燃料电池系统及其运行方法、存储介质和车辆技术方案

本发明专利技术公开了一种燃料电池系统及其运行方法、存储介质和车辆。该燃料电池系统运行方法包括步骤：S1：将目标压力值控制表预先存储在系统控制器中，目标压力值控制表包括电堆运行电流密度和空气压力与燃料电池系统的总体效率之间的关系；S2：实时监测电堆运行电流；S3：根据电堆运行电流计算出电堆运行电流密度，并根据电堆运行电流密度查询目标压力值控制表，以调节燃料电池系统的空气压力，提升燃料电池系统的总体效率。该燃料电池系统运行方法能够实时监测电堆运行电流，并计算出电堆运行电流密度，根据电堆运行电流密度和预先存储的目标压力值控制表，将空气压力调节至空气压力极值点，不仅提高了电堆功率，而且提升了燃料电池系统总体效率。料电池系统总体效率。料电池系统总体效率。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池系统及其运行方法、存储介质和车辆


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，尤其涉及一种燃料电池系统及其运行方法、存储介质和车辆。

技术介绍

[0002]为实现氢燃料电池系统在中重型商用车辆的应用，燃料电池系统的功率及功率密度需进一步提升，因此，燃料电池电堆所加载的电流密度不断提升。当前燃料电池电堆的工作压力一般低于260kPa绝压，电流密度的提升带来反应介质传质问题凸显，尤其影响燃料电池系统的总体效率。
[0003]因此，如何提升燃料电池系统的总体效率，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种燃料电池系统运行方法，以提升燃料电池系统的总体效率。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：
[0006]一种燃料电池系统运行方法，包括步骤：
[0007]S1：将目标压力值控制表预先存储在系统控制器中，所述目标压力值控制表包括电堆运行电流密度和空气压力与所述燃料电池系统的总体效率之间的关系；
[0008]S2：实时监测电堆运行电流；
[0009]S3：根据所述电堆运行电流计算出电堆运行电流密度，并根据所述电堆运行电流密度查询所述目标压力值控制表，以调节所述燃料电池系统的空气压力，提升所述燃料电池系统的总体效率。
[0010]可选地，在上述燃料电池系统运行方法中，所述步骤S3中：增大所述燃料电池系统的空气压力并控制所述空气压力小于空气压力极值点。
[0011]可选地，在上述燃料电池系统运行方法中，在所述步骤S3
‑
2和所述步骤S3
‑
2中，通过调节空气压缩机的转速，以增大所述燃料电池系统的空气压力；
[0012]和/或，通过调节膨胀机的变截面机构，以增大所述燃料电池系统的空气压力；
[0013]和/或，所述膨胀机与电堆之间设置有背压阀，通过调节所述背压阀的开度，以增大所述燃料电池系统的空气压力。
[0014]可选地，在上述燃料电池系统运行方法中，所述临界电堆运行电流密度值为2000mA/cm2,所述空气压力极值点的取值范围为300kPa～400kPa。
[0015]一种存储介质，所述存储介质存储有电池系统运行指令，所述电池系统运行指令用于使燃料电池系统执行如权利要求1至4任意一项所述的燃料电池系统运行方法。
[0016]一种燃料电池系统，应用如上所述的燃料电池系统运行方法，包括：
[0017]电堆；
[0018]与所述电堆电连接的系统控制器，用于预先接收并存储目标压力控制表，所述目标压力控制表包括电堆运行电流密度和空气压力与所述燃料电池系统的总体效率之间的关系；
[0019]电流监测装置，用于实时监测电堆运行电流，并将监测到的电堆运行电流传输至系统控制器，以使所述系统控制器计算出电堆运行电流密度；以及
[0020]空气压缩机总成；
[0021]其中，所述空气压缩机总成包括空气压缩机和膨胀机，所述空气压缩机的空气出口与所述电堆连通，用于向所述电堆提供压缩空气；所述膨胀机与所述电堆的出口连通，用于将所述电堆排出的能量进行回收利用。
[0022]可选地，在上述燃料电池系统中，所述空气压缩机总成包括空气压缩机和膨胀机，通过调节所述空气压缩机的转速调节所述燃料电池系统内的空气压力；
[0023]和/或，所述膨胀机与所述电堆之间设置有背压阀，通过调节所述背压阀的开度调节所述燃料电池系统内的空气压力；
[0024]和/或，所述膨胀机设置有变截面机构，通过调节所述膨胀机的变截面机构调节所述燃料电池系统的空气压力。
[0025]可选地，在上述燃料电池系统中，所述空气压缩机总成与所述电堆之间设置有空气换热器。
[0026]可选地，在上述燃料电池系统中，所述空气压缩机总成的入口处连接有空气滤清器。
[0027]一种车辆，包括如上所述的燃料电池系统。
[0028]使用本专利技术所提供的燃料电池系统运行方法能够实时监测电堆运行电流，并计算出电堆运行电流密度，根据已确定的电堆运行电流密度，结合预先存储的目标压力值控制表，将燃料电池系统的空气压力调节至空气压力极值点，不仅提高了电堆功率，而且提升了燃料电池系统的总体效率，使得燃料电池系统处于高效率运行状态。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030]图1为本专利技术实施例所提供的燃料电池电堆在不同空气压力下的极化曲线图；
[0031]图2为本专利技术实施例所提供的燃料电池电堆在不同电流及工作压力下的总体效率曲线图；
[0032]图3为本专利技术实施例所提供的一种燃料电池系统的结构示意图；
[0033]图4为本专利技术实施例所提供的一种含有变截面机构的膨胀机在燃料电池系统的连接结构示意图；
[0034]图5为本专利技术实施例所提供的一种设置有背压阀的燃料电池系统的结构示意图。
[0035]其中，100为空气滤清器，200为空气压缩机总成，201为空气压缩机，202为膨胀机，300为空气换热器，400为电堆，500为系统控制器，600为背压阀。
具体实施方式
[0036]由
技术介绍
可知，当前燃料电池电堆所加载的电流密度不断提升。为提升电堆的输出性能，通常提升电堆入口处的空气压力；然而，当电堆处于高电流密度工作时，通过提升电堆入口处的空气压力虽然使电堆的输出性能得到了进一步提升，但是空气压缩机总成的功耗和其它辅助零部件的综合功耗也相应增加，燃料电池系统的总体效率有存在上升和下降两种可能。
[0037]有鉴于此，本专利技术的核心在于提供一种燃料电池系统运行方法，以提高燃料电池系统在高电流密度工作时的总体效率。
[0038]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0039]如图1至图5所示，本专利技术实施例公开了一种燃料电池系统运行方法，包括步骤：
[0040]S1：将目标压力值控制表预先存储在系统控制器500中，目标压力值控制表包括电堆运行电流密度和空气压力与燃料电池系统的总体效率之间的关系，以根据不同的电堆运行电流密度，将空气压力调节至与某一时刻电堆运行电流密度所对应的空气压力极值点。
[0041]S2：实时监测电堆运行电流，以计算出电堆运行电流密度，其中，电堆运行电流密度I
CD
＝I/S，I为电堆运行电流，S为电堆导体截面面积。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池系统运行方法，其特征在于，包括步骤：S1：将目标压力值控制表预先存储在系统控制器中，所述目标压力值控制表包括电堆运行电流密度和空气压力与所述燃料电池系统的总体效率之间的关系；S2：实时监测电堆运行电流；S3：根据所述电堆运行电流计算出电堆运行电流密度，并根据所述电堆运行电流密度查询所述目标压力值控制表，以调节所述燃料电池系统的空气压力，提升所述燃料电池系统的总体效率。2.根据权利要求1所述的燃料电池系统运行方法，其特征在于，所述步骤S3中：增大所述燃料电池系统的空气压力并控制所述空气压力小于空气压力极值点。3.根据权利要求2所述的燃料电池系统运行方法，其特征在于，在所述步骤S3
‑
2和所述步骤S3
‑
2中，通过调节空气压缩机的转速，以增大所述燃料电池系统的空气压力；和/或，通过调节膨胀机的变截面机构，以增大所述燃料电池系统的空气压力；和/或，所述膨胀机与电堆之间设置有背压阀，通过调节所述背压阀的开度，以增大所述燃料电池系统的空气压力。4.根据权利要求2所述的燃料电池系统运行方法，其特征在于，所述临界电堆运行电流密度值为2000mA/cm2,所述空气压力极值点的取值范围为300kPa～400kPa。5.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有电池系统运行指令，所述电池系统运行指令用于使燃料电池系统执行如权利要求1至4任意一项所述的燃料电池系统运行方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱益佳，侯中军，张许辉，王克勇，蔡俊，
申请(专利权)人：上海捷氢科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：