基于压力监测调控水反渗透的电堆防水淹方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于压力监测调控水反渗透的电堆防水淹方法及装置，其中，方法包括以下步骤：采集燃料电池的阳极和阴极进出口处的实际压力值；根据阳极和阴极进出口处的实际压力值分别计算得到实际氢气压力降和实际空气压力降；判断实际氢气压力降和/或实际空气压力降是否满足防水淹调控条件；在满足防水淹调控条件时，通过比例阀、空压机和/或背压阀分别对阳极侧的氢气入堆压力和阴极侧的空气入堆压力进行调控，以利用反渗透力防止电堆水淹。该方法可以有效防止阴极和阳极发生水淹，有效提高水淹防护的可靠性，且可以避免水淹防护过程中出现热管理失衡的问题，提高电堆的输出功率及寿命。出功率及寿命。出功率及寿命。

【技术实现步骤摘要】
基于压力监测调控水反渗透的电堆防水淹方法及装置


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，特别涉及一种基于压力监测调控水反渗透的电堆防水淹方法及装置。

技术介绍

[0002]目前已有的燃料电池防水淹方法，通过流场参数计算或实验测试得知待控制燃料电池正常运行条件下氢气压力降的理论计算值,通过水淹实验或流道参数得到防止待控制燃料电池发生水淹的氢气压力降控制上限,并划定待控制燃料电池的“微湿未淹”区间；通过氢气压力降的检测,对待控制燃料电池的水状态进行预估。将燃料电池水淹发生分为四个状态：
[0003](1)燃料电池运行状态良好。
[0004](2)水滴在阳极流道内形成并增大，处于湿润期。
[0005](3)液滴在阳极流道内呈水流薄膜状态，处于水淹过渡期。
[0006](4)液态水阻塞流道。
[0007]相关技术中，实际压力降超出理论压力降幅度过小，燃料电池缺水，容易导致膜干乃至降解，则关闭冷却水加热开关，打开散热器风扇开关；反之，开启冷却水开关，关闭散热器风扇开关。
[0008]然而，燃料电池电堆的性能各异，利用计算的固定理论值很容易在实际使用中产生偏差，且对于燃料电池而言，温度对其性能影响非常大，相关技术中的防水淹方法容易导致热管理失衡，电堆内部温度分配不均，从而影响电堆的功率输出乃至寿命。

技术实现思路

[0009]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
[0010]为此，本专利技术的一个目的在于提出一种基于压力监测调控水反渗透的电堆防水淹方法，该方法可以有效防止阴极和阳极发生水淹，有效提高水淹防护的可靠性，且可以避免水淹防护过程中出现热管理失衡的问题，提高电堆的输出功率及寿命。
[0011]本专利技术的另一个目的在于提出一种基于压力监测调控水反渗透的电堆防水淹装置。
[0012]为达到上述目的，本专利技术一方面实施例提出了一种基于压力监测调控水反渗透的电堆防水淹方法，包括以下步骤：采集燃料电池的阳极和阴极进出口处的实际压力值；根据所述阳极和阴极进出口处的实际压力值分别计算得到实际氢气压力降和实际空气压力降；判断所述实际氢气压力降和/或所述实际空气压力降是否满足防水淹调控条件；在满足所述防水淹调控条件时，通过比例阀、空压机和/或背压阀分别对阳极侧的氢气入堆压力和阴极侧的空气入堆压力进行调控，以利用反渗透力防止电堆水淹。
[0013]本专利技术实施例的基于压力监测调控水反渗透的电堆防水淹方法，根据燃料电池的阳极和阴极进出口处的实际压力值计算水淹调控值，可以精准地获取每个阶段的氢气压力
降，并利用比例阀、空压机和/或背压阀分别对阳极侧和阴极侧的反应气体入堆压力进行调控，利用反渗透力防止水淹的发生，从而可以有效防止阴极和阳极发生水淹，有效提高水淹防护的可靠性，且可以避免水淹防护过程中出现热管理失衡的问题，提高电堆的输出功率及寿命。
[0014]另外，根据本专利技术上述实施例的基于压力监测调控水反渗透的电堆防水淹方法还可以具有以下附加的技术特征：
[0015]进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述通过比例阀、空压机和/或背压阀分别对阳极侧的氢气气体入堆压力和阴极侧的空气入堆压力进行调控，以利用反渗透力防止电堆水淹，包括：采集燃料电池的当前电流，以根据所述当前电流确定理论氢气压力降；计算所述实际氢气压力降与所述理论氢气压力降之间的氢气压力差；根据所述氢气压力差与所述氢气入堆压力的乘积得到第一调控值，以根据所述第一调控值控制比例阀提升阳极侧氢气入堆压力，或根据所述第一调控值控制空压机和/或背压阀降低阴极侧空气入堆压力，以预防阳极水淹。
[0016]进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述通过比例阀、空压机和/或背压阀分别对阳极侧的氢气气体入堆压力和阴极侧的空气入堆压力进行调控，以利用反渗透力防止电堆水淹，包括：采集燃料电池的当前电流，以根据所述当前电流确定理论空气压力降；计算所述实际空气压力降与所述理论空气压力降之间的空气压力差；根据所述空气压力差与所述空气入堆压力之间的乘积得到第二调控值，以根据所述第二调控值控制比例阀降低阳极侧氢气入堆压力，或根据所述第二调控值控制空压机提升阴极侧空气入堆压力，以预防阴极极水淹。
[0017]进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述判断所述实际氢气压力降和/或所述实际空气压力降是否满足防水淹调控条件，包括：
[0018]如果所述实际氢气压力降Δp
x
满足第一判断公式，则确定所述实际氢气压力降满足防水淹调控条件，其中，所述第一判断公式为：
[0019](1+x1％)Δp
a
<Δp
x
<(1+x2％)Δp
a
，
[0020]其中，5<x1<10，15<x2<25，Δp
a
为理论氢气压力降，x1为阳极进口处的实际压力值，x2为阳极出口处的实际压力值；
[0021]如果所述实际空气压力降Δp
y
满足第二判断公式，则确定所述实际空气压力降满足防水淹调控条件，其中，所述第二判断公式为：
[0022](1+x3％)Δp
c
<Δp
y
<(1+x4％)Δp
c
，
[0023]其中，5<x3<10，15<x4<25，Δp
c
为理论空气压力降，x3为阴极进口处的实际压力值，x4为阴极出口处的实际压力值。
[0024]进一步地，在本专利技术的一个实施例中，还包括：判断所述燃料电池是否满足严重水淹条件；如果满足所述严重水淹条件，则控制所述燃料电池停机并进行水淹报警，其中，当(1+x2％)Δp
a
<Δp
x
或(1+x4％)Δp
c
<Δp
y
时，确定所述燃料电池满足严重水淹条件。
[0025]为达到上述目的，本专利技术另一方面实施例提出了一种基于压力监测调控水反渗透的电堆防水淹装置，包括：信号采集模块，用于采集燃料电池的当前电流、阳极和阴极进出口处的实际压力值；计算模块，用于根据所述阳极和阴极进出口处的实际压力值分别计算得到实际氢气压力降和实际空气压力降；判断模块，用于判断所述实际氢气压力降和/或所
述实际空气压力降是否满足防水淹调控条件；压力调控模块，用于在满足所述防水淹调控条件时，通过比例阀、空压机和/或背压阀分别对阳极侧的氢气入堆压力和阴极侧的空气入堆压力进行调控，以利用反渗透力防止电堆水淹。
[0026]本专利技术实施例的基于压力监测调控水反渗透的电堆防水淹装置，根据燃料电池的阳极和阴极进出口处的实际压力值计算水淹调控值，可以精准地获取每个阶段的氢气压力降，并利用比例阀、空压机和/或背压阀分别对阳极侧和阴极侧的反应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于压力监测调控水反渗透的电堆防水淹方法，其特征在于，包括以下步骤：采集燃料电池的阳极和阴极进出口处的实际压力值；根据所述阳极和阴极进出口处的实际压力值分别计算得到实际氢气压力降和实际空气压力降；判断所述实际氢气压力降和/或所述实际空气压力降是否满足防水淹调控条件；以及在满足所述防水淹调控条件时，通过比例阀、空压机和/或背压阀分别对阳极侧的氢气入堆压力和阴极侧的空气入堆压力进行调控，以利用反渗透力防止电堆水淹。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过比例阀、空压机和/或背压阀分别对阳极侧的氢气气体入堆压力和阴极侧的空气入堆压力进行调控，以利用反渗透力防止电堆水淹，包括：采集燃料电池的当前电流，以根据所述当前电流确定理论氢气压力降；计算所述实际氢气压力降与所述理论氢气压力降之间的氢气压力差；根据所述氢气压力差与所述氢气入堆压力的乘积得到第一调控值，以根据所述第一调控值控制比例阀提升阳极侧氢气入堆压力，或根据所述第一调控值控制空压机和/或背压阀降低阴极侧空气入堆压力，以预防阳极水淹。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过比例阀、空压机和/或背压阀分别对阳极侧的氢气气体入堆压力和阴极侧的空气入堆压力进行调控，以利用反渗透力防止电堆水淹，包括：采集燃料电池的当前电流，以根据所述当前电流确定理论空气压力降；计算所述实际空气压力降与所述理论空气压力降之间的空气压力差；根据所述空气压力差与所述空气入堆压力之间的乘积得到第二调控值，以根据所述第二调控值控制比例阀降低阳极侧氢气入堆压力，或根据所述第二调控值控制空压机和/或背压阀提升阴极侧空气入堆压力，以预防阴极极水淹。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断所述实际氢气压力降和/或所述实际空气压力降是否满足防水淹调控条件，包括：如果所述实际氢气压力降Δp
x
满足第一判断公式，则确定所述实际氢气压力降满足防水淹调控条件，其中，所述第一判断公式为：(1+x1％)Δp
a
<Δp
x
<(1+x2％)Δp
a
，其中，5<x1<10，15<x2<25，Δp
a
为理论氢气压力降，x1为阳极进口处的实际压力值，x2为阳极出口处的实际压力值；如果所述实际空气压力降Δp
y
满足第二判断公式，则确定所述实际空气压力降满足防水淹调控条件，其中，所述第二判断公式为：(1+x3％)Δp
c
<Δp
y
<(1+x4％)Δp
c
，其中，5<x3<10，15<x4<25，Δp
c
为理论空气压力降，x3为阴极进口处的实际压力值，x4为阴极出口处的实际压力值。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：判断所述燃料电池是否满足严重水淹条件；如果满足所述严重水淹条件，则控制所述燃料电池停机并进行水淹报警，其中，当(1+x2％)Δp
a
<Δp
x
或(1+x4％)Δp
c
<Δp

【专利技术属性】
技术研发人员：徐晓明，洪吉超，赤骋，陈东方，胡松，王越，李跃华，吴文龙，李仁政，赵磊，唐伟，孙旭东，袁秋奇，
申请(专利权)人：北京格睿能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：