空界面。若最高单片电压大于等于v2且小于v3，表示电堆出现氢空界面的程度较严重，在增加氢气进堆流量和氢气进堆压力至更大值的同时，降低空气进堆流量和空气进堆压力，减少电堆内的空气，进一步减少空气扩散到氢气侧。降低拉载电流至更小值，可以减少因为氢空界面存在时对电堆造成的损伤。在运行第二时间段t2后，再使燃料电池发电系统恢复至正常拉载状态，并重新检测氢空界面。若最高单片电压大于等于v3，表示电堆出现氢空界面的程度已经很严重，可以将空气切断，并且空气侧不能有压力，这样可以保证空气不再具备扩散到氢气侧的能力。进一步增加氢气进堆流量和氢气进堆压力，可以将氢气侧的空气全部排除干净，让严重的氢空界面快速消除，减少对电堆的损伤。在运行第三时间段t3后，再使燃料电池发电系统恢复至正常拉载状态，并重新检测氢空界面。可见，针对不同程度的氢空界面，可执行不同的控制策略，以快速抑制氢空界面的持续出现。可有效解决氢燃料电池发电系统在启动过程中因氢空界面导致的电堆寿命衰减，提高电堆的使用寿命。