氢燃料电池电堆启动控制方法、装置及电子设备与流程

1.本技术涉及新能源领域，具体涉及一种氢燃料电池电堆启动控制方法、装置及电子设备。


背景技术：

2.针对待启动的氢燃料电池电堆，在对其阳极进行氢气吹扫结束后，需要以一定的拉载电流启动氢燃料电池电堆。相关技术中，通常是采用固定的拉载电流启动氢燃料电池电堆，从而难以兼顾氢燃料电池电堆的使用安全/使用寿命、启动速度以及启动成功率。


技术实现要素：

3.本技术的一个目的在于提出一种氢燃料电池电堆启动控制方法、装置及电子设备，能够兼顾氢燃料电池电堆的使用安全/使用寿命、启动速度以及启动成功率。
4.根据本技术实施例的一方面，公开了一种氢燃料电池电堆启动控制方法，所述方法包括：
5.响应于启动指令，实时获取所述氢燃料电池电堆中的单片电池所反馈的实时单片电压，并对所述氢燃料电池电堆的阳极进行氢气吹扫；
6.在氢气吹扫结束后，向所述氢燃料电池电堆的阴极供给空气，并基于所述实时单片电压以及目标单片电压，计算对应时刻所需补偿的补偿电流；所述目标单片电压是基于所述单片电池的开路电压所预设的；
7.基于所述补偿电流以及所述氢燃料电池电堆在怠速状态下的怠速电流，计算得到对应时刻实际所需的目标拉载电流，并采用所述目标拉载电流启动所述氢燃料电池电堆。
8.根据本技术实施例的一方面，公开了一种氢燃料电池电堆启动控制装置，所述装置包括：
9.启动响应模块，配置为响应于启动指令，实时获取所述氢燃料电池电堆中的单片电池所反馈的实时单片电压，并对所述氢燃料电池电堆的阳极进行氢气吹扫；
10.补偿电流计算模块，配置为在氢气吹扫结束后，向所述氢燃料电池电堆的阴极供给空气，并基于所述实时单片电压以及目标单片电压，计算对应时刻所需补偿的补偿电流；所述目标单片电压是基于所述单片电池的开路电压所预设的；
11.拉载电流启动模块，配置为基于所述补偿电流以及所述氢燃料电池电堆在怠速状态下的怠速电流，计算得到对应时刻实际所需的目标拉载电流，并采用所述目标拉载电流启动所述氢燃料电池电堆。
12.在本技术的一示例性实施例中，所述补偿电流计算模块配置为：
13.基于所述实时单片电压，计算所述单片电池在对应时刻的平均单片电压；
14.获取所述平均单片电压与所述目标单片电压之间的电压差，并基于所述电压差，计算所述补偿电流。
15.在本技术的一示例性实施例中，所述补偿电流计算模块配置为：
16.基于所述实时单片电压，计算所述单片电池在对应时刻的最小单片电压；
17.获取所述最小单片电压与所述目标单片电压之间的电压差，并基于所述电压差，计算所述补偿电流。
18.在本技术的一示例性实施例中，所述拉载电流启动模块配置为：
19.计算所述补偿电流与所述怠速电流之间的电流和，得到所述目标拉载电流。
20.在本技术的一示例性实施例中，所述启动响应模块配置为：
21.响应于所述启动指令，检测所述阴极的入堆空气压力是否超过预设的压力阈值；
22.若检测确认所述入堆空气压力未超过所述压力阈值，则控制背压阀关闭，并以第一吹扫压力和第一吹扫时长对所述阳极进行氢气吹扫；
23.若检测确认所述入堆空气压力超过所述压力阈值，则控制所述背压阀开启，并以第二吹扫压力和第二吹扫时长对所述阳极进行氢气吹扫；所述第二吹扫压力大于所述第一吹扫压力，所述第二吹扫时长大于所述第一吹扫时长。
24.在本技术的一示例性实施例中，所述启动响应模块配置为：
25.基于所述单片电池在启动之前的初始单片电压以及预设的电压阈值，检测是否存在高电位；
26.若检测确认存在高电位，则将吹扫压力提高至第三吹扫压力，并将吹扫时长提高至第三吹扫时长；所述第三吹扫压力大于所述第二吹扫压力，所述第三吹扫时长大于所述第二吹扫时长。
27.在本技术的一示例性实施例中，所述压力阈值是基于一个标准大气压所预设的。
28.根据本技术实施例的一方面，公开了一种电子设备，包括：一个或多个处理单元；存储单元，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述电子设备实现以上任一项实施例。
29.根据本技术实施例的一方面，公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机可读指令，当所述计算机可读指令被计算机的处理器执行时，使计算机执行以上任一项实施例。
30.根据本技术实施例的一个方面，提供了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存储介质中。计算机设备的处理器从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行上述各种可选实现方式中提供的方法。
31.本技术实施例中，响应于启动指令，实时获取氢燃料电池电堆中的单片电池所反馈的实时单片电压，并对氢燃料电池电堆的阳极进行氢气吹扫；在氢气吹扫结束后，向氢燃料电池电堆的阴极供给空气，并基于实时单片电压以及目标单片电压，计算对应时刻所需补偿的补偿电流；目标单片电压是基于单片电池的开路电压所预设的；基于补偿电流以及氢燃料电池电堆在怠速状态下的怠速电流，计算得到对应时刻实际所需的目标拉载电流，并采用目标拉载电流启动氢燃料电池电堆。通过这种方式，本技术实施例中计算所得到的补偿电流，能够实时反映出单片电池的实时单片电压与预设的目标单片电压之间的差距。因此，基于补偿电流以及怠速电流所计算得到的目标拉载电流，能够动态适应地将单片电池的单片电压逼近目标单片电压，从而避免了单片电压在启动过程中出现过小或过大的情况，从而兼顾了氢燃料电池电堆的使用安全/使用寿命、启动速度以及启动成功率。
32.本技术的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本技术的实践而习得。
33.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本技术。
附图说明
34.通过参考附图详细描述其示例实施例，本技术的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。
35.图1示出了根据本技术一个实施例的氢燃料电池电堆启动控制方法的流程图。
36.图2示出了根据本技术一个实施例的在氢燃料电池电堆启动之时对阳极进行氢气吹扫控制的详细流程图。
37.图3示出了根据本技术一个实施例的采用相关技术所提供的以固定吹扫压力的方式对阳极进行氢气吹扫时，单片电压的变化示意图。
38.图4示出了根据本技术一个实施例的采用本技术所提供的以变化吹扫压力的方式对阳极进行氢气吹扫时，单片电压的变化示意图。
39.图5示出了根据本技术一个实施例的计算目标拉载电流并采用目标拉载电流启动氢燃料电池电堆的详细流程图。
40.图6示出了根据本技术一个实施例的采用相关技术所提供的以固定拉载电流的方式对氢燃料电池电堆进行启动时，单片电压的变化示意图。
41.图7示出了根据本技术一个实施例的采用本技术所提供的以动态变化拉载电流的方式对氢燃料电池电堆进行启动时，单片电压的变化示意图。
42.图8示出了根据本技术一个实施例的氢燃料电池电堆启动控制装置的框图。
43.图9示出了根据本技术一个实施例的电子设备硬件图。
具体实施方式
44.现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些示例实施方式使得本技术的描述将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。附图仅为本技术的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。
45.此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多示例实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本技术的示例实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本技术的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、方法、实现或者操作以避免喧宾夺主而使得本技术的各方面变得模糊。
46.附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
47.氢燃料电池电堆可以搭载在汽车、潜艇、有轨车辆上以用作动力系统，也可以单独用作发电机。氢燃料电池电堆通常包含多个单片电池。在氢燃料电池电堆启动过程中，通常需要向阳极供给足够的氢气以作为燃料，向阴极供给足够的空气或氧气作为氧化剂。
48.而在氢燃料电池电堆启动之前，由于气密性的问题，阴极中所包含的氧气会逐渐渗透到阳极，从而导致阳极存在氢氧界面层，进而导致单片电池出现高电位的情况。
49.在将要启动氢燃料电池电堆之时，先对阳极进行氢气吹扫，以提供高纯度氢气，并降低单片电池的单片电压，然后再向阴极供给空气或氧气。在氢气吹扫结束后，再采用一定拉载电流启动氢燃料电池电堆。在采用拉载电流启动氢燃料电池电堆时，单片电压会先升高再下降最终趋于平稳，升高的过程中，单片电池同样会出现高电位的情况。
50.氢氧界面层造成的高电位以及拉载电流造成的高电位，均会导致氢燃料电池电堆的使用安全与使用寿命均受到损害。因此，降低氢燃料电池电堆启动过程中高电位存在的时长，对于氢燃料电池电堆的使用安全和使用寿命而言均有着重要意义。
51.而在启动氢燃料电池电堆时，若拉载电流过小，则会导致高电位长时间存在，而且会导致氢燃料电池电堆启动时间偏长；若拉载电流过大，则会导致单片电池的单片电压下降过快，而单片电压过低时又容易导致氢燃料电池电堆启动失败。因此，为兼顾氢燃料电池电堆的使用安全/使用寿命、启动速度以及启动成功率，如何控制拉载电流至关重要。
52.而在相关技术中，通常是采用固定的拉载电流启动氢燃料电池电堆。由于在不同的工作环境下，单片电池的单片电压有着不同的初始状态与增减特性，因此采用固定的拉载电流有时会过小有时会过大，从而难以兼顾氢燃料电池电堆的使用安全/使用寿命、启动速度以及启动成功率。由此可见，相关技术中存在难以兼顾氢燃料电池电堆的使用安全/使用寿命、启动速度以及启动成功率的缺陷。
53.出于克服相关技术中所存在上述缺陷的考虑，本技术提供了一种氢燃料电池电堆启动控制方法，该方法的示例性执行主体为氢燃料电池电堆的控制系统。图1示出了本技术所提供的氢燃料电池电堆启动控制方法的流程图。参见图1，本技术所提供方法包括：
54.步骤s110、响应于启动指令，实时获取氢燃料电池电堆中的单片电池所反馈的实时单片电压，并对氢燃料电池电堆的阳极进行氢气吹扫；
55.步骤s120、在氢气吹扫结束后，向氢燃料电池电堆的阴极供给空气，并基于实时单片电压以及目标单片电压，计算对应时刻所需补偿的补偿电流；目标单片电压是基于单片电池的开路电压所预设的；
56.步骤s130、基于补偿电流以及氢燃料电池电堆在怠速状态下的怠速电流，计算得到对应时刻实际所需的目标拉载电流，并采用目标拉载电流启动氢燃料电池电堆。
57.具体的，本技术实施例中，氢燃料电池电堆的控制系统接收到启动指令后，开始对阳极进行氢气吹扫，向阳极供给足够的氢气的同时，减少阳极中存在的氢氧界面层。在氢气吹扫结束后，再向阴极供给空气，并采用一定的拉载电流启动氢燃料电池电堆。
58.为了采用合适的拉载电流启动氢燃料电池电堆，避免拉载电流过小或过大，氢燃料电池电堆的控制系统接收到启动指令后，可以通过在氢燃料电池电堆中设置的电压传感器，实时获取单片电池所反馈的实时单片电压。
59.并且，预先还基于单片电池的开路电压，设置有目标单片电压。目标单片电压用于指示在氢燃料电池电堆的启动过程中，单片电池所应达到的电压。由此，通过目标单片电
压，可以限制由拉载电流所导致的高电位。
60.以目标单片电压为基准，可以计算得到各时刻的实时单片电压与目标单片电压之间的电压差。进一步结合单片电池的电阻或氢燃料电池电堆的等效电阻，可以计算得到该电压差对应的电流，即得到对应时刻所需补偿的补偿电流。
61.计算得到对应时刻的补偿电流后，与氢燃料电池电堆在怠速状态下所需的怠速电流进行叠加，即计算得到对应时刻实际所需的目标拉载电流，进而采用目标拉载电流启动氢燃料电池电堆。
62.由此可见，本技术实施例中计算所得到的补偿电流，能够实时反映出单片电池的实时单片电压与预设的目标单片电压之间的差距。因此，基于补偿电流以及怠速电流所计算得到的目标拉载电流，能够动态适应地将单片电池的单片电压逼近目标单片电压，从而避免了单片电压在启动过程中出现过小或过大的情况，从而兼顾了氢燃料电池电堆的使用安全/使用寿命、启动速度以及启动成功率。
63.在一实施例中，直接将单片电池的开路电压设置为目标单片电压。
64.在一实施例中，考虑到单片电池的单片电压过于接近开路电压时，也容易导致高电位的发生，因此为避免单片电压上升至过于接近开路电压的水平，将开路电压降低一定程度后所得到的电压值，作为目标单片电压。例如：开路电压为0.95v，则将目标单片电压设置为0.85v。
65.在一实施例中，基于实时单片电压以及目标单片电压，计算对应时刻所需补偿的补偿电流，包括：
66.基于实时单片电压，计算单片电池在对应时刻的平均单片电压；
67.获取平均单片电压与目标单片电压之间的电压差，并基于电压差，计算补偿电流。
68.本实施例中，采用实时单片电压对应的平均单片电压，计算得到对应时刻所需补偿的补偿电流。
69.具体的，获取到各单片电池在t时刻的实时单片电压后，计算所得实时单片电压的平均值，即得到单片电池在t时刻的平均单片电压。然后将t时刻的平均单片电压与目标单片电压进行作差，即得到t时刻的电压差。然后进一步结合单片电池的电阻或氢燃料电池电堆的等效电阻，即得到t时刻所需补偿的补偿电流。
70.在一实施例中，基于实时单片电压以及目标单片电压，计算对应时刻所需补偿的补偿电流，包括：
71.基于实时单片电压，计算单片电池在对应时刻的最小单片电压；
72.获取最小单片电压与目标单片电压之间的电压差，并基于电压差，计算补偿电流。
73.本实施例中，采用实时单片电压对应的最小单片电压，计算得到对应时刻所需补偿的补偿电流。
74.具体的，获取到各单片电池在t时刻的实时单片电压后，筛选出其中的最小值，即得到单片电池在t时刻的最小单片电压。然后将t时刻的最小单片电压与目标单片电压进行作差，即得到t时刻的电压差。然后进一步结合单片电池的电阻或氢燃料电池电堆的等效电阻，即得到t时刻所需补偿的补偿电流。
75.在一实施例中，可以预先获取氢燃料电池电堆在怠速状态下的怠速电流密度，然后进一步结合氢燃料电池电堆的有效面积，计算得到氢燃料电池电堆的怠速电流。
76.在一实施例中，可以预先控制氢燃料电池电堆处于怠速状态，然后测量得到氢燃料电池电堆的怠速电流。
77.在一实施例中，基于补偿电流以及氢燃料电池电堆在怠速状态下的怠速电流，计算得到对应时刻实际所需的目标拉载电流，包括：
78.计算补偿电流与怠速电流之间的电流和，得到目标拉载电流。
79.本实施例中，计算得到对应时刻的补偿电流后，将其与怠速电流作和，即得到对应时刻的目标拉载电流。
80.在一实施例中，基于补偿电流以及氢燃料电池电堆在怠速状态下的怠速电流，计算得到对应时刻实际所需的目标拉载电流，包括：
81.基于目标单片电压与开路电压之间的电压差，对补偿电流进行修正，得到修正后补偿电流；
82.计算修正后补偿电流与怠速电流之间的电流和，得到目标拉载电流。
83.考虑到目标单片电压若过于接近开路电压(例如：直接将开路电压设置为目标单片电压)，计算所得的补偿电流若直接叠加至怠速电流，则所得电流和会使得启动过程中的单片电压过于接近开路电压，容易导致高电位的发生。因此，本实施例中，在计算得到对应时刻的补偿电流后，基于目标单片电压与开路电压之间的电压差，对其进行修正，得到修正后补偿电流。然后再将修正后补偿电流与怠速电流进行叠加，得到目标拉载电流。在修正过程中，目标单片电压与开路电压之间的电压差越小，对补偿电流的修正幅度越大。
84.在一实施例中，对氢燃料电池电堆的阳极进行氢气吹扫，包括：
85.响应于启动指令，检测阴极的入堆空气压力是否超过预设的压力阈值；
86.若检测确认入堆空气压力未超过压力阈值，则控制背压阀关闭，并以第一吹扫压力和第一吹扫时长对阳极进行氢气吹扫；
87.若检测确认入堆空气压力超过压力阈值，则控制背压阀开启，并以第二吹扫压力和第二吹扫时长对阳极进行氢气吹扫；第二吹扫压力大于第一吹扫压力，第二吹扫时长大于第一吹扫时长。
88.本实施例中，氢燃料电池电堆的控制系统接收到启动指令后，对阴极的入堆空气压力进行检测，以确认其是否超过预设的压力阈值。
89.若阴极的入堆空气压力未超过压力阈值，说明氢燃料电池电堆启动之前，阴极中的空气足够少，进而可以认为阴极中所包含的氧气极少渗透至阳极。因此在这种情况下，控制背压阀关闭，以第一吹扫压力p1和第一吹扫时长t1对阳极进行氢气吹扫，即可在阳极中快速供给高纯度的氢气。
90.若阴极的入堆空气压力超过压力阈值，说明氢燃料电池电堆启动之前，阴极中的空气较多，进而说明阴极中所包含的氧气很可能较多地渗透至阳极。因此在这种情况下，需要加大阳极的吹扫压力和吹扫时长——以第二吹扫压力p2和第二吹扫时长t2对阳极进行氢气吹扫(其中，第二吹扫压力p2大于第一吹扫压力p1，第二吹扫时长t2大于第一吹扫时长t1)，以在阳极中快速供给高纯度的氢气。并且，由于加大了阳极的吹扫压力，因此为了保证阳极与阴极之间的空气压差维持稳定，将背压阀开启一定开度，使得对阳极进行氢气吹扫的过程中，向阴极供给一定空气，提高阴极的入堆空气压力。
91.理想情况下，在氢燃料电池电堆启动之前，阴极中所含的空气或氧气应当尽可能
地少，其入堆空气压力应当处于负压状态，即，其入堆空气压力应当小于一个标准大气压。
92.因此，在一实施例中，压力阈值是基于一个标准大气压所预设的。具体的，一个标准大气压是101.325kpa，则可以将压力阈值直接设为等于一个标准大气压，即，将压力阈值直接设为101.325kpa；也可以进一步出于在工程实践中简化数据处理的考虑，将压力阈值设为近似于一个标准大气压的100kpa。
93.在一实施例中，本技术所提供方法还包括：
94.基于单片电池在启动之前的初始单片电压以及预设的电压阈值，检测是否存在高电位；
95.若检测确认存在高电位，则将吹扫压力提高至第三吹扫压力，并将吹扫时长提高至第三吹扫时长；第三吹扫压力大于第二吹扫压力，第三吹扫时长大于第二吹扫时长。
96.本实施例中，在氢燃料电池电堆启动之前，对单片电池的单片电压进行检测，得到单片电池在启动之前的初始单片电压。然后将每一单片电池的初始单片电压与预设的电压阈值进行对比，以检测是否存在高电位——更具体的，以检测是否存在由氢氧界面所导致的高电位。其中，用于检测由氢氧界面所导致的高电位的电压阈值，小于用于限制由拉载电流所导致的高电位的目标单片电压。
97.若存在某一初始单片电压大于电压阈值，则检测确认存在由氢氧界面所导致的高电位，则将吹扫压力提高至第三吹扫压力p3，并将吹扫时长提高至第三吹扫时长t3，然后以第三吹扫压力p3和第三吹扫时长t3对阳极进行氢气吹扫，从而进一步降低由氢氧界面所导致的高电位存在的时间，进而延长氢燃料电池电堆的使用安全/使用寿命。其中，第三吹扫压力p3大于第二吹扫压力p2，第三吹扫时长t3大于第二吹扫时长t2。
98.反之，若任一初始单片电压均不大于电压阈值，则检测确认不存在由氢氧界面所导致的高电位，则继续维持原吹扫压力和原吹扫时长。
99.图2示出了本技术一实施例中在氢燃料电池电堆启动之时对阳极进行氢气吹扫控制的详细流程图。
100.参见图2，在一实施例中，氢燃料电池电堆上电之后，触发启动指令。在接收到启动指令后，氢燃料电池电堆的控制系统对阴极的入堆空气压力进行检测，以确认其是否超过100kpa。
101.若阴极的入堆空气压力未超过100kpa，则控制背压阀以姿态pos0关闭，并按照第一吹扫压力p1和第一吹扫时长t1对阳极进行氢气吹扫，以在阳极中快速供给高纯度的氢气。
102.若阴极的入堆空气压力超过100kpa，则将背压阀以姿态pos1开启一定开度，使得对阳极进行氢气吹扫的过程中，向阴极供给一定空气，提高阴极的入堆空气压力，并加大阳极的吹扫压力和吹扫时长——按照第二吹扫压力p2和第二吹扫时长t2对阳极进行氢气吹扫，以在阳极中快速供给高纯度的氢气。
103.并且，在氢燃料电池电堆启动之前，对单片电池的单片电压进行检测，得到单片电池在启动之前的初始单片电压v0。然后将初始单片电压v0与预设的电压阈值v1进行对比，若存在某一初始单片电压v0大于电压阈值v1，则确认存在由氢氧界面所导致的高电位；反之，若任一初始单片电压v0均不大于电压阈值v1，则确认不存在由氢氧界面所导致的高电位。
104.若检测确认存在由氢氧界面所导致的高电位，则将吹扫压力提高至第三吹扫压力p3，并将吹扫时长提高至第三吹扫时长t3，然后以第三吹扫压力p3和第三吹扫时长t3对阳极进行氢气吹扫，从而进一步降低由氢氧界面所导致的高电位存在的时间，进而延长氢燃料电池电堆的使用安全/使用寿命。
105.其中，第三吹扫压力p3大于第二吹扫压力p2，第三吹扫时长t3大于第二吹扫时长t2。第二吹扫压力p2大于第一吹扫压力p1，第二吹扫时长t2大于第一吹扫时长t1。
106.在对阳极进行氢气吹扫结束之后，即可计算目标拉载电流以启动氢燃料电池电堆。
107.图3示出了在一实施例中采用相关技术所提供的以固定吹扫压力的方式对阳极进行氢气吹扫时，单片电压的变化示意图。图4示出了在一实施例中采用本技术所提供的以变化吹扫压力的方式对阳极进行氢气吹扫时，单片电压的变化示意图。
108.参见图3和图4，在一实施例中，当单片电压大于0.4v时，便认为氢燃料电池电堆中存在由氢氧界面所导致的高电位。
109.由图3可见，采用相关技术所提供的以固定吹扫压力的方式对阳极进行氢气吹扫时，单片电压大概是在2～6秒这一时段大于0.4v。即，相关技术所提供方式，由氢氧界面所导致的高电位约持续4秒。
110.由图4可见，采用本技术所提供的以变化吹扫压力的方式对阳极进行氢气吹扫时，单片电压大概是在2.5～4.5秒这一时段大于0.4v。即，本技术所提供方式，由氢氧界面所导致的高电位约持续2秒。
111.由此可见，相比于相关技术所提供的以固定吹扫压力的方式对阳极进行氢气吹扫，本技术所提供的以变化吹扫压力的方式对阳极进行氢气吹扫，降低了由氢氧界面所导致的高电位的持续时长，从而提高了氢燃料电池电堆的使用安全和使用寿命。
112.图5示出了本技术一实施例中计算目标拉载电流并采用目标拉载电流启动氢燃料电池电堆的详细流程图。
113.参见图5，在一实施例中，基于单片电池的开路电压预先设置目标单片电压v2，并在氢气吹扫的过程中实时获取单片电池所反馈的实时单片电压，然后得到实时单片电压对应的平均单片电压v
mean
，或者实时单片电压对应的最小单片电压v
min
。
114.在氢气吹扫结束之后，按照公式δi＝v2-v
mean
，或者按照公式δi＝v2-v
min
，实时计算得到对应时刻所需补偿的补偿电流δi。
115.然后按照公式i
start
＝i0+δi计算得到对应时刻的目标拉载电流i
start
，并采用动态变化的目标拉载电流i
start
启动氢燃料电池电堆。其中，i0为氢燃料电池电堆在怠速状态下的怠速电流。
116.图6示出了在一实施例中采用相关技术所提供的以固定拉载电流的方式对氢燃料电池电堆进行启动时，单片电压的变化示意图。图7示出了在一实施例中采用本技术所提供的以动态变化拉载电流的方式对氢燃料电池电堆进行启动时，单片电压的变化示意图。
117.参见图6和图7，在一实施例中，当单片电压大于0.85v时，便认为氢燃料电池电堆中存在由拉载电流所导致的高电位。
118.由图6可见，采用相关技术所提供的以固定拉载电流的方式对氢燃料电池电堆进行启动时，单片电压大概是在3.5～9.5秒这一时段大于0.85v。即，相关技术所提供方式，由
拉载电流所导致的高电位约持续6秒，而且在9.5秒左右才真正完成启动。
119.由图7可见，采用本技术所提供的以动态变化拉载电流的方式对氢燃料电池电堆进行启动时，单片电压大概是在2.5～6.5秒这一时段大于0.85v。即，本技术所提供方式，由拉载电流所导致的高电位约持续4秒，而且在6.5秒左右便真正完成启动。
120.由此可见，相比于相关技术所提供的以固定拉载电流的方式对氢燃料电池电堆进行启动，本技术所提供的以动态变化拉载电流的方式对氢燃料电池电堆进行启动，降低了有拉载电流所导致的高电位的持续时长，并且更快地完成了启动，从而提高了氢燃料电池电堆使用安全/使用寿命、启动速度。并且，当相关技术所采用的固定拉载电流过大时，还会容易导致氢燃料电池电堆启动失败，因此，本技术所提供的以动态变化拉载电流的方式对氢燃料电池电堆进行启动，还提高了氢燃料电池电堆的启动成功率。
121.图8示出了根据本技术一实施例的氢燃料电池电堆启动控制装置的框图，该装置包括：
122.启动响应模块210，配置为响应于启动指令，实时获取氢燃料电池电堆中的单片电池所反馈的实时单片电压，并对氢燃料电池电堆的阳极进行氢气吹扫；
123.补偿电流计算模块220，配置为在氢气吹扫结束后，向氢燃料电池电堆的阴极供给空气，并基于实时单片电压以及目标单片电压，计算对应时刻所需补偿的补偿电流；目标单片电压是基于单片电池的开路电压所预设的；
124.拉载电流启动模块230，配置为基于补偿电流以及氢燃料电池电堆在怠速状态下的怠速电流，计算得到对应时刻实际所需的目标拉载电流，并采用目标拉载电流启动氢燃料电池电堆。
125.在本技术的一示例性实施例中，补偿电流计算模块220配置为：
126.基于实时单片电压，计算单片电池在对应时刻的平均单片电压；
127.获取平均单片电压与目标单片电压之间的电压差，并基于电压差，计算补偿电流。
128.在本技术的一示例性实施例中，补偿电流计算模块220配置为：
129.基于实时单片电压，计算单片电池在对应时刻的最小单片电压；
130.获取最小单片电压与目标单片电压之间的电压差，并基于电压差，计算补偿电流。
131.在本技术的一示例性实施例中，拉载电流启动模块230配置为：
132.计算补偿电流与怠速电流之间的电流和，得到目标拉载电流。
133.在本技术的一示例性实施例中，启动响应模块210配置为：
134.响应于启动指令，检测阴极的入堆空气压力是否超过预设的压力阈值；
135.若检测确认入堆空气压力未超过压力阈值，则控制背压阀关闭，并以第一吹扫压力和第一吹扫时长对阳极进行氢气吹扫；
136.若检测确认入堆空气压力超过压力阈值，则控制背压阀开启，并以第二吹扫压力和第二吹扫时长对阳极进行氢气吹扫；第二吹扫压力大于第一吹扫压力，第二吹扫时长大于第一吹扫时长。
137.在本技术的一示例性实施例中，启动响应模块210配置为：
138.基于单片电池在启动之前的初始单片电压以及预设的电压阈值，检测是否存在高电位；
139.若检测确认存在高电位，则将吹扫压力提高至第三吹扫压力，并将吹扫时长提高
至第三吹扫时长；第三吹扫压力大于第二吹扫压力，第三吹扫时长大于第二吹扫时长。
140.在本技术的一示例性实施例中，压力阈值是基于一个标准大气压所预设的。
141.下面参考图9来描述根据本技术实施例的电子设备30。图9显示的电子设备30仅仅是一个示例，不应对本技术实施例的功能和使用范围带来任何限制。
142.如图9所示，电子设备30以通用计算设备的形式表现。电子设备30的组件可以包括但不限于：至少一个处理单元310、至少一个存储单元320、连接不同系统组件(包括存储单元320和处理单元310)的总线330。
143.其中，存储单元320存储有程序代码，程序代码可以被处理单元310执行，使得处理单元310执行本说明书上述示例性方法的描述部分中描述的根据本发明各种示例性实施方式的步骤。例如，处理单元310可以执行如图1中所示的各个步骤。
144.存储单元320可以包括易失性存储单元形式的可读介质，例如随机存取存储单元(ram)3201和/或高速缓存存储单元3202，还可以进一步包括只读存储单元(rom)3203。
145.存储单元320还可以包括具有一组(至少一个)程序模块3205的程序/实用工具3204，这样的程序模块3205包括但不限于：操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。
146.总线330可以为表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储单元总线或者存储单元控制器、外围总线、图形加速端口、处理单元或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。
147.电子设备30也可以与一个或多个外部设备400(例如键盘、指向设备、蓝牙设备等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该电子设备30交互的设备通信，和/或与使得该电子设备30能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如路由器、调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(i/o)接口350进行。输入/输出(i/o)接口350与显示单元340相连。并且，电子设备30还可以通过网络适配器360与一个或者多个网络(例如局域网(lan)，广域网(wan)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图所示，网络适配器360通过总线330与电子设备30的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合电子设备30使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、raid系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。
148.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施方式可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此，根据本技术实施方式的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是cd-rom，u盘，移动硬盘等)中或网络上，包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、终端装置、或者网络设备等)执行根据本技术实施方式的方法。
149.在本技术的示例性实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机可读指令，当计算机可读指令被计算机的处理器执行时，使计算机执行上述方法实施例部分描述的方法。
150.根据本技术的一个实施例，还提供了一种用于实现上述方法实施例中的方法的程序产品，其可以采用便携式紧凑盘只读存储器(cd-rom)并包括程序代码，并可以在终端设备，例如个人电脑上运行。然而，本发明的程序产品不限于此，在本文件中，可读存储介质可
以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
151.程序产品可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以为但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。
152.计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了可读程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。可读信号介质还可以是可读存储介质以外的任何可读介质，该可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
153.可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、有线、光缆、rf等等，或者上述的任意合适的组合。
154.可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如java、c++等，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络，包括局域网(lan)或广域网(wan)，连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
155.应当注意，尽管在上文详细描述中提及了用于动作执行的设备的若干模块或者单元，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本技术的实施方式，上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之，上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。
156.此外，尽管在附图中以特定顺序描述了本技术中方法的各个步骤，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选的，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等。
157.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施方式可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此，根据本技术实施方式的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是cd-rom，u盘，移动硬盘等)中或网络上，包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、移动终端、或者网络设备等)执行根据本技术实施方式的方法。
158.本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本技术的其它实施方案。本技术旨在涵盖本技术的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或
者适应性变化遵循本技术的一般性原理并包括本技术未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本技术的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

技术特征：
1.一种氢燃料电池电堆启动控制方法，其特征在于，所述方法包括：响应于启动指令，实时获取所述氢燃料电池电堆中的单片电池所反馈的实时单片电压，并对所述氢燃料电池电堆的阳极进行氢气吹扫；在氢气吹扫结束后，向所述氢燃料电池电堆的阴极供给空气，并基于所述实时单片电压以及目标单片电压，计算对应时刻所需补偿的补偿电流；所述目标单片电压是基于所述单片电池的开路电压所预设的；基于所述补偿电流以及所述氢燃料电池电堆在怠速状态下的怠速电流，计算得到对应时刻实际所需的目标拉载电流，并采用所述目标拉载电流启动所述氢燃料电池电堆。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述实时单片电压以及目标单片电压，计算对应时刻所需补偿的补偿电流，包括：基于所述实时单片电压，计算所述单片电池在对应时刻的平均单片电压；获取所述平均单片电压与所述目标单片电压之间的电压差，并基于所述电压差，计算所述补偿电流。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述实时单片电压以及目标单片电压，计算对应时刻所需补偿的补偿电流，包括：基于所述实时单片电压，计算所述单片电池在对应时刻的最小单片电压；获取所述最小单片电压与所述目标单片电压之间的电压差，并基于所述电压差，计算所述补偿电流。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述补偿电流以及所述氢燃料电池电堆在怠速状态下的怠速电流，计算得到对应时刻实际所需的目标拉载电流，包括：计算所述补偿电流与所述怠速电流之间的电流和，得到所述目标拉载电流。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述氢燃料电池电堆的阳极进行氢气吹扫，包括：响应于所述启动指令，检测所述阴极的入堆空气压力是否超过预设的压力阈值；若检测确认所述入堆空气压力未超过所述压力阈值，则控制背压阀关闭，并以第一吹扫压力和第一吹扫时长对所述阳极进行氢气吹扫；若检测确认所述入堆空气压力超过所述压力阈值，则控制所述背压阀开启，并以第二吹扫压力和第二吹扫时长对所述阳极进行氢气吹扫；所述第二吹扫压力大于所述第一吹扫压力，所述第二吹扫时长大于所述第一吹扫时长。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：基于所述单片电池在启动之前的初始单片电压以及预设的电压阈值，检测是否存在高电位；若检测确认存在高电位，则将吹扫压力提高至第三吹扫压力，并将吹扫时长提高至第三吹扫时长；所述第三吹扫压力大于所述第二吹扫压力，所述第三吹扫时长大于所述第二吹扫时长。7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述压力阈值是基于一个标准大气压所预设的。8.一种氢燃料电池电堆启动控制装置，其特征在于，所述装置包括：启动响应模块，配置为响应于启动指令，实时获取所述氢燃料电池电堆中的单片电池
所反馈的实时单片电压，并对所述氢燃料电池电堆的阳极进行氢气吹扫；补偿电流计算模块，配置为在氢气吹扫结束后，向所述氢燃料电池电堆的阴极供给空气，并基于所述实时单片电压以及目标单片电压，计算对应时刻所需补偿的补偿电流；所述目标单片电压是基于所述单片电池的开路电压所预设的；拉载电流启动模块，配置为基于所述补偿电流以及所述氢燃料电池电堆在怠速状态下的怠速电流，计算得到对应时刻实际所需的目标拉载电流，并采用所述目标拉载电流启动所述氢燃料电池电堆。9.一种电子设备，其特征在于，包括：一个或多个处理单元；存储单元，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理单元执行时，使得所述电子设备实现如权利要求1至7任一项所述的方法。10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机可读指令，当所述计算机可读指令被计算机的处理器执行时，使计算机执行权利要求1至7任一项所述的方法。

技术总结
本申请提供了一种氢燃料电池电堆启动控制方法、装置及电子设备，该方法包括：响应于启动指令，实时获取氢燃料电池电堆中的单片电池所反馈的实时单片电压，并对氢燃料电池电堆的阳极进行氢气吹扫；在氢气吹扫结束后，向氢燃料电池电堆的阴极供给空气，并基于实时单片电压以及目标单片电压，计算对应时刻所需补偿的补偿电流；目标单片电压是基于单片电池的开路电压所预设的；基于补偿电流以及氢燃料电池电堆在怠速状态下的怠速电流，计算得到对应时刻实际所需的目标拉载电流，并采用目标拉载电流启动氢燃料电池电堆。本申请能够兼顾氢燃料电池电堆的使用安全/使用寿命、启动速度以及启动成功率。动成功率。动成功率。


技术研发人员：赵晓 赖开昌 林思聪 陈砚才 冯浩
受保护的技术使用者：广州汽车集团股份有限公司
技术研发日：2023.08.08
技术公布日：2023/10/19