一种阳极入口湿度的控制方法及相关装置制造方法及图纸

本申请公开了一种阳极入口湿度的控制方法及相关装置，其中，阳极入口湿度的控制方法在确定循环泵转速的过程中综合考虑循环路氢气、水蒸气和氮气多组分条件下循环气体需求流量，利用阳极入口湿度的控制方法确定循环泵转速并对循环泵进行控制，有利于降低动态运行过程中电堆氢入湿度波动，通过氢气循环实现系统自增湿并使电堆内湿度分布均匀，解决了电堆阳极入口湿度调节的实际值与目标值之间存在较大差异的问题，提高了系统寿命耐久性。

【技术实现步骤摘要】
一种阳极入口湿度的控制方法及相关装置
本申请涉及燃料电池
，更具体地说，涉及一种阳极入口湿度的控制方法及相关装置。
技术介绍
质子交换膜燃料电池(下文称燃料电池)，是一种新型燃料电池，其电解质是一种固体有机膜，在增湿情况下，其交换膜可传导质子。这种燃料电池由于其环境友好性，能量转换率高、无噪声和响应快速等优点，被认为是今后重点发展的新能源发电系统。燃料电池内部的水管理一直是燃料电池面临的重大挑战，质子交换膜需要维持良好的水状态进行质子传导来降低欧姆电阻损失，而膜的水状态与电池阴阳极湿度密切相关，较低湿度状态或无加湿运行会加速膜的衰减，而湿度过高电堆内水较多时会引起水淹进而导致传质的阻碍使电池性能迅速降低。所以设计一套优良的燃料电池系统并控制电堆内良好的湿度状态对性能输出和寿命耐久至关重要。现有技术中对于燃料电池的阳极入口湿度的控制方法通常是通过阳极气体的循环实现系统的自增湿，在可以维持电堆内良好的湿度状态的情况下，具有良好的湿度状态。但该方法计算的循环泵转速与实际所需的循环泵转速存在差异，造成电堆阳极入口湿度调节的实际值与目标值存在差异，引起入口湿度的波动。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本申请提供了一种阳极入口湿度的控制方法及相关装置，以解决电堆阳极入口湿度调节的实际值与目标值之间存在较大差异的问题。为实现上述技术目的，本申请实施例提供了如下技术方案：一种阳极入口湿度的控制方法，应用于至少包括循环泵、喷氢阀和排氢阀的燃料电池系统，所述阳极入口湿度的控制方法包括：获取燃料电池系统的运行参数，所述运行参数至少包括燃料电池系统的电堆的电池节数、电堆电流、电堆氢入温度、电堆氢出温度、电堆氢入压力、电堆氢出压力、电堆氢入湿度、电堆氢出湿度、电堆的阳极出口氢气体积分数、电堆的阳极出口氮气体积分数和电堆的阳极出口水蒸气体积分数；获取所述排氢阀排出的混合气量和所述电堆电流，根据所述排氢阀排除的混合气量和所述电堆的电池节数，计算所述喷氢阀的干氢气需求量；根据所述喷氢阀的干氢气需求量、所述电堆氢出湿度和所述燃料电池系统的阳极入口水蒸气目标体积分数，计算所述燃料电池系统的循环气体需求流量；根据所述循环气体需求流量和所述喷氢阀的干氢气需求量，确定所述循环泵的前后端压差；根据所述电堆的阳极出口氮气体积分数和所述电堆的阳极出口水蒸气体积分数，确定与所述电堆的阳极出口氮气体积分数和所述电堆的阳极出口水蒸气体积分数对应的循环泵转速表；所述循环泵转速表预先存储有循环泵前后端压差、循环气体需求流量和循环泵转速的对应关系；根据所述循环气体需求流量和所述循环泵的前后端压差，查询确定的所述循环泵转速表，以确定与所述循环气体需求流量和所述循环泵的前后端压差对应的循环泵转速。可选的，所述获取所述排氢阀排出的混合气量，根据所述排氢阀排除的混合气量、所述电堆电流和所述电堆的电池节数，计算所述喷氢阀的干氢气需求量包括：根据所述排氢阀的流量流阻特性，确定所述排氢阀排出的混合气量；根据所述排氢阀排出的混合气量、所述电堆的电池节数以及所述排气阀的开闭状态，计算所述喷氢阀的干氢气需求量。可选的，根据所述喷氢阀的干氢气需求量、所述电堆氢出湿度和所述燃料电池系统的阳极入口水蒸气目标体积分数，计算所述燃料电池系统的循环气体需求流量包括：根据所述电堆氢入温度，确定所述电堆氢入温度下的水蒸气饱和蒸气压；根据所述电堆氢入压力、所述电堆氢入温度下的水蒸气饱和蒸气压和所述电堆氢入温度计算所述燃料电池系统的阳极入口水蒸气目标体积分数；根据所述喷氢阀的干氢气需求量、所述电堆氢出湿度和所述燃料电池系统的阳极入口水蒸气目标体积分数计算所述燃料电池系统的循环气体需求流量。可选的，所述根据所述循环气体需求流量和所述循环泵的前后端压差，查询确定的所述循环泵转速表，以确定与所述循环气体需求流量和所述循环泵的前后端压差对应的循环泵转速包括：将所述循环气体需求流量转换为循环泵气体体积流量；根据所述循环泵气体体积流量和所述循环泵的前后端压差，查询确定的所述循环泵转速表，以确定与所述循环气体需求流量和所述循环泵的前后端压差对应的循环泵转速。可选的，所述将所述循环气体需求流量转换为循环泵气体体积流量包括：根据所述循环气体需求流量、所述喷氢阀的干氢气需求量、所述电堆氢出温度和所述电堆氢出压力计算所述循环泵气体体积流量。一种阳极入口湿度的控制系统，应用于至少包括循环泵、喷氢阀和排氢阀的燃料电池系统，所述阳极入口温度的控制系统包括：参数获取模块，用于获取燃料电池系统的运行参数，所述运行参数至少包括燃料电池系统的电堆的电池节数、电堆氢入温度、电堆氢出温度、电堆氢入压力、电堆氢出压力、电堆氢入湿度、电堆氢出湿度、电堆的阳极出口氢气体积分数、电堆的阳极出口氮气体积分数和电堆的阳极出口水蒸气体积分数；混合气获取模块，用于获取所述排氢阀排出的混合气量，根据所述排氢阀排除的混合气量、所述电堆电流和所述电堆的电池节数，计算所述喷氢阀的干氢气需求量；需求确定模块，用于根据所述喷氢阀的干氢气需求量、所述电堆氢出湿度和所述燃料电池系统的阳极入口水蒸气目标体积分数，计算所述燃料电池系统的循环气体需求流量；压差确定模块，用于根据所述循环气体需求流量和所述喷氢阀的干氢气需求量，确定所述循环泵的前后端压差；转速关系确定模块，用于根据所述电堆的阳极出口氮气体积分数和所述电堆的阳极出口水蒸气体积分数，确定与所述电堆的阳极出口氮气体积分数和所述电堆的阳极出口水蒸气体积分数对应的循环泵转速表；所述循环泵转速表预先存储有循环泵前后端压差、循环气体需求流量和循环泵转速的对应关系；转速确定模块，用于根据所述循环气体需求流量和所述循环泵的前后端压差，查询确定的所述循环泵转速表，以确定与所述循环气体需求流量和所述循环泵的前后端压差对应的循环泵转速。可选的，所述混合气获取模块具体用于，根据所述排氢阀的流量流阻特性，确定所述排氢阀排出的混合气量；根据所述排氢阀排出的混合气量、所述电堆的电池节数以及所述排气阀的开闭状态，计算所述喷氢阀的干氢气需求量。可选的，所述需求确定模块具体用于，根据所述电堆氢入温度，确定所述电堆氢入温度下的水蒸气饱和蒸气压；根据所述电堆氢入压力、所述电堆氢入温度下的水蒸气饱和蒸气压和所述电堆氢入温度计算所述燃料电池系统的阳极入口水蒸气目标体积分数；根据所述喷氢阀的干氢气需求量、所述电堆氢出湿度和所述燃料电池系统的阳极入口水蒸气目标体积分数计算所述燃料电池系统的循环气体需求流量。可选的，所述转速确定模块具体用于，将所述循环气体需求流量转换为循环泵气体体积流量；根据所述循环泵气体体积流量和所述循环泵的前后端压差，查询确定的所述循环泵转速表，以确定与所述循环气体需求流量和所述循环泵的前后端压差对应的循环泵转速。可选的，所述转速确定模块将所述循环气体需求流量转换本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种阳极入口湿度的控制方法，其特征在于，应用于至少包括循环泵、喷氢阀和排氢阀的燃料电池系统，所述阳极入口湿度的控制方法包括：/n获取燃料电池系统的运行参数，所述运行参数至少包括燃料电池系统的电堆的电池节数、电堆电流、电堆氢入温度、电堆氢出温度、电堆氢入压力、电堆氢出压力、电堆氢入湿度、电堆氢出湿度、电堆的阳极出口氢气体积分数、电堆的阳极出口氮气体积分数和电堆的阳极出口水蒸气体积分数；/n获取所述排氢阀排出的混合气量和所述电堆电流，根据所述排氢阀排除的混合气量和所述电堆的电池节数，计算所述喷氢阀的干氢气需求量；/n根据所述喷氢阀的干氢气需求量、所述电堆氢出湿度和所述燃料电池系统的阳极入口水蒸气目标体积分数，计算所述燃料电池系统的循环气体需求流量；/n根据所述循环气体需求流量和所述喷氢阀的干氢气需求量，确定所述循环泵的前后端压差；/n根据所述电堆的阳极出口氮气体积分数和所述电堆的阳极出口水蒸气体积分数，确定与所述电堆的阳极出口氮气体积分数和所述电堆的阳极出口水蒸气体积分数对应的循环泵转速表；所述循环泵转速表预先存储有循环泵前后端压差、循环气体需求流量和循环泵转速的对应关系；/n根据所述循环气体需求流量和所述循环泵的前后端压差，查询确定的所述循环泵转速表，以确定与所述循环气体需求流量和所述循环泵的前后端压差对应的循环泵转速。/n...

【技术特征摘要】
1.一种阳极入口湿度的控制方法，其特征在于，应用于至少包括循环泵、喷氢阀和排氢阀的燃料电池系统，所述阳极入口湿度的控制方法包括：
获取燃料电池系统的运行参数，所述运行参数至少包括燃料电池系统的电堆的电池节数、电堆电流、电堆氢入温度、电堆氢出温度、电堆氢入压力、电堆氢出压力、电堆氢入湿度、电堆氢出湿度、电堆的阳极出口氢气体积分数、电堆的阳极出口氮气体积分数和电堆的阳极出口水蒸气体积分数；
获取所述排氢阀排出的混合气量和所述电堆电流，根据所述排氢阀排除的混合气量和所述电堆的电池节数，计算所述喷氢阀的干氢气需求量；
根据所述喷氢阀的干氢气需求量、所述电堆氢出湿度和所述燃料电池系统的阳极入口水蒸气目标体积分数，计算所述燃料电池系统的循环气体需求流量；
根据所述循环气体需求流量和所述喷氢阀的干氢气需求量，确定所述循环泵的前后端压差；
根据所述电堆的阳极出口氮气体积分数和所述电堆的阳极出口水蒸气体积分数，确定与所述电堆的阳极出口氮气体积分数和所述电堆的阳极出口水蒸气体积分数对应的循环泵转速表；所述循环泵转速表预先存储有循环泵前后端压差、循环气体需求流量和循环泵转速的对应关系；
根据所述循环气体需求流量和所述循环泵的前后端压差，查询确定的所述循环泵转速表，以确定与所述循环气体需求流量和所述循环泵的前后端压差对应的循环泵转速。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述排氢阀排出的混合气量，根据所述排氢阀排除的混合气量、所述电堆电流和所述电堆的电池节数，计算所述喷氢阀的干氢气需求量包括：
根据所述排氢阀的流量流阻特性，确定所述排氢阀排出的混合气量；
根据所述排氢阀排出的混合气量、所述电堆的电池节数以及所述排气阀的开闭状态，计算所述喷氢阀的干氢气需求量。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述喷氢阀的干氢气需求量、所述电堆氢出湿度和所述燃料电池系统的阳极入口水蒸气目标体积分数，计算所述燃料电池系统的循环气体需求流量包括：
根据所述电堆氢入温度，确定所述电堆氢入温度下的水蒸气饱和蒸气压；
根据所述电堆氢入压力、所述电堆氢入温度下的水蒸气饱和蒸气压和所述电堆氢入温度计算所述燃料电池系统的阳极入口水蒸气目标体积分数；
根据所述喷氢阀的干氢气需求量、所述电堆氢出湿度和所述燃料电池系统的阳极入口水蒸气目标体积分数计算所述燃料电池系统的循环气体需求流量。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述循环气体需求流量和所述循环泵的前后端压差，查询确定的所述循环泵转速表，以确定与所述循环气体需求流量和所述循环泵的前后端压差对应的循环泵转速包括：
将所述循环气体需求流量转换为循环泵气体体积流量；
根据所述循环泵气体体积流量和所述循环泵的前后端压差，查询确定的所述循环泵转速表，以确定与所述循环气体需求流量和所述循环泵的前后端压差对应的循环泵转速。


5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述将所述循环气体需求流量转换为循环泵气体体积流量包括：
根据所述循环气体需求流量、所述喷氢阀的干氢气需求量、所述电堆氢出温度和所述电堆氢出压力计算所述循环泵气体体积流量。


6.一种阳极入口湿度的控制系统，其特征在于，应用于至少...

【专利技术属性】
技术研发人员：王凯强，朱益佳，杜迎梦，聂玉洁，刘雨薇，蔡俊，
申请(专利权)人：上海捷氢科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31