一种燃料电池系统及其过度干燥抑制控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种燃料电池系统及其过度干燥抑制控制方法，属于燃料电池领域，包括空气供给模块A0、氢气供给模块H0、散热模块W0、燃料电池FC1和控制模块U0，空气供给模块A0包括空气过滤器A5、空气压缩机A3、A6空气流量计、空气入口阀A4、空气出口阀A1、旁通阀A2、吹扫泄放阀A7、空气入口压力传感器P3、出口压力传感器P4和若干连接管路。当控制系统监测到燃料电池的温度超过一定值时，且确定在高负荷下运行，提高散热系统效率，将燃料电池的温度降低一个梯度，如果燃料电池的输出电流开始下降，那么再次提高散热系统的效率，实现内部的快速降温，减少带走的水量，缓解电解质膜的瞬间干燥程度。程度。程度。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池系统及其过度干燥抑制控制方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，尤其涉及一种燃料电池系统及其过度干燥抑制控制方法。

技术介绍

[0002]燃料电池是一种通过将燃料和氧化剂分别通入包含一定其他结构的阳极与阴极，从而直接将化学能转化为电能的装置。固体高分子型燃料电池是一种利用电解质膜只允许质子通过这一特性而组建的电池，其发电性能与电解质膜的含水量息息相关，在不影响反应介质
[0003](空气、氢气)流动、扩散的前提下必须维持一定的潮湿状态。通常的燃料电池系统控制方法是：当利用阻抗测量等方法确定电解质膜处于潮湿还是干燥状态，如果是过于潮湿状态通过一定的手段例如增加燃料电池温度、减少空气侧背压等方法降低含水量，而处于干燥的状态则通过相反的操作提高含水量。
[0004]一般地，燃料电池长时间处于高功率运行模式下时，此时的温度也较高，大量的热量施加在电解质膜，虽然系统通过自身的控制维持了电解质膜的含水量，但是电解质膜仍出于容易干燥状态，考虑这个使用场景：当车辆由此高功率运行状态转为低功率运行瞬间，燃料电池输出电流降低，反应产生的水减少，而由于高功率运行状态时的高温状态会持续一段时间，不会瞬间降低，导致电解质膜处于过度干燥状态，长时间如此运行会导致燃料电池耐久性降低。
[0005]在以往公布的专利中，如已公布的CN105742673B，采取的解决办法是监测燃料电池温度，当长时间处于高温状态时(高功率运行模
[0006]式)增加燃料电池空气侧出口背压，减少负荷降低时带走的水量，能够缓解电解质膜的过度干燥，但系统反应过慢，仍旧存在过度干燥可能，因此需要一个能够快速反应且有效程度更好的控制方法。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，而提出的一种燃料电池系统及其过度干燥抑制控制方法。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0009]根据本专利技术的一个方面提供了一种燃料电池系统。
[0010]一种燃料电池系统，包括空气供给模块A0、氢气供给模块H0、散热模块W0、燃料电池FC1和控制模块U0，空气供给模块A0包括空气过滤器A5、空气压缩机A3、A6空气流量计、空气入口阀A4、空气出口阀A1、旁通阀A2、吹扫泄放阀A7、空气入口压力传感器P3、出口压力传感器P4和若干连接管路。
[0011]进一步地，所述氢气供给模块H0包括氢罐TK1、瓶口阀H1、氢气压力调节阀H2、氢气流量控制器H3、氢循环泵H4、气液分离器H5、氢管路泄放阀H6、氢气入口压力表P1、氢气出口
压力表P2和相互连接管路组成。
[0012]进一步地，所述散热模块W0包括三通调节阀W1、散热器W2、冷却剂循环泵W3、冷却剂出口温度传感器T1、冷却剂入口温度传感器T2和相互连接的管路。
[0013]进一步地，所述冷却水出口温度传感器T1和冷却剂入口温度传感器T2分别用于测量燃料电池冷却管路出口和入口的冷却剂温度，其中，冷却水出口温度传感器T1的值为燃料电池内部的温度，散热器W2用于使流过的冷却剂降温的设备。
[0014]进一步地，燃料电池由若干燃料电池单体堆叠而成，且通过调整燃料和空气的供给量控制燃料电池FC1的发电量。
[0015]进一步地，控制模块U0用于收集各模块中的和环境温度传感器T3测量数据，根据内置的控制策略与程序调节诸如阀门、泵、压缩机部件运行，并使燃料电池的发电量满足控制指令要求。
[0016]根据本专利技术的另一个方面，提供了基于上述燃料电池系统的过度干燥抑制控制方法。
[0017]一种燃料电池系统过度干燥抑制控制方法，包括以下步骤：
[0018]S10：判断燃料电池输出的功率是否大于等于阈值P0，若没有即S10为否，则结束此次控制，若收到停止运行信号S10为是，则进行S20控制；
[0019]S20：判断燃料温度是否高于设定值T0，且是否超过持续时间t0，维持此判断直到为是时进入S30；
[0020]S30：判定燃料电池输出功率是否下降到设定值P1以下，当判断为是，则进入S40；
[0021]S40：提高散热系统散热功率，使燃料电池降温，接着进入S50；
[0022]S50：判断燃料电池的温度是否达到Tn或阻抗值降低到R0，其中，Tn的设定是基于以下事实：当燃料电池在规定时间内降低到Tn，则由于燃料电池内部积聚的热量导致的水量流失在可接受的范围，持续判断直到S50为是则进入S60；
[0023]S60：返回控制，结束本次循环。
[0024]相比于现有技术，本专利技术的有益效果在于：当控制系统监测到燃料电池的温度超过一定值时，且确定在高负荷下运行，提高散热系统效率，将燃料电池的温度降低一个梯度，如果燃料电池的输出电流开始下降，那么再次提高散热系统的效率，实现内部的快速降温，减少带走的水量，缓解电解质膜的瞬间干燥程度。
附图说明
[0025]附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。
[0026]图1为本专利技术提出的燃料电池系统的原理图；
[0027]图2为本专利技术提出的燃料电池系统过度干燥抑制控制方法的流程示意图；
[0028]图3为本专利技术实施例提出的散热系统选取功率与燃料电池温度关系示例；
[0029]图4为本专利技术实施例提出的运行示例图，其中：
[0030]图4A为温度变化图，图4B为阻抗变化图。
具体实施方式
[0031]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0032]参照图1
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4，一种燃料电池系统，包括空气供给模块A0、氢气供给模块H0、散热模块W0、燃料电池FC1和控制模块U0；
[0033]在本申请的具体实施例中，空气供给模块A0包括空气过滤器A5、空气压缩机A3、A6空气流量计、空气入口阀A4、空气出口阀A1、旁通阀A2、吹扫泄放阀A7、空气入口压力传感器P3、出口压力传感器P4和若干连接管路。
[0034]从上述设计不难看出，空气过滤器A5过滤掉空气中的杂质、灰尘，通过空气压缩机A3控制空气的输送压力和流量，空气入口阀A4是常闭阀，当满足一定压力的空气流入时打开，空气出口阀A1是可调节阀，通过调节其开度控制燃料电池中空气供应的压力，旁通阀A2也是可调节阀，控制由压缩机A3出口的空气向燃料电池内部流入的量，也可用来稀释氢气供给模块H0泄放出的氢气浓度，使之满足排放要求，反吹扫阀A6用于停机吹扫，当燃料电池停止运行时将其打开，使空气经过反吹扫阀A6而流入燃料电池出口进行反吹扫，吹扫泄放阀A7是将经反吹扫后的气体液体输送至排放口，空气入口压力传感器P3测量进入燃料电池的空气压力，出口压力传感器P4测量燃料电池出口的空气测压力。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池系统，包括空气供给模块A0、氢气供给模块H0、散热模块W0、燃料电池FC1和控制模块U0，其特征在于，空气供给模块A0包括空气过滤器A5、空气压缩机A3、A6空气流量计、空气入口阀A4、空气出口阀A1、旁通阀A2、吹扫泄放阀A7、空气入口压力传感器P3、出口压力传感器P4和若干连接管路。2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述氢气供给模块H0包括氢罐TK1、瓶口阀H1、氢气压力调节阀H2、氢气流量控制器H3、氢循环泵H4、气液分离器H5、氢管路泄放阀H6、氢气入口压力表P1、氢气出口压力表P2和相互连接管路组成。3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，所述散热模块W0包括三通调节阀W1、散热器W2、冷却剂循环泵W3、冷却剂出口温度传感器T1、冷却剂入口温度传感器T2和相互连接的管路。4.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其特征在于，所述冷却水出口温度传感器T1和冷却剂入口温度传感器T2分别用于测量燃料电池冷却管路出口和入口的冷却剂温度，其中，冷却水出口温度传感器T1的值为燃料电池内部的温度，散热器W2用于使流过的冷却剂降温的设备。5.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其特征在于，燃料电池FC1由若干燃料电池单体堆...

【专利技术属性】
技术研发人员：李砻，张媛，
申请(专利权)人：北京氢马力新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：