一种高温燃料电池低气压运行控制方法技术

本发明专利技术涉及一种高温燃料电池低气压运行控制方法，包括：通过阴极气压获取元件得到电堆阴极气体供给管路出口处的气体压力，根据气体压力值控制气泵转速；通过阳极气压获取元件得到电堆阳极气体供给管路出口处的气体压力，根据气体压力值控制气体喷射阀的脉冲频率；气压条件改变的情况下，通过调节气泵的转速改变电堆阴极侧空气需求量；当阴极侧空气流量快速变化时，调节气体喷射阀的脉冲频率，使得阳极供给管路中气体的瞬时流量随气泵转速改变快速响应，实现电堆的阴、阳极两侧入口处气体压力比值维持在正常气压条件下的实测参数比值，保证高温甲醇燃料电池系统电堆的稳定输出以及安全运行。及安全运行。及安全运行。

【技术实现步骤摘要】
一种高温燃料电池低气压运行控制方法


[0001]本专利技术涉及高温燃料电池
，具体涉及一种高温燃料电池低气压运行控制方法。

技术介绍

[0002]高温甲醇燃料电池系统通过阳极富氢甲醇重整反应气与阴极空气中的氧气发生电化学反应进行放电。燃料电池系统的工作条件包括压力、温度、流量。流量调节的控制目标是保证提供足够的反应物供燃料电池系统消耗。当燃料电池系统在高海拔低气压地区运行时，受低气压影响环境空气密度小于正常气压条件下的密度，单位体积空气中氧含量也随之降低。向高温甲醇燃料电池系统供给与正常气压条件情况相同流量的阴极空气(氧气)，与正常气压条件相比需要提高阴极气泵转速。
[0003]但是，随着气泵转速的提高，气泵工作点发生偏移，这导致了在燃料电池系统电堆阴极入口处的压力与空气流量同时随气泵转速改变而改变。为了提高燃料电池系统每消耗单位量甲醇的输出功率，控制燃料电池系统进入电堆阳极侧的甲醇重整反应气的流量随阴极侧气体压力和流量变化快速和安全的瞬态响应的控制方法具有重要的意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种高温甲醇燃料电池系统在低气压条件下运行的控制方法，能够通过以下方式来实现。
[0005]一种高温燃料电池低气压运行控制方法，包括：
[0006]通过置于阴极气体供给管路上阴极气压获取元件得到电堆阴极气体供给管路出口处的气体压力，根据所获得的气体压力值控制气泵的转速；通过置于阳极气体供给管路上阳极气压获取元件得到电堆阳极气体供给管路出口处的气体压力，根据所获得的气体压力值控制置于阳极气体供给管路上气体喷射阀的脉冲频率；
[0007]气压条件改变的情况下，通过调节气泵的转速改变电堆阴极侧空气需求量；当阴极侧空气流量快速变化时，调节气体喷射阀的脉冲频率脉冲频率和气泵转速；
[0008]阳极侧排气管路、阴极侧排气管路分别与燃料电池电堆的阳极侧和阴极侧连接。
[0009]所述该方法是基于高温甲醇燃料电池系统实现的，该系统包括：燃料电池电堆、重整器反应器、电堆阳极气体供给管路、电堆阴极气体供给管路、气泵、控制器、阳极侧排气管路、阴极侧排气管路；
[0010]燃料电池电堆，通过阳极气体与阴极气体进行电化学反应发电；
[0011]重整器反应器，用于甲醇进行重整反应提供富氢的燃料气体，置于阳极气体供给管路前端；
[0012]电堆阳极气体供给管路，阳极供给管路上带有阳极气压获取元件，带有气体喷射阀，输送甲醇重整反应气进入燃料电池电堆阳极；
[0013]电堆阴极气体供给管路，阴极供给管路上带有阴极气压获取元件，输送空气进入
燃料电池电堆阴极；
[0014]气泵，从外界环境获取阴极气体，向燃料电池电堆送入外部空气，置于阴极气体供给管路前端；
[0015]控制器，与气体喷射阀、阳极气压获取元件、阴极气压获取元件、气泵电性连接，用于采集电堆阳极气体供给管路和电堆阴极气体供给管路上的气体压力，调节气体喷射阀开度和气泵转速；
[0016]阳极侧排气管路、阴极侧排气管路分别与燃料电池电堆的阳极侧和阴极侧连接。
[0017]所述气体喷射阀采用脉冲电磁阀，置于阳极供给管路上，通过设置气体喷射阀的脉冲频率改变阳极供给管路中气体的瞬时流量。
[0018]所述阳极气压获取元件采用压力表，置于阳极气体供给管路上靠近电堆阳极入口处，用于监测阳极气体供给管路出口处气体压力。
[0019]所述阴极气压获取元件采用压力表，置于阴极气体供给管路上靠近电堆阴极入口处，用于监测阴极气体供给管路出口处气体压力。
[0020]所述正常气压条件下的实测值为1～1.5，优选为1.2；控制燃料电池系统电堆阴极侧的气体压力比上阳极侧的气体压力等于阈值时，能保证电池系统稳定运行。
[0021]所述气压条件改变的情况下，通过调节气泵的转速改变电堆阴极侧空气需求量为：由于正常气压条件下，改变气泵转速时输送气体流量与气泵扬程的变化关系有扬程变化正比于输送气体流量变化的平方，根据对高温甲醇燃料电池输出功率的不同需求，可改变燃料电池系统电堆阴极侧空气的流量。
[0022]当阴极侧空气流量快速变化时，通过控制气体喷射阀脉冲频率使得阳极供给管路中流量快速响应。
[0023]所述阳极供给管路获取的气体压力与阴极供给管路获取的气体压力，两者之比Pb/Pa一直维持等于正常气压条件下进行高温甲醇燃料电池运行实验实测的燃料电池系统电堆阴极侧、阳极侧的气体压力比阈值，用于保证燃料电池系统电堆两侧避免因任一侧压力过高导致电堆内部结构损坏，进而保证高温甲醇燃料电池系统电堆的安全运行。
[0024]本专利技术具有以下有益效果及效果：
[0025]1.本专利技术控制方法中，控制部分的控制参数基于在正常气压条件下的实测值。在正常气压条件下进行高温甲醇燃料电池运行实验，实验涉及的燃料电池系统为上述燃料电池系统，控制燃料电池系统电堆阴极侧的气体压力比上阳极侧的气体压力等于阈值(实测值为(1～1.5)，优选为1.2)，可以保证电池系统稳定运行。正常气压条件下，改变气泵转速时输送气体流量与气泵扬程的变化关系有扬程变化正比于输送气体流量变化的平方。实验中根据对高温甲醇燃料电池输出功率的不同需求，改变燃料电池系统电堆阴极侧空气的流量。
[0026]2.本专利技术控制方法中，阳极供给管路的控制部分基于当阴极侧空气流量快速变化时，通过控制气体喷射阀脉冲频率使得阳极供给管路中流量快速响应。在间隔一定时间内甲醇消耗不变时，该段间隔时间内流经气体喷射阀的甲醇重整反应气的流量也不会改变。当阴极侧所需气体流量减少时，主要通过减小进入重整反应器中的甲醇流量进而改变甲醇重整反应气的总流量。通过改变气泵转速进而改变阴极侧空气流量的瞬时响应比通过改变甲醇进料控制阳极侧甲醇重整反应气迅速，因此在阳极供给管路上使用气体喷射阀变频控
制，结果可以实现阳极侧流量变化快速的瞬态响应。
[0027]3.本专利技术控制方法中，阳极供给管路获取的气体压力与阴极供给管路获取的气体压力，两者之比Pb/Pa一直维持等于正常气压条件下进行高温甲醇燃料电池运行实验实测的燃料电池系统电堆阴极侧、阳极侧的气体压力比阈值，同时保证燃料电池系统电堆两侧，避免因任一侧压力过高导致电堆内部结构损坏，进而保证高温甲醇燃料电池系统电堆的安全运行。
附图说明
[0028]图1燃料电池系统构成概略图；
[0029]图2阴极侧控制部分11流程图；
[0030]图3阳极侧控制部分12流程图；
具体实施方式
[0031]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方法做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术。但本专利技术能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背专利技术内涵的情况下做类似改进，因此本专利技术不受下面公开的具体实施的限制。
[0032]除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高温燃料电池低气压运行控制方法，其特征在于，包括：通过置于阴极气体供给管路(6)上阴极气压获取元件(9)得到电堆(1)阴极气体供给管路(6)出口处的气体压力，根据所获得的气体压力值控制气泵(2)的转速；通过置于阳极气体供给管路(4)上阳极气压获取元件(8)得到电堆(1)阳极气体供给管路(4)出口处的气体压力，根据所获得的气体压力值控制置于阳极气体供给管路(4)上气体喷射阀(10)的脉冲频率；气压条件改变的情况下，通过调节气泵(2)的转速改变电堆阴极侧空气需求量；当阴极侧空气流量快速变化时，调节气体喷射阀(10)的脉冲频率脉冲频率和气泵(2)转速；阳极侧排气管路(5)、阴极侧排气管路(7)分别与燃料电池电堆(1)的阳极侧和阴极侧连接。2.根据权利要求1所述的一种高温燃料电池低气压运行控制方法，其特征在于，所述该方法是基于高温甲醇燃料电池系统实现的，该系统包括：燃料电池电堆(1)、重整器反应器(3)、电堆阳极气体供给管路(4)、电堆阴极气体供给管路(6)、气泵(2)、控制器、阳极侧排气管路(5)、阴极侧排气管路(7)；燃料电池电堆(1)，通过阳极气体与阴极气体进行电化学反应发电；重整器反应器(3)，用于甲醇进行重整反应提供富氢的燃料气体，置于阳极气体供给管路(4)前端；电堆阳极气体供给管路(4)，阳极供给管路(4)上带有阳极气压获取元件(8)，带有气体喷射阀(10)，输送甲醇重整反应气进入燃料电池电堆阳极；电堆阴极气体供给管路(6)，阴极供给管路(6)上带有阴极气压获取元件(9)，输送空气进入燃料电池电堆阴极；气泵(2)，从外界环境获取阴极气体，向燃料电池电堆送入外部空气，置于阴极气体供给管路(6)前端；控制器，与气体喷射阀(10)、阳极气压获取元件(8)、阴极气压获取元件(9)、气泵(2)电性连接，用于采集电堆阳极气体供给管路(4)和电堆阴极气体供给管路(6)上的气体压力，调节气体喷射阀(10)开度和气泵(2)转速；阳极侧排气管路(5)、阴极侧排气管路(7)分别与燃料电池电堆(1)的阳极侧和阴极侧连接。3.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨林林，田心瑶，孙公权，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：