具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步地详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1所示，本申请实施例的第一方面提出了一种燃料电池系统的控制方法，包括：

步骤101：响应于低功率作业请求；在车辆需要进入怠速状态下，车辆可以发出低功率作业请求，在接受到低功率作业请求后即可响应于低功率作业请求。

步骤102：获取燃料电池系统的电压信息。在燃料电池系统进入到低功率作业模式后，获取燃料电池系统的电压信息，以对燃料电池的电堆所处公开进行监控，便于基于电压信息调控燃料电池系统的作业参数。

步骤103：基于电压信息，调节燃料电池系统的空气供给参数、燃料供给参数和排空阀的作业参数中的至少一者，以使燃料电池系统的电压信息低于第一阈值。

本实施例提供的燃料电池系统的控制方法，在燃料电池系统需要进行低功率作业时，可以响应于低功率作业请求，进一步获取燃料电池系统的电压信息，再进一步基于电压信息调节燃料电池系统的空气供给参数、燃料供给参数和排空阀的作业参数中的至少一者，使得燃料电池系统的电压信息低于第一阈值。使得燃料电池系统在低功率作业的情况下，能够对燃料电池系统的电压进行控制，能够避免或抑制催化剂的氧化，进而保障电堆质子交换膜的催化剂的使用寿命，提高燃料电池系统的电堆的使用寿命。

可以理解的是，在第一电压信息高于第一阈值的情况下，则说明燃料电池系统的电压较高，燃料电池系统的催化剂有被氧化的风险，此时调节空气供给参数、燃料供给参数和排空阀的作业参数中的至少一者，例如可以降低空气供给量和供给速率和/或降低燃料供给量和供给速率以减少能够参与到燃料电池反应的原料，进而可以降低燃料电池系统的电堆内的电压，以避免电堆内的催化剂在高电压状态下被氧化。同样的也可以延长排空阀的开启周期，降低燃料电池系统排放燃料尾气的频率，能够使得电堆内的氮气浓度增加，进而抑制燃料电池的反应，同样可以降低燃料电池系统的电堆内的电压，以避免电堆内的催化剂在高电压状态下被氧化。

可以理解的是，通过调节空气供给参数、燃料供给参数和排空阀的作业参数中的至少一者即可对燃料电池系统内的电压进行调节，而调节的参数越多对抑制燃料电池系统内的催化剂氧化的效果就越好。例如同时调节空气供给参数、燃料供给参数和排空阀的作业参数可以最大限度地抑制燃料电池系统内的催化剂氧化，能够提高电堆的使用寿命。

可以理解的是，燃料电池系统包括燃料输出管路，燃料输出管路用于排放电堆内的尾气，而尾气的组要成分包括氮气、氢气和水，其中氮气所占的比例最大，如若延长排空阀的开启周期则会使电堆内的氮气浓度升高。

在一些示例中，获取燃料电池系统的电压信息的步骤包括：采集获取燃料电池系统的电堆的电堆单片电压。

可以采集电堆的电堆单片电压作为燃料电池系统的电压信息；一方面，电堆的电堆单片电压便于采集和获取；另一方面，电堆单片电压可以更好地表征电堆质子交换膜的催化剂所处的电压环境，例如在电堆单片电压超过0.85V时，电堆质子交换膜的催化剂会加速氧化，因此将电堆单片电压作为电压信息便于保障电堆的使用寿命。

在一些示例中，基于电压信息，调节燃料电池系统的空气供给参数的步骤包括：

在电堆单片电压大于第一阈值的情况下，降低燃料电池系统的空气进堆压力和空气计量比，使得空气进堆压力小于第二阈值，空气计量比小于第三阈值；

其中，第一阈值的取值小于或等于0.85V，第二阈值的取值大于或等于100kPa，小于或等于120kPa，第三阈值的取值大于或等于1.02，小于1.5。

在电堆单片电压大于第一阈值的情况下，说明电堆质子交换膜的催化剂有可能会加速氧化，此时可以降低空气进堆压力和空气计量比，以减少向燃料电池系统供给的空气量，减少用于参与燃料电池反应的原料，降低燃料电池系统的输出功率，进而可以使电堆单片电压降低，能够抑制或避免电堆质子交换膜的催化剂的氧化，可以提高电堆的使用寿命。

可以理解的是，空气计量比是指空气实际供给量与燃料电池理论空气用量的比值，在燃料电池处于非低功率作业模式的情况下，为了提高燃料电池反应的效率，空气计量需要大于1.5，在该技术方案中，将空气计量比降低至1.02至1.5，可以减少空气向燃料电池系统的供给量，降低燃料电池系统的输出功率；同时还可以使燃料电池系统维持在作业状态，便于在燃料电池系统切换作业模式时的快速响应，例如车辆在等待信号灯时，车辆停止运行，车辆发出了低功率作业请求，而在信号灯运行车辆通过时，需要燃料电池系统处于功率输出工况，此时只需要增加空气进堆压力和空气计量比即可快速响应与车辆的行驶需求。

可以理解的是，在燃料电池处于非低功率作业模式的情况下，为了提高燃料电池反应的效率，空气进堆压力通常要维持在120kPa以上，在该技术方案中，将空气进堆压力维持在100kPa至120kPa之间，可以减少空气向燃料电池系统的供给量，降低燃料电池系统的输出功率；同时还可以使燃料电池系统维持在作业状态，便于在燃料电池系统切换作业模式时的快速响应。

在一些示例中，第二阈值的取值介于100kPa至101kPa，可以起到更好地降低电堆单片电压的效果，同时能够使燃料电池处于工作状态，便于快速响应。

在一些示例中，基于电压信息，调节燃料电池系统的燃料供给参数的步骤包括：

在电堆单片电压大于第一阈值的情况下，降低燃料电池系统的燃料进堆压力，降低燃料计量比，使得燃料进堆压力小于第四阈值，燃料计量比大于第五阈值；

其中，第一阈值的取值小于或等于0.85V，第四阈值的取值大于或等于102kPa，小于或等于120kPa，第五阈值的取值大于或等于1，小于或等于1.3。

在电堆单片电压大于第一阈值的情况下，说明电堆质子交换膜的催化剂有可能会加速氧化，此时可以降低燃料进堆压力和燃料计量比，以减少向燃料电池系统供给的燃料量，减少用于参与燃料电池反应的原料，降低燃料电池系统的输出功率，进而可以使电堆单片电压降低，能够抑制或避免电堆质子交换膜的催化剂的氧化，可以提高电堆的使用寿命。

可以理解的是，燃料计量比是指燃料实际供给量与燃料电池理论燃料用量的比值，在燃料电池处于非低功率作业模式的情况下，为了提高燃料电池反应的效率，燃料计量需要大于1.3，在该技术方案中，将燃料计量比降低至1.02至1.3，可以减少燃料向燃料电池系统的供给量，降低燃料电池系统的输出功率；同时还可以使燃料电池系统维持在作业状态，便于在燃料电池系统切换作业模式时的快速响应，例如车辆在等待信号灯时，车辆停止运行，车辆发出了低功率作业请求，而在信号灯运行车辆通过时，需要燃料电池系统处于功率输出工况，此时只需要增加燃料进堆压力和燃料计量比即可快速响应与车辆的行驶需求。

可以理解的是，在燃料电池处于非低功率作业模式的情况下，为了提高燃料电池反应的效率，燃料进堆压力通常要维持在125kPa以上，在该技术方案中，将燃料进堆压力维持在102kPa至120kPa之间，可以减少燃料向燃料电池系统的供给量，降低燃料电池系统的输出功率；同时还可以使燃料电池系统维持在作业状态，便于在燃料电池系统切换作业模式时的快速响应。

在一些示例中，第四阈值的取值介于102kPa至105kPa，可以起到更好地降低电堆单片电压的效果，同时能够使燃料电池处于工作状态，便于快速响应。

在一些示例中，基于电压信息，调节燃料电池系统的排空阀的作业参数的步骤包括：

在电堆单片电压大于第一阈值的情况下，增加排空阀的开启周期和/或缩短排空阀的开启时间；

其中，第一阈值的取值小于或等于0.85V。

在电堆单片电压大于第一阈值的情况下，说明电堆质子交换膜的催化剂有可能会加速氧化，此时可以增加排空阀的开启周期和/或缩短排空阀的开启时间，以减少排空阀有效开启的时间，使得电堆内能够积累更多的氮气，抑制燃料电池内部的反应，降低燃料电池系统的输出功率，进而可以使电堆单片电压降低，能够抑制或避免电堆质子交换膜的催化剂的氧化，可以提高电堆的使用寿命。

如图2所示，根据本申请实施例的第二方面提供了一种燃料电池系统的控制装置200，包括：

存储器210，存储有计算机程序；

处理器220，执行计算机程序；

其中，处理器220在执行计算机程序时，实现如上述任一技术方案的燃料电池系统的控制方法。

本申请提供的燃料电池系统的控制装置200，因其理器在执行计算机程序时，实现如上述任一技术方案的燃料电池系统的控制方法，因此该处理器220具备燃料电池系统的控制方法的全部有益效果，在此不做赘述。

如图3所示，根据本申请实施例的第三方面提供了一种燃料电池系统，包括：电堆1，电堆1连通有空气输入管路2、空气输出管路3、燃料输入管路4和燃料输出管路5；空气控制组件，设置在空气输入管路2和空气输出管路3上；燃料控制组件，设置在燃料输入管路4和燃料输出管路5；上述技术方案的控制装置200，控制装置200连接于空气控制组件和燃料控制组件，控制装置200用于：通过空气控制组件，调节燃料电池系统的空气供给参数；和/或通过燃料控制组件，调节燃料电池系统的燃料供给参数和/或排空阀702的作业参数。

本申请实施例提供的燃料电池系统，因包括了上述技术方案的控制装置200，因此该燃料电池系统具备上述燃料电池系统的控制装置200的全部有益效果。

本申请实施例提供的燃料电池系统包括了电堆1、空气控制组件和燃料控制组件。

通过在空气输入管路2和空气输出管路3上设置空气控制组件，即可对空气的供给量、空气进堆压力和空气计量比进行控制，在电堆单片电压的值过高时，只需要控制装置200调节空气控制组件即可降低空气的供给量，以大幅度降低电堆单片电压，避免或抑制电堆1质子交换膜的催化剂的氧化。

通过在燃料输入管路4和燃料输出管路5上设置燃料控制组件，即可对燃料的供给量、燃料进堆压力、燃料计量比进行控制和排空阀702的开启周期和/或开启时间，在电堆单片电压的值过高时，只需要控制装置200调节燃料控制组件即可降低燃料的供给量，以大幅度降低电堆单片电压，避免或抑制电堆1质子交换膜的催化剂的氧化。

在一些示例中，燃料电池系统还包括：电压检测单元，连接于电堆1，用于检测电堆1的电堆单片电压。

燃料电池系统包括电压检测单元，能够对电堆1的电堆单片电压进行检测，控制装置200通信连接于电压检测单元即可获知到燃料电池系统的电压信息。

在一些示例中，空气控制组件包括：节流阀601，设置在空气输入管路2上；空压机602，设置在空气输入管路2上，位于节流阀601与电堆1之间；流量计603，设置在空气输入管路2上；背压阀604，设置在空气输出管路3上；泄压管路605，一端连接于空气输入管路2，另一端连接于空气输出管路3；泄压阀606，设置在泄压管路605上。

空气控制组件包括：节流阀601、空压机602和背压阀604，而节流阀601和空压机602设置在空气输入管路2，控制装置200连接于节流阀601和空压机602，只需要减小节流阀601的开度或减小空压机602的转速即可减小空气的供给量，减小空气进堆压力和空气计量比。背压阀604设置在空气输出管路3上，通过调小背压阀604的开启周期或减小背压阀604的开度，即可减缓空气流经电堆1的速率，即可实现减小空气的供给量，减小空气进堆压力和空气计量比。

空气控制组件还包括：泄压阀606和泄压管路605，在减小背压阀604的开度和/或减少背压阀604的开启时间的情况下，同样可以减缓空气流经电堆1的速率，即可实现减小空气的供给量，减小空气进堆压力和空气计量比。

空气控制组件还包括：流量计603，通过流量计603的设置可以对输入到电堆1内的空气量进行统计，流量计603连接于控制器，便于精准空气供给参数。

如图3所示，在一些示例中，空气控制组件还可以包括：第一温压传感器607和第二温压传感器608，第一温压传感器607设置在空气输入管路2上，以检测供给到电堆1内的空气的温度，第二温压传感器608设置在空气输出管路3上，以检测经由电堆1排出的空气的温度，利于对电堆1的作业状态进行监控，使得燃料电池系统使用更为安全。

如图3所示，在一些示例中，燃料控制组件包括：比例阀701，设置在燃料输入管路4上；排空阀702，设置在燃料输出管路5上；气液分离器703，设置在燃料输出管路5上，位于排空阀702与电堆1之间；循环管路704，一端连通于燃料输入管路4，另一端连通于气液分离器703的出气口。

燃料控制组件包括：比例阀701和排空阀702，比例阀701设置在燃料输出管路5上，比例阀701可以连接于控制装置200，控制装置200减小比例阀701的开度，即可减少燃料的供给量，以降低电堆单片电压；排空阀702设置在燃料输出管路5上，通过减少排空阀702的开启时间，可以使得电堆1内积留更多的氮气，可以对燃料电池的反应进行抑制，可以大幅降低电堆单片电压。

燃料控制组件包括：气液分离器703和循环管路704，通过气液分离器703和循环管路704的设置可以对经由燃料输出管路5输出的物质进行气液分离，分离出的液体可以通过排空阀702进行排放，而分离出的氢气可以经由循环管路704返回至电堆1，可以提高燃料利用率。

如图3所示，在一些示例中，为了便于氢气的循环利用，可以在循环管路704上设置回氢泵705，已将经由气液分离器703分离出的氢气供给到电堆1内。

具体实施例

本实施例提供一种燃料电池系统如图3，燃料电池系统包括了电堆1、空气控制组件、燃料控制组件和控制装置200，空气控制组件包括节流阀601、空压机602、泄压阀606、流量计603、第一温压传感器607、第二温压传感器608、背压阀604。空气系统气流方向为：节流阀601、空压机602、流量计603、第一温压传感器607、电堆1、第二温压传感器608、背压阀604，当泄压阀606开启时，还有一部分空气进入泄压阀606后再进入背压阀604。燃料控制组件包括比例阀701、第一压力传感器706、第二压力传感器707、气液分离器703、回氢泵705、排空阀702。氢气系统气流方向为：比例阀701、第一压力传感器706、电堆1、第二压力传感器707、气液分离器703、回氢泵705，当排空阀702开启时，气液分离器703分离的液态水及部分氮气杂质从排空阀702排出。

节流阀601位于空压机602的入口，其作用是实现空气节流，将空气进堆压力降低至大气压附近，如90～100kPa，空压机602为电堆1提供所需空气流量，流量计603检测进堆空气流量，空压机602和背压阀604联合作用实现空气流量和压力的调节，当需要旁通多余的空气时，开启泄压阀606进行泄压泄流，第一温压传感器607和第二温压传感器608用来检测空气进堆和出堆的温度压力。氢气系统比例阀701的作用是调节氢气进堆流量，第一压力传感器706和第二压力传感器707用来检测氢气进堆出堆的压力，气液分离器703用来分离氢气中的液态水，回氢泵705实现氢气循环利用。排空阀702的作用是定期排出氢气中的液态水和氮气杂质气体，在相同电堆1运行工况下，当排空阀702开启频率适度时，可以将氢气中的液态水完全排出，同时可排出较多的氮气杂质，使进堆氢气浓度控制在95％以上，当排空阀702开启频率较低时，排出的液态水和氮气杂质较少，氢气进堆浓度低于95％，当排空阀702的开启频率较高时，排出的液态水和氮气杂质较多，进堆氢气浓度虽可以达到95％以上，但是大量的氢气会排到大气中浪费掉，降低了氢气利用率。

电堆1是实现氢气与氧气的化学反应并输出电能，同时反馈单片电压值给控制装置200，电堆1极化曲线见图2，当电堆1运行电流在I1附近时，电堆1的单片电压大于0.85V限制，电堆1衰减速率大幅增加，I1电流一般为0.01～0.05A/cm^2。

控制装置200实现各传感器、执行器的信号检测和执行器、开关等控制，控制器内设空气计量比实时计算程序，空气计量比根据空气流量计603反馈的流量值与当前电流所需理论空气消耗值之比得出，并结合空气进堆温度和压力等参数对计量比计算值进行修正。氢气计量比实时计算程序，氢气进堆流量是根据比例阀701开度、氢泵转速和氢泵进出口压力值计算出，将氢气进堆流量与当前电流所需理论氢气消耗值之比得到氢气计量比，并结合氢气进堆温度和压力等参数对计量比计算值进行修正。

具体实施方法如下：

如图5所示，燃料电池系统的控制方法如下：

步骤301：判断是否接收到低功率作业请求，若是执行步骤302，若否执行步骤308；

步骤302：响应于低功率作业请求；

步骤303：设定电堆电流I1；

步骤304：调节空气控制组件，使得所述空气进堆压力小于第二阈值，所述空气计量比小于第三阈值；

步骤305：调节燃料控制组件，使得所述燃料进堆压力小于第四阈值，所述燃料计量比大于第五阈值；

步骤306：调节排空阀的作业参数，增加所述排空阀的开启周期和/或缩短所述排空阀的开启时间；

步骤307：判断电堆单片电压是否大于第一阈值，若是则执行步骤306，若否则结束；

步骤308：响应于需求功率。

当整车或负载对燃料电池系统需求输出功率大于最小运行功率时，通过控制装置200调节电堆1电流和子系统参数来响应系统需求输出功率。

如图4所示，在燃料电池处于低功率作业模式下，如果电堆电流一定，那么燃料电池系统的功率越高则电压越大，例如在附图1中V1处的电压高于0.85V有较大概率引起电堆质子交换膜的催化剂快速氧化，而在V2处电压低于0.85V，则电堆质子交换膜的催化剂被氧化的概率低。

当燃料电池系统需求输出功率为最小运行功率时，通过控制装置200设定电堆电流I1，同时调节空气系统参数，控制空压机602以最低转速怠速运行，调节节流阀601、背压阀604和泄压阀606开度，将空气进堆压力控制在超低值100-101kPa，控制空气计量比在1.02～1.05之间。调节氢气系统参数，即比例阀701开度、氢泵转速24，将氢气进堆压力控制最小值102～105kPa，控制氢气计量比在1～1.3之间。此时，如图4所示，电堆单片电压逐渐从V1下降至接近V2，然后减小排空阀702的开启频率，即增加开启周期，减小开启时长，降低进堆氢气的浓度，直至电堆单片电压下降至V2(小于0.85V)，控制排空阀702的频率，使电堆单片电压始终保持在V2左右，正负偏差小于0.005V，那么这种状态下电堆1的运行功率达到最小值，大约在0.5～1kW左右。

控制空气进堆压力远小于通常运行值120kPa，控制空气计量比远小于通常运行值1.5，目的是通过降低氧气分压来降低电堆1内部化学反应速率，从而降低电堆单片电压值。

控制氢气进堆压力远小于通常运行值125kPa，目的是通过降低氢气分压来降低电堆1内部化学反应速率，从而降低电堆单片电压值。

控制氢气计量比远大于通常运行值1.3，减小控制排空阀702的频率，目的是提高氢气进堆的氮气浓度，氢气中的氮气来源于空气侧渗透，进堆氢气中氮气浓度的提升降低了电堆1内部化学反应速率，从而大幅降低电堆单片电压值。

在本发明的描述中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本发明中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。