一种用于控制燃料电池系统中的燃料电池堆的相对湿度的方法，所述方法包括：在阴极入口管线上设置相对湿度传感器，以提供指示阴极入口空气的相对湿度的相对湿度信号。如果相对湿度传感器提供正确的相对湿度信号，相对湿度信号被计算为阴极入口空气的相对湿度平均值。当相对湿度传感器未提供正确的相对湿度信号时，使用所计算的相对湿度平均值，以控制阴极入口空气。如果在系统启动期间相对湿度传感器未提供正确的相对湿度信号，则堆功率被暂时设定在用于已知阴极入口空气相对湿度的预定优化堆功率水平。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术通常涉及用于控制堆阴极入口相对湿度的系统和方法，并且更具体而言涉及当相对湿度感测设备未正常运行时控制堆阴极入口相对湿度以防止燃料电池堆的不正常湿度的系统和方法。
技术介绍
氢是非常有吸引力的燃料，因为其是清洁的并且能够用于在燃料电池中有效地产生电。氢燃料电池是电化学设备，包括阳极和阴极以及在阳极和阴极之间的电解质。阳极接收氢气，并且阴极接收氧气或者空气。氢气在阳极催化剂处离解以产生自由质子和电子。 质子经过电解质到达阴极。质子在阴极催化剂处与氧气和电子反应以产生水。来自阳极的电子不能经过电解质，并且因此在被发送到阴极之前被引导经过负载以做功。质子交换膜燃料电池(PEFMC)是用于车辆的普遍燃料电池。PEMFC通常包括固态聚合物电解质质子传导膜，例如全氟磺酸膜。阳极和阴极通常包括精细分割的催化剂微粒， 通常为钼(Pt)，支承在碳微粒上并与离子聚合物混合。催化剂混合物沉积在膜的相对两侧上。阳极催化剂混合物、阴极催化剂混合物和膜的组合限定膜电极组件(MEA)。每个MEA通常夹在两片多孔材料、气体扩散层(GDL)之间，气体扩散层保护膜的的机械完整性并有助于均勻的反应物和湿度分布。将阳极和阴极流隔开的MEA部分被称为有效区域，并且只有在该区域中水蒸气可以在阳极和阴极之间自由交换。MEA制造相对昂贵，并且需要特定条件进行有效操作。数个燃料电池通常结合在燃料电池堆中，以产生所需功率。例如，典型的用于车辆的燃料电池堆可以具有两百或更多堆叠的燃料电池。燃料电池堆接收阴极输入气体，典型地为由压缩机强制通过燃料电池堆的空气流。并非所有氧气都被燃料电池堆所消耗，部分空气被输出作为阴极排气，其可以包括作为堆副产物的水。燃料电池堆还接收阳极氢输入气体，其流入燃料电池堆的阳极侧。燃料电池堆包括位于堆中数个MEA之间的一系列双极板(分隔器)，其中双极板和 MEA位于两个端部板之间。双极板包括用于堆中相邻燃料电池的阳极侧和阴极侧流分配器 (流场)。阳极气体流通道设置在双极板的阳极侧上，其允许阳极反应气体流动到相应MEA。 阴极气体流通道设置在双极板的阴极侧上，其允许阴极反应气体流动到相应MEA。一个端部板包括阳极气体流通道，而另一个端部板包括阴极气体流通道。双极板和端部板由导电材料制成，例如不锈钢或导电复合物。端部板将燃料电池产生的电传导出燃料电池堆。双极板还包括冷却流体流动通过的流动通道。燃料电池膜已知具有水吸收，其对于提供质子传导性而言是必须的。但是，如果条件变得更潮或更湿，则燃料电池膜的水吸收特性使得膜的体积增大，并且如果条件变得更干，则使得体积变小。燃料电池膜的体积变化可能引起膜自身或者相邻燃料电池部件上的机械应力。此外，太湿的膜可能在低温环境下引起问题，其中燃料电池堆中的水的冻结可能产生阻塞流动通道并影响系统再启动的冰。太干的膜可能在下一次系统再启动时具有太低的导电性，这影响再启动性能并且可能减小燃料电池堆耐久性。在现有技术中已知使用水蒸气传送(WVT)单元以捕获燃料电池堆的阴极排气中的部分水，并且使用该水来加湿阴极输入气流。在现有技术中还已知使用相对湿度(RH)传感器来监测阴极输入气流的湿度。但是，相对湿度传感器可能不可靠并且可能失效。因此，在现有技术中需要提供一种方法，在相对湿度传感器未正常运行(这由不正确相对湿度传感器读数证明)时维持燃料电池膜湿度的适当水平，以通过减小发生液体水的机会来改进堆性能，延长堆膜的寿命并且增加堆耐久性。
技术实现思路
根据本专利技术的教导，公开了一种用于控制燃料电池系统中燃料电池堆的阴极侧的相对湿度的方法。燃料电池系统包括在阴极入口管线上的相对湿度传感器，用于提供指示阴极入口空气的相对湿度的相对湿度信号。如果相对湿度传感器提供正确相对湿度信号， 则相对湿度信号被计算为阴极入口空气的相对湿度平均值。当相对湿度传感器未提供正确相对湿度信号时，所计算的相对湿度平均值被用于控制阴极入口空气相对湿度。如果在启动期间相对湿度传感器未提供正确信号，则堆功率被暂时设置在已知阴极入口空气相对湿度的优化水平。本专利技术涉及下述技术方案。1. 一种用于控制燃料电池系统中的燃料电池堆的相对湿度的方法，所述方法包括在阴极入口管线上设置相对湿度传感器，所述相对湿度传感器测量阴极入口空气的相对湿度；在燃料电池系统启动时确定相对湿度传感器是否提供正确的相对湿度信号； 在燃料电池系统的运行模式期间确定相对湿度传感器是否提供正确的相对湿度信号；如果在燃料电池系统的运行模式期间相对湿度传感器提供正确的相对湿度信号，计算在预定时间段上的相对湿度信号的平均值，该预定时间段由相对湿度传感器的感测信号特性确定；如果在运行模式期间相对湿度传感器变得不正确，使用所计算的相对湿度信号的平均值，以使得燃料电池堆能够利用闭环阴极入口相对湿度控制来操作；如果在系统启动时相对湿度信号不正确，则在预定优化堆功率水平下操作燃料电池堆达预定时段，其中优化堆功率水平提供最高堆相对湿度而不会在堆内产生液体水；和在所述预定时段届满后使用最高堆相对湿度以闭环阴极入口相对湿度控制来操作燃料电池堆。2.根据方案1所述的方法，其中在预定优化堆功率水平下操作燃料电池堆包括将优化堆功率水平与来自燃料电池堆的功率请求相比较。3.根据方案2所述的方法，其中将优化堆功率水平与来自燃料电池堆的功率请求相比较包括如果优化堆功率水平高于所述功率请求，则对系统电池充电。4.根据方案3所述的方法，其中将优化堆功率水平与来自燃料电池堆的功率请求相比较包括如果优化堆功率水平高于所述功率请求并且所述蓄电池处于最大荷电状态，则在系统部件中耗散功率。5.根据方案1所述的方法，其中如果所述相对湿度传感器未提供正确的相对湿度信号，则采取补救措施。6.根据方案1所述的方法，其中所述预定时段由堆特性确定。7. 一种用于控制燃料电池系统中的燃料电池堆的相对湿度的方法，所述方法包括在阴极入口管线上设置相对湿度传感器以测量阴极入口空气的相对湿度； 在燃料电池系统的运行模式期间确定相对湿度传感器是否提供正确的相对湿度信号；如果在燃料电池系统的运行模式期间相对湿度传感器提供正确的相对湿度信号，对每个相继的预定时间段计算相对湿度信号的平均值；和如果在运行模式期间相对湿度信号变得不正确，使用所计算的相对湿度信号的平均值，以防止燃料电池堆被不正确地加湿。8.根据方案7所述的方法，其中用于计算相对湿度平均值的该时间段由相对湿度传感器的感测信号特性确定。9.根据方案7所述的方法，还包括如果在系统启动时相对湿度信号不正确，则在预定优化堆功率水平下操作燃料电池堆达预定时段，以提供阴极入口空气的预定相对湿度。10.根据方案9所述的方法，其中在预定优化堆功率水平下操作燃料电池堆包括将优化堆功率水平与来自燃料电池堆的功率请求相比较。11.根据方案10所述的方法，其中将优化堆功率水平与来自燃料电池堆的功率请求相比较包括如果优化堆功率水平高于所述功率请求，则对系统电池充电。12.根据方案11所述的方法，其中将优化堆功率水平与来自燃料电池堆的功率请求相比较包括如果优化堆功率水平高于所述功率请求并且所述蓄电池处于最大荷电状态，则在系统部件中耗散功率。13.根据方案9所述的方法，其中在预定优化堆功率水平下操作燃料电池堆的所述预定时段由堆本文档来自技高网...
【技术保护点】
１． 一种用于控制燃料电池系统中的燃料电池堆的相对湿度的方法，所述方法包括：在阴极入口管线上设置相对湿度传感器，所述相对湿度传感器测量阴极入口空气的相对湿度；在燃料电池系统启动时确定相对湿度传感器是否提供正确的相对湿度信号；在燃料电池系统的运行模式期间确定相对湿度传感器是否提供正确的相对湿度信号；如果在燃料电池系统的运行模式期间相对湿度传感器提供正确的相对湿度信号，计算在预定时间段上的相对湿度信号的平均值，该预定时间段由相对湿度传感器的感测信号特性确定；如果在运行模式期间相对湿度传感器变得不正确，使用所计算的相对湿度信号的平均值，以使得燃料电池堆能够利用闭环阴极入口相对湿度控制来操作；如果在系统启动时相对湿度信号不正确，则在预定优化堆功率水平下操作燃料电池堆达预定时段，其中优化堆功率水平提供最高堆相对湿度而不会在堆内产生液体水；和在所述预定时段届满后使用最高堆相对湿度以闭环阴极入口相对湿度控制来操作燃料电池堆。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：D陈，VW罗根，MC柯克林，
申请(专利权)人：D陈，VW罗根，MC柯克林，
类型：发明
国别省市：US
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。