一种磁悬浮轴承支撑的氢气循环泵低温自启动方法技术

本发明专利技术公开了一种磁悬浮轴承支撑的氢气循环泵低温自启动方法，上电磁悬浮氢泵控制系统自检，确定非启动状态，判断确定电路处于不能常规启动模式；并且检测判断氢气循环泵启动环境温度低于水的熔点，则判定系统氢气循环系统中存在结冰的问题；判断使用常规启动模式是否失败，若常规启动模式失败则执行进入低温自启动模式；进入低温自启动模式后，分为利用磁轴承自热融冰阶段和利用磁悬浮轴承间隙，向磁轴承线圈施加振荡电流，使得磁悬浮氢泵系统进入磁轴承振荡碎冰模式阶段这两个阶段执行，直至最终切换至常规启动模式。可在低温环境下自发热，快速实现融冰碎冰效果，启动后可迅速加热升温，满足快速启动需求。满足快速启动需求。满足快速启动需求。

【技术实现步骤摘要】
一种磁悬浮轴承支撑的氢气循环泵低温自启动方法


[0001]本专利技术涉及一种燃料电池系统的氢气循环系统，尤其是涉及一种使用于低温环境状态下运行燃料电池系统的氢气循环泵低温自启动方法。

技术介绍

[0002]燃料电池系统正越来越多地作为一种动力源被广泛应用。燃料电池系统也被提议用于燃油机汽车作为内燃机的替代换代产品；燃料电池是一种电化学反应装置，以氢气和空气中的氧气分别作为阳极和阴极的反应气体，经过催化反应产生电能，并且生成无任何污染的水。燃料电池具有清洁高效、无污染、能量效率高、可靠性高等优良特点，在备用电源、中小型发电站、基站电源、新能源汽车等领域上，具有广阔的可应用前景。尤其在新能源汽车应用方面，以燃料电池作为动力的电动汽车是全球各国重点发展的对象，也是将来可能替代燃油汽车动力来源的最终解决方案之一。
[0003]随着经济的发展和技术的进步，燃料电池作为车用动力系统的电动汽车将逐渐的普及，也开始陆续进入我们的生活当中。由于燃料电池内部最佳的运行温度是在70
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80℃，但是在我们生活的环境中温度并不是一成不变的，从地里位置上看南北温差巨大，从季节变化上来冬夏温差巨大，温度变化范围可从
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50℃到+50℃区间变化。燃料电池系统虽然利用氢气和氧气的电化学反应生成无污染的水，这也是它的优点，但从另一个角度来看却也是它的一个缺点，因为反应生产的无污染水却会在0℃以下环境中迅速冻结成冰。而这也给在低温环境下运行的燃料电池系统带来很大的技术挑战。如何解决燃料电池中低温正常启动及运行，是亟待解决的问题。而作为燃料电池系统重要组成部分的氢气循环系统，在运行当中也会有部分水产生的。在低温状态下，如何保证氢气循环系统中的水不结冰，并能够迅速的排出，也是亟待解决的问题之一。
[0004]燃料电池氢气循环系统主要包括氢气罐、减压阀、比例阀、氢气循环泵、电堆、压力传感器等部件构成。目前市面上大部分解决氢气循环系统在低温状态下，所产生的水不结冰的方法是给氢气循环泵加热。此方法虽然能起到一定的效果，但是因氢气循环泵体积较大，对氢气循环泵加热需耗费巨大的额外能源，能耗大。
[0005]另外，美国能源部在2010年针对燃料电池零下气温环境的启动过程提出了具体的技术指标：在
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20℃温度条件下，燃料电池在启动后30s内达到额定功率的90％。低温启动快速启动，也就必须对氢气循环系统进行快速加热，此时需要整车电池包供电对氢气循环泵进行加热，而在低温状态下，整车电池包的性能会大大降低，此时需对氢气循环泵加热，将大大增加整车电池系统的负担。再有，大部分氢气循环泵外表面都是设计成不规则形状，很难在其表面布置大面积的加热片。

技术实现思路

[0006]本专利技术为解决现有燃料电池系统的氢气循环系统存在着为避免因反应运行产生的水会在0℃以下环境中迅速冻结成冰，而采用的氢气循环泵体积较大，对氢气循环泵加热
需耗费巨大的额外能源，能耗大；另外也存在着无法对氢气循环泵快速加热，难以满足低温启动快速启动需求等现状而提供的一种可在低温环境下，能够自发热，快速实现融冰碎冰效果，启动后可迅速加热升温，达到满足快速启动需求的磁悬浮轴承支撑的氢气循环泵低温自启动方法。
[0007]本专利技术为解决上述技术问题所采用的具体技术方案为：一种磁悬浮轴承支撑的氢气循环泵低温自启动方法，其特征在于：包括如下自启动方法
[0008]A1.上电开始，进入常规启动模式，如果常规模式正常启动磁悬浮轴承氢气循环泵，则表示磁悬浮轴承支撑的氢气循环泵能够正常启动和工作；
[0009]A2.如果常规模式下不能正常启动，系统进入氢气循环泵控制系统结冰故障判定，如果判定系统氢气循环系统中存在结冰故障，进入低温自启动模式，否则进入其他故障状态判定；
[0010]A3.进入低温自启动模式后，分为两个阶段执行如下第A4步骤～A5步骤；
[0011]A4.氢气循环泵低温自启动模式的第一阶段为磁轴承自热融冰模式阶段；在此模式状态下向磁轴承线圈施加融冰电流，磁轴承线圈将产生热量用于融化转子与磁轴承接触处的冰，达到迅速融冰的效果，使得转子能够移动；自热融冰阶段主要集中在改变启动环境温度和转子与磁轴承接触位置(未悬浮前转子落在磁轴承的起浮环上)处的结冰状况；
[0012]A5.氢气循环泵低温自启动模式的第二阶段为磁轴承振荡碎冰模式阶段，振荡碎冰阶段主要针对叶片及其他部位的冰块，采用振荡碎冰的方式，效率更高；在此模式状态下利用磁悬浮轴承间隙，实现转子的主动振动控制，向磁轴承线圈施加振荡电流，使得磁悬浮氢泵系统进入磁轴承振荡碎冰模式；
[0013]A6.经过上述第A4步骤～A5步骤的低温自启动后，磁悬浮氢泵控制系统切换至常规启动模式，尝试常规模式启动，判定能否正常启动氢气循环泵；
[0014]A7.在常规启动模式下，正常启动升速完成，如果能够根据上位机指令，在指定时间内升速至额定转速，则表示启动成功；若启动不成功，继续返回上述第A3步骤执行磁悬浮轴承氢气循环泵低温自启动模式；
[0015]A8.执行上述A7步骤，多次循环执行至低温启动模式，判断是否超过循环次数上限，如果超过循环次数上限，且磁悬浮轴承氢气循环泵仍然不能启动成功，则进入其他故障判定；
[0016]A9.在上述A7步骤中，若正常启动成功，或者经过上述A8步骤中没有超过循环次数上限，且磁悬浮轴承氢气循环泵能成功启动，均表示启动成功，退出低温自启动模式，系统正常运行，进入正常工作状态；
[0017]A10.执行上述步骤，执行至磁悬浮氢泵能正常启动，低温自启动模式结束。
[0018]本专利技术可在低温环境下，利用磁轴承能够自发热和主动振动控制的特点，快速实现融冰碎冰效果，从而达到低温自启动的目的，悬浮氢气循环泵低温环境下启动后可迅速加热升温，达到满足快速启动需求。磁轴承线圈能够通恒定电流，能够自发热，到达初步融冰的效果；给磁轴承线圈通入振荡电流，可以使得转子振动，进一步达到碎冰的效果；启动后，系统能电机能迅速升温，达到正常工作状态。采用恒流融冰加振荡碎冰的方式，快速加热升温效率更高。本专利技术的低温自启动方法无需改变磁悬浮氢气循环泵的电路结构，也无需额外增加用除冰的执行机构、任何传感器如位移传感器、电流传感器及温度传感器，即可
实现本专利技术之目的和效果。
[0019]作为优选，在上述A2步骤中，所述的氢气循环泵控制系统结冰故障判定包括判断控制系统是否正常工作和对检测启动环境＜0℃的判断；如果满足以下两个条件，A21.控制系统自检通过，能够正常工作；A22.检测判断氢气循环泵启动环境温度低于水的熔点，则判断为氢气循环泵控制系统结冰故障，否则进入其他故障状态判定。提高系统故障判定的准确、稳定性及可靠有效性。
[0020]作为优选，在上述第A4步骤～A5步骤之间，向磁轴承线圈施加融冰电流，并执行对融冰时间达到预设标准的判定和对温度检测达到预设标准的判定，判断条件分为两个条件，其中条件1为施加直流融冰电流的融冰时间达到本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁悬浮轴承支撑的氢气循环泵低温自启动方法，其特征在于：包括如下自启动方法A1.上电开始，进入常规启动模式，如果常规模式正常启动磁悬浮轴承氢气循环泵，则表示磁悬浮轴承支撑的氢气循环泵能够正常启动和工作；A2.如果常规模式下不能正常启动，系统进入氢气循环泵控制系统结冰故障判定，如果判定系统氢气循环系统中存在结冰故障，进入低温自启动模式，否则进入其他故障状态判定；A3.进入低温自启动模式后，分为两个阶段执行如下第A4步骤～A5步骤；A4.氢气循环泵低温自启动模式的第一阶段为磁轴承自热融冰模式阶段；在此模式状态下向磁轴承线圈施加融冰电流，磁轴承线圈将产生热量用于融化转子与磁轴承接触处的冰，达到迅速融冰的效果，使得转子能够移动；A5.氢气循环泵低温自启动模式的第二阶段为磁轴承振荡碎冰模式阶段；在此模式状态下利用磁悬浮轴承间隙，实现转子的主动振动控制，向磁轴承线圈施加振荡电流，使得磁悬浮氢泵系统进入磁轴承振荡碎冰模式；A6.经过上述第A4步骤～A5步骤的低温自启动后，磁悬浮氢泵控制系统切换至常规启动模式，尝试常规模式启动，判定能否正常启动氢气循环泵；A7.在常规启动模式下，正常启动升速完成，如果能够根据上位机指令，在指定时间内升速至额定转速，则表示启动成功；若启动不成功，继续返回上述第A3步骤执行磁悬浮轴承氢气循环泵低温自启动模式；A8.执行上述A7步骤，多次循环执行至低温启动模式，判断是否超过循环次数上限，如果超过循环次数上限，且磁悬浮轴承氢气循环泵仍然不能启动成功，则进入其他故障判定；A9.在上述A7步骤中，若正常启动成功，或者经过上述A8步骤中没有超过循环次数上限，且磁悬浮轴承氢气循环泵能成功启动，均表示启动成功，退出低温自启动模式，系统正常运行，进入正常工作状态；A10.执行上述步骤，执行至磁悬浮氢泵能正常启动，低温自启动模式结束。2.按照权利要求1所述的磁悬浮轴承支撑的氢气循环泵低温自启动方法，其特征在于：在上述A2步骤中，所述的氢气循环泵控制系统结冰故障判定包括判断控制系统是否正常工作和对检测启动环境＜0℃的判断；如果满足以下两个条件，A21.控制系统自检通过，能够正常工作；A22.检测判断氢气循环泵启动环境温度低于水的熔点，则判断为氢气循环泵控制系统结冰故障，否则进入其他故障状态判定。3.按照权利要求1所述的磁悬浮轴承支撑的氢气循环泵低温自启动方法，其特征在于：在上述第A4步骤～A5步骤之间，向磁轴承线圈施加融冰电流，并执行对融冰时间达到预设标准的判定和对温度检测达到预设标准的判定；判断条件分为两个条件，其中条件1为施加直流融冰电流的融冰时间达到预设标准，条件2为检测到氢气循环泵启动环境温度达到预设标准；如果满足上述条件1和条件2中的任意一条或全都满足的，则开始判断能否进入上述第A5步骤，其判断条件为检测转子是否能够发生位移，如果检测到转子发生位移，则氢气循环泵的控制系统执行判断能够进入上述第A5步骤，如果不能检测转子发生位移，则循环执行上述第A4步骤。4.按照权利要求3所述的磁悬浮轴承支撑的氢气循环泵低温自启动方法，其特征在于：
所述检测转子是否能够发生位移的检测方式是切换至施加调理电流，通过位移传感器检测转子位移，并判断是否超过循环次数上限；在循环次数内检...

【专利技术属性】
技术研发人员：张寅，王灿，董宝田，
申请(专利权)人：北京昆腾迈格技术有限公司，
类型：发明
国别省市：