控制系统、控制方法、燃料电池系统与工程机械技术方案

本发明专利技术涉及电池技术领域，公开一种控制系统、控制方法、燃料电池系统与工程机械，所述控制系统包括：参数接收装置，用于接收汽水分离器内的氮气的浓度；压力检测装置，用于检测电堆的阳极出口处的压力；以及控制装置，用于：在氮气的浓度大于或等于第一预设浓度的情况下，记录当前压力并确定相应的反馈值，以及控制所述汽水分离器的第一阀门打开以排出氮气；根据所述反馈值对用于进气阀的控制信号进行校准；以及根据校准后的控制信号控制进气阀，以调节进入电堆的氢气。本发明专利技术结合氮气浓度与压力参数对氮气的排出过程进行耦合控制，从而在降低控制条件复杂性的同时，提高了排氮的控制精度，进而有效降低阳极出现“氢饥饿”、排气压降冲击等风险。冲击等风险。冲击等风险。

【技术实现步骤摘要】
控制系统、控制方法、燃料电池系统与工程机械


[0001]本专利技术涉及电池
，具体地，涉及一种控制系统、控制方法、燃料电池系统与工程机械。

技术介绍

[0002]氢燃料电池系统运行时，阴极的液态水和氮气会通过质子交换膜渗透到阳极，过多的液态水会造成阳极出现“水淹”问题，影响反应活性面积和燃料传质能力；过多的氮气则会降低阳极氢气分压，导致出现“氢饥饿”问题。一般地，阳极中的氮气浓度不能超过10％。因此系统整个运行阶段需要制定合适的排水排气策略，保证燃料电池的高性能和高寿命。
[0003]目前，大多采用周期性脉冲的方法控制尾排阀同时完成排水排氮，在测试前需标定尾排阀开启时间与开启周期。对于不同电流条件下，由于产水量和工作条件不同，排水排气的周期和时间也不同，这就大大增加了标定的复杂度和尾排阀控制的难度，不仅无法准确确定排水排氮量，也无法维持压力稳定。然而，排水排氮过少则会导致电池性能下降，过多会导致氢气利用率降低，压力波动较大则会给质子膜带来机械损失。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种控制系统、控制方法、燃料电池系统与工程机械，其至少可解决上述部分问题，结合氮气浓度与压力参数对氮气的排出过程进行耦合控制，从而在降低控制条件复杂性的同时，提高了排氮的控制精度，进而有效降低阳极出现“氢饥饿”、排气压降冲击等风险。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种用于燃料电池系统的控制系统，所述燃料电池系统包括：进气阀、电堆以及汽水分离器，所述控制系统包括：参数接收装置，用于接收所述汽水分离器内的氮气的浓度；压力检测装置，用于检测所述电堆的阳极出口处的压力；以及控制装置，用于执行以下操作：在所述氮气的浓度大于或等于第一预设浓度的情况下，记录当前压力并根据所述当前压力确定相应的反馈值，以及控制所述汽水分离器的第一阀门打开以排出氮气；根据所述反馈值对用于所述进气阀的控制信号进行校准；以及根据校准后的控制信号控制所述进气阀，以调节进入所述电堆的氢气。
[0006]优选地，所述参数接收装置还用于接收所述汽水分离器内的液态水的液位高度，相应地，所述控制装置还用于，在所述液位高度大于或等于第一预设高度并且所述氮气的浓度大于或等于第一预设浓度的情况下，记录当前压力并根据所述当前压力确定相应的反馈值，以及控制所述汽水分离器的第一阀门打开以排出氮气。
[0007]优选地，所述控制装置还用于，在执行所述控制所述汽水分离器的第一阀门排出氮气的步骤之后，执行以下操作：在所述氮气的浓度小于第二预设浓度或者所述当前压力与所述压力的差值大于或等于预设压差的情况下，控制所述第一阀门关闭以停止排出氮气，其中，所述第二预设浓度小于所述第一预设浓度。
[0008]优选地，所述控制装置还用于，在满足以下两种情形中的任一者的情况下，保持所述第一阀门处于关闭状态：所述液位高度大于或等于所述第一预设高度并且所述氮气的浓度小于所述第一预设浓度；或者所述液位高度小于所述第一预设高度。
[0009]优选地，所述控制装置还用于，在所述氮气的浓度大于或等于第三预设浓度且当前轮次吹扫过程中的所述液位高度的增量小于预设增量情况下，控制所述第一阀门与用于控制空气通入的旁通阀均关闭，其中，所述第三预设浓度大于所述第一预设浓度。
[0010]优选地，所述控制装置还用于执行以下操作：在所述液位高度逐渐升高且小于第二预设高度或者所述液位高度逐渐下降且等于所述第一预设高度的情况下，控制所述汽水分离器的第二阀门关闭；在所述液位高度大于或等于所述第二预设高度的情况下，控制所第二阀门打开以排出液态水，其中，所述第二预设高度大于所述第一预设高度；或者在接收到停机信号的情况下，控制所述第二阀门打开，以及在所述液位高度等于0的情况下，控制所述第二阀门关闭。
[0011]优选地，所述汽水分离器包括：外壳，该外壳包括相对设置的第一侧面与第二侧面；入口，被设置在所述第一侧面上，用于引入汽水混合物；隔板，所述隔板的第一端被设置在所述入口的下方并且所述隔板的第二端与所述第二侧面之间留有第一空隙，用于引导所述汽水混合物中的液态水进入所述汽水分离器的下半空间；挡板，被倾斜设置在所述隔板的上方，用于阻挡所述汽水混合物中的氢气流向所述第二侧面；所述第一阀门，被设置在所述第二侧面上，用于排出所述汽水混合物中的氮气；所述第二阀门，被设置在所述汽水分离器的底部，用于排出所述液态水；浓度传感器，用于检测所述氮气的浓度；以及液位传感器，用于检测所述液态水的液位高度。
[0012]优选地，所述汽水分离器还包括：斜槽，被设置在所述汽水分离器的底部，所述斜槽的第一端面与所述第一侧面连接并且第二端面与所述第二侧面之间留有第二空隙。
[0013]优选地，所述第一端面的面积大于所述第二端面的面积。
[0014]优选地，所述第二阀门被设置在所述汽水分离器的底部上的所述第二空隙处。
[0015]通过上述技术方案，本专利技术创造性地首先在汽水分离器内的氮气的浓度大于或等于第一预设浓度的情况下，记录当前压力并根据所述当前压力确定相应的反馈值，以及控制所述汽水分离器的第一阀门打开以排出氮气；然后，根据所述反馈值对用于所述进气阀的控制信号进行校准；最后，根据校准后的控制信号控制所述进气阀，以调节进入所述电堆的氢气。由此，本专利技术可结合氮气浓度与压力参数对氮气的排出过程进行耦合控制，从而在降低控制条件复杂性的同时，提高了排氮的控制精度，进而有效降低阳极出现“氢饥饿”、排气压降冲击等风险。
[0016]本专利技术第二方面提供一种用于燃料电池系统的控制方法，所述燃料电池系统包括：进气阀、电堆以及汽水分离器，所述控制方法包括：接收所述汽水分离器内的氮气的浓度；检测所述电堆的阳极出口处的压力；在所述氮气的浓度大于或等于第一预设浓度的情况下，记录当前压力并根据所述当前压力确定相应的反馈值，以及控制所述汽水分离器的第一阀门打开以排出氮气；根据所述反馈值对用于所述进气阀的控制信号进行校准；以及根据校准后的控制信号控制所述进气阀，以调节进入所述电堆的氢气。
[0017]优选地，所述控制方法还包括：接收所述汽水分离器内的液态水的液位高度；以及在所述液位高度大于或等于第一预设高度并且所述氮气的浓度大于或等于第一预设浓度
的情况下，记录当前压力并根据所述当前压力确定相应的反馈值，以及控制所述汽水分离器的第一阀门打开以排出氮气。
[0018]有关本专利技术实施例提供的用于燃料电池系统的控制方法的具体细节及益处可参阅上述针对用于燃料电池系统的控制系统的描述，于此不再赘述。
[0019]本专利技术第三方面提供一种燃料电池系统，所述燃料电池系统包括：所述的用于燃料电池系统的控制系统。
[0020]本专利技术第四方面提供一种工程机械，所述工程机械包括：所述的燃料电池系统。
[0021]本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
[0022]附图是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，与下面的具体实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于燃料电池系统的控制系统，其特征在于，所述燃料电池系统包括：进气阀、电堆以及汽水分离器，所述控制系统包括：参数接收装置，用于接收所述汽水分离器内的氮气的浓度；压力检测装置，用于检测所述电堆的阳极出口处的压力；以及控制装置，用于执行以下操作：在所述氮气的浓度大于或等于第一预设浓度的情况下，记录当前压力并根据所述当前压力确定相应的反馈值，以及控制所述汽水分离器的第一阀门打开以排出氮气；根据所述反馈值对用于所述进气阀的控制信号进行校准；以及根据校准后的控制信号控制所述进气阀，以调节进入所述电堆的氢气。2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述参数接收装置还用于接收所述汽水分离器内的液态水的液位高度，相应地，所述控制装置还用于，在所述液位高度大于或等于第一预设高度并且所述氮气的浓度大于或等于第一预设浓度的情况下，记录当前压力并根据所述当前压力确定相应的反馈值，以及控制所述汽水分离器的第一阀门打开以排出氮气。3.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制装置还用于，在执行所述控制所述汽水分离器的第一阀门排出氮气的步骤之后，执行以下操作：在所述氮气的浓度小于第二预设浓度或者所述当前压力与所述压力的差值大于或等于预设压差的情况下，控制所述第一阀门关闭以停止排出氮气，其中，所述第二预设浓度小于所述第一预设浓度。4.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述控制装置还用于，在满足以下两种情形中的任一者的情况下，保持所述第一阀门处于关闭状态：所述液位高度大于或等于所述第一预设高度并且所述氮气的浓度小于所述第一预设浓度；或者所述液位高度小于所述第一预设高度。5.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述控制装置还用于，在所述氮气的浓度大于或等于第三预设浓度且当前轮次吹扫过程中的所述液位高度的增量小于预设增量情况下，控制所述第一阀门与用于控制空气通入的旁通阀均关闭，其中，所述第三预设浓度大于所述第一预设浓度。6.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述控制装置还用于执行以下操作：在所述液位高度逐渐升高且小于第二预设高度或者所述液位高度逐渐下降且等于所述第一预设高度的情况下，控制所述汽水分离器的第二阀门关闭；在所述液位高度大于或等于所述第二预设高度的情况下，控制所第二阀门打开以排出液态水，其中，所述第二预设高度大于所述第一预设高度；或者在接收到停机信号的情况下，控制所述第二阀门打开，以及在所...

【专利技术属性】
技术研发人员：付玲，吴宇靖，樊钊，张彪，李伟，刘延斌，
申请(专利权)人：中联重科股份有限公司，
类型：发明
国别省市：