一种燃料电池阳极氢气控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种燃料电池阳极氢气控制方法及装置，所述装置包括氢气供应装置、燃料电池控制器FCCU以及电子负载装置。当燃料电池工作电流值变为I

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池阳极氢气控制方法及装置


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，尤其涉及一种燃料电池阳极氢气控制方法及装置。

技术介绍

[0002]燃料电池是一种可以直接将燃料中的化学能转变成电能的装置，在能量转化过程中不受卡诺循环的限制，拥有较高的能量转化效率，同时在整个过程中污染物排放少，对环境友好。其中的质子交换膜燃料电池(PEMFC)除了具有燃料电池通用的优点外，还具有发电过程中不会对环境产生污染，发电单元模块化，可靠性高，组装和维修方便，运行时噪音低等优势。使得PEMFC的研究与发展备受各国政府、企业与研究者的重视。近年来尤其是在新能源汽车动力方面被广泛认为是替代内燃机的理想候选者。
[0003]然而，燃料电池汽车在实现大规模商业化之前，仍然存在一些亟待解决的技术难题，燃料电池阳极水淹问题便是其中之一。为提升功率密度和降低成本，目前车用燃料电池堆质子交换膜往超薄化方向发展。超薄质子膜的确在提升质子传导率、降低电阻方面效果明显，但增加了阴极侧到阳极侧反扩散水的通量。从阴极扩散到阳极的液态水越来越多，导致燃料电池堆运行过程中阳极侧也容易发生水淹，阳极发生水淹会造成的阳极出现欠气现象，容易导致局部发生“燃料饥饿”，影响燃料电池性能和稳定性，甚至造成催化剂碳载体发生腐蚀，严重影响燃料电池的使用寿命。
[0004]为了解决燃料电池阳极水淹问题，现有技术多集中在优化电池材料和关键组件结构设计方面。Jung等人的“Improvement of water management in air
‑r/>breathing and air
‑
blowing PEMFC at low temperature using hydrophilic silica nano
‑
particles”中公开了一种添加了亲水SiO2阳极催化剂粒子，用于提高电池内的水管理和增强电池性能。Nguyen等人的“A Gas Distributor Design for Proton Exchange Membrane Fuel Cells”中公开了一种交指型流场，在交指型流场中由于每个流道出口或者进口均是闭口条件，因此气体进入流道后，在压力作用下反应气体被强制通过GDL后到达流场出口，尾气将电池内生成的水带走，从而防止电池内水淹的发生。武汉格罗夫氢能汽车有限公司(申请号：202110625234.5)公开了一种燃料电池系统及防止电堆阳极水淹的方法，通过在空气增湿器的湿气入口和湿气出口并联旁通阀，并利用燃料电池控制器选择性地控制进入电堆的空气的湿度，避免电堆阴极侧积累较多的水，从而在一定程度上减少电堆阳极侧的积水。上述方法，虽然在一定程度上缓解了燃料电池水淹的问题，但是改变了电池关键部件和材料，以及增大了系统结构设计难度，在实际工程应用过程中存在很大的困难。因此开发操作方便，适用于工程化应用和燃料电池全工况运行并可以有效改善燃料电池阳极水管理问题的氢气控制方法及装置对于燃料电池的商业化应用更具实际意义。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种燃料电池阳极氢气控制方法及装置，用
于改善燃料电池阳极水管理问题，提高电池性能和使用寿命。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0007]本专利技术一方面提供了一种燃料电池阳极氢气控制方法，
[0008]所述方法为：阳极氢气计量比根据燃料电池工作电流的变化而变化。
[0009]所述方法包括以下步骤：
[0010](1)设置初始氢气计量比，向燃料电池的阳极进气口供应氢气；
[0011](2)当燃料电池工作电流值变为I
‑
cell时，根据预先拟合设定的氢气计量比与燃料电池工作电流之间的对应关系曲线，得出燃料电池工作电流值I
‑
cell对应的氢气计量比；
[0012](3)利于氢气计量比与氢气流量的流量关系式，将工作电流I
‑
cell对应的氢气计量比转换成氢气流量；
[0013](4)按照计算出的燃料电池工作电流值I
‑
cell时对应的氢气流量向阳极供应氢气。
[0014]所述阳极氢气计量比为燃料电池工作电流恒定时阳极进口通入氢气物质的量与反应消耗氢气物质的量的比值。
[0015]基于上述方案，优选地，所述步骤(1)中，根据实际燃料电池工况确定初始氢气计量比，为防止燃料电池加载过程中出现燃料短缺现象，设置初始氢气计量比≥1。
[0016]基于上述方案，优选地，所述步骤(2)中，氢气计量比与燃料电池工作电流之间的对应关系曲线拟合方法为：
[0017](1)在燃料电池工作电流范围内自定义间隔分成多个标定点；
[0018](2)在燃料电池氢气计量比范围内自定义分成多个测试点；
[0019](3)在每个标定点上记录燃料电池在不同氢气计量比测试点下的电压值，在每个工作电流标定点选取最大电压值对应的氢气计量比作为选定点；
[0020](4)将所有工作电流标定点和氢气计量比选定点的对应数据拟合成曲线后得到燃料电池实际工作电流与氢气计量比对应关系曲线。
[0021]基于上述方案，优选地，所述步骤(3)中，氢气计量比与氢气流量的流量关系式为：氢气流量＝氢气计量比
×
[燃料电池工作电流为I
‑
cell
×
单位时间/(2
×
法拉第常数)]×
氢气的摩尔体积。
[0022]基于上述方案，优选地，所述方法用于燃料电池阳极氢气直接排放模式或燃料电池阳极氢气循环模式。
[0023]另一方面，本专利技术提供了一种燃料电池阳极氢气控制装置，所述燃料电池阳极氢气控制装置包括：氢气供应装置、燃料电池控制器FCCU和电子负载装置；所述氢气供应装置与燃料电池氢气进口相连，用于向燃料电池的阳极进气口通入氢气；所述电子负载装置与燃料电池负载端相连，用于调节电池的输出电压和输出功率；所述燃料电池控制器FCCU的输入端与电子负载装置相连，输出端与氢气供应装置相连，依据预设的燃料电池实际工作电流与氢气计量比对应关系曲线，得到对应燃料电池工作电流为I
‑
cell时的阳极氢气计量比，利于氢气计量比与氢气流量的流量关系式，将工作电流I
‑
cell对应的氢气计量比转换成氢气流量，并将对应的氢气流量指令发送至所述氢气供应装置。
[0024]基于上述方案，优选地，所述氢气供应装置为氢气循环泵或喷射回流器，用于进行
氢气供应。
[0025]基于上述方案，优选地，所述装置还包括质量流量计，所述质量流量计位于燃料电池的氢气进口，用于控制供应氢气的流量。
[0026]基于上述方案，优选地，所述装置还包括排氢阀，所述排氢阀位于燃料电池的阳极出口，通过排氢阀排出燃料电池的阳极内部累积的杂质气体。
[0027]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池阳极氢气控制方法，其特征在于，所述方法为：阳极氢气计量比根据燃料电池工作电流的变化而变化。所述方法包括以下步骤：(1)设置初始氢气计量比，向燃料电池的阳极进气口供应氢气；(2)当燃料电池工作电流值变为I
‑
cell时，根据预先拟合设定的氢气计量比与燃料电池工作电流之间的对应关系曲线，得出燃料电池工作电流值I
‑
cell对应的氢气计量比；(3)利于氢气计量比与氢气流量的流量关系式，将工作电流I
‑
cell对应的氢气计量比转换成氢气流量；(4)按照计算出的燃料电池工作电流值I
‑
cell时对应的氢气流量向阳极供应氢气。2.根据权利要求1所述的阳极氢气控制方法，其特征在于，所述步骤(1)中，初始氢气计量比≥1。3.根据权利要求1所述的阳极氢气控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中，氢气计量比与燃料电池工作电流之间的对应关系曲线拟合方法为：(1)在燃料电池工作电流范围内自定义间隔分成多个标定点；(2)在燃料电池可供应氢气计量比范围内自定义分成多个测试点；(3)在每个标定点上记录燃料电池在不同氢气计量比测试点下的电压值，在每个工作电流标定点选取最大电压值对应的氢气计量比作为选定点；(4)将所有工作电流标定点和氢气计量比选定点的对应数据拟合...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵志刚，孟祥超，任红，杨小康，
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：