燃料电池阳极间歇排氢系统及其控制方法技术方案

技术编号：13287735 阅读：40 留言：0更新日期：2016-07-09 03:16

一种燃料电池阳极间歇排氢系统及其控制方法，所述控制方法包括：实时监测燃料电池电堆的电压及所述燃料电池电堆阳极出口处的氮气浓度；当确定所述燃料电池电堆在阳极排氢关闭期间的电压压降值大于预设的压降阈值时，控制所述燃料电池电堆阳极出口的氢气开始排放；当确定所述燃料电池电堆阳极出口处的氮气浓度小于预设的氮气浓度阈值时，控制所述燃料电池电堆阳极出口的氢气排放停止。所述排氢系统及其控制方法可以在维持燃料电池电堆电压的稳定性的基础上提高燃料电池系统的氢气利用效率。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及燃料电池
，尤其涉及一种燃料电池阳极间歇排氢系统及其控制方法。
技术介绍
质子交换膜燃料电池(ProtonExchangeMembraneFuelCell，PEMFC)由于其环境友好性、能量转换率高和快速响应等优点，被认为是目前最清洁和高效的新能源发电装置。燃料电池及其系统的寿命是影响其商业化发展的重要因素，尤其是车用燃料电池系统。其中，燃料电池阳极排氢系统的设计方式对燃料电池电堆性能的衰减有很大影响。在PEMFC的实际运行中，氢气和氧气反应生成的液态水大量存在于阴极流道，液态水一部分随着空气流出电堆，另一部分通过膜电极扩散到阳极。如果阳极的排气系统不能及时排出阳极流道内的液态水，就会导致液态水在阳极的催化层和气体扩散层累积，引起局部水淹，导致燃料电池催化剂的性能衰减。同时，由于浓度梯度的影响，阴极的氮气也会通过膜电极扩散到阳极，而氮气的累积会导致阳极局部欠气，也会导致催化剂性能的衰减。燃料电池系统阳极排氢的主要目的有两点：(1)排出阳极扩散层和流道内的液态水；(2)排出阳极杂质气体的累积，特别是氮气的累积。如果采用常排的方式，一方面液态水在流道和扩散层表面张力的作用下难以排出，另一方面常会造成氢气的浪费，导致系统对氢气的利用效率很低。因此，间歇排氢被广泛用作阳极排氢的方法，但是排氢时长和间隔如何确定一直是业界的难点。
技术实现思路
本专利技术实施例的一个方面解决的...

【技术保护点】
一种燃料电池阳极间歇排氢系统的控制方法，其特征在于，包括：实时监测燃料电池电堆的电压及所述燃料电池电堆阳极出口处的氮气浓度；当确定所述燃料电池电堆在阳极排氢关闭期间的电压压降值大于预设的压降阈值时，控制所述燃料电池电堆阳极出口的氢气开始排放；当确定所述燃料电池电堆阳极出口处的氮气浓度小于预设的氮气浓度阈值时，控制所述燃料电池电堆阳极出口的氢气排放停止。

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池阳极间歇排氢系统的控制方法，其特征在于，包括：
实时监测燃料电池电堆的电压及所述燃料电池电堆阳极出口处的氮气浓
度；
当确定所述燃料电池电堆在阳极排氢关闭期间的电压压降值大于预设的压
降阈值时，控制所述燃料电池电堆阳极出口的氢气开始排放；
当确定所述燃料电池电堆阳极出口处的氮气浓度小于预设的氮气浓度阈值
时，控制所述燃料电池电堆阳极出口的氢气排放停止。
2.根据权利要求1所述的燃料电池阳极间歇排氢系统的控制方法，其特征在
于，采用氢气尾排阀作为所述燃料电池电堆阳极出口的氢气的排放开关，
采用电压巡检仪实时监测所述氢气尾排阀处于关闭状态时所述燃料电池电
堆的电压。
3.根据权利要求1所述的燃料电池阳极间歇排氢系统的控制方法，其特征在
于，在所述燃料电池电堆阳极出口设置有阳极出口分配器，采用氮气浓度
传感器实时监测所述阳极出口分配器内的氮气浓度值。
4.根据权利要求1所述的燃料电池阳极间歇排氢系统的控制方法，其特征在
于，所述燃料电池电堆的电压包括平均电压和最低电压，当所述燃料电池
电堆在排氢关闭期间的平均电压压降值大于预设的平均电压压降阈值或所
述燃料电池电堆在排氢关闭期间的最低电压压降值大于预设的最低电压压
降阈值时，控制所述燃料电池电堆阳极出口的氢气开始排放。
5.根据权利要求1所述的燃料电池阳极间歇排氢系统的控制方法，其特征在
于，所述预设的压降阈值包括：燃料电池系统处于第一功率输出状态的第
一压降阈值和处于第二功率输出状态的第二压降阈值，所述燃料电池系统
处于第一功率输出状态的功率大于处于第二功率输出状态的功率。
6.根据权利要求1所述的燃料电池阳极间歇排氢系统的控制方法，其特征在
于，所述预设的氮气浓度阈值包括：燃料电池系统处于第一功率输出状态
的第一浓度阈值和处于第二功率输出状态的第二浓度阈值，所述燃料电池
系统处于第一功率输出状态的功率大于处于第二功率输出状态的功率。
7.根据权利要求1所述的燃料电池阳极间歇排氢系统的控制方法，其特征在
于，所述预设的压降阈值在0-1V之间。
8.根据权利要求1所述的燃料电池阳极间歇排氢系统的控制方法，其特征在
于，所述预设的氮气浓度阈值处于0.1％和10％之间。
9.根据权利要求1-8任一项所述的燃料电池阳极间歇排氢系统的控制方法，
其特征在于，还包括：利用液态水的重力梯度，将阳极腔内累积的液态水
排出到电堆外部。
10.根据权利要求9所述的燃料电池阳极间歇排氢系统的控制方法，其特征在
于，所述利用液态水的重力梯度，将阳极腔内累积的液态水排出到电堆外
部，包括：在阳极出口分配器(14)和阳极尾排阀(17)之间设置气水分
离器(16)，且所述气水分离器(16)的入口位置低于所述阳极出口分配器
(14)的出口位置。
11.一种燃料电池阳极间歇排氢系统的控制方法，其特征在于，包括：
在燃料电池电堆阳极出口外利用液态水的重力梯度，将所述燃料电池电堆
阳极腔内累积的液态水排出电堆外部。
12.根据权利要求11所述的燃料电池阳极间歇排氢系统的控制方法，其特征在
于，所述在燃料电池电堆阳极出口外利用液态水的重力梯度，将所述燃料
电池电堆阳极腔内累积的液态水排出电堆外部，包括：
在燃料电池电堆的阳极出口分配器(14)...

【专利技术属性】
技术研发人员：余意，陈沛，胡哲，翟双，林琦，陈雪松，
申请(专利权)人：上海汽车集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31

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