一种电堆水含量的调控方法及其应用技术

本发明专利技术提供了一种电堆水含量的调控方法及其应用，所述调控方法包括：测量气流量调整后电堆的瞬态输出电流，测量气流量调整后电堆的稳态输出电流，计算得到瞬态输出电流相对于稳态输出电流的第一差值比例的第一绝对值；测量气压调整后电堆的瞬态输出电压，测量气压调整后电堆的稳态输出电压，计算得到瞬态输出电压相对于稳态输出电压的第二差值比例的第二绝对值；将第一绝对值或第二绝对值与设定比较值进行对比；若所述第一绝对值或所述第二绝对值大于所述设定比较值，则需进行电堆的补水或排水，反之，无需进行电堆的补水或排水。本发明专利技术提供的电堆水含量的调控方法无需额外引入复杂的设备、调控成本较低、调控难度较低且调控准确度较高。准确度较高。准确度较高。

【技术实现步骤摘要】
一种电堆水含量的调控方法及其应用


[0001]本专利技术属于燃料电池电堆
，涉及一种电堆水含量的调控方法，尤其涉及一种电堆水含量的调控方法及其应用。

技术介绍

[0002]燃料电池是一种电化学发电设备，其原理是：燃料和氧化剂通过膜电极进行电化学反应，产生电动势。质子交换膜燃料电池通常采用能够传递质子的固体高分子膜作为电解质，反应过程中，质子通过膜从阳极传递到阴极，电子通过外接负载从阳极传递到阴极。
[0003]质子交换膜燃料电池中的质子交换膜在工作时必须保证必要的湿度，这是由于质子交换膜燃料电池工作过程中，内部水含量对于性能和耐久性均有较大的影响。若燃料电池的电堆长时间内部水含量过低，则会使质子交换膜的质子传导率下降，由质子传输导致的电压降增大，系统的输出电压下降，效率变低，而且水含量过低的区域会不断扩大，直至影响到整个区域，甚至使交换膜发生干化破裂，对燃料电池造成不可挽回的损害。若燃料电池的电堆长时间内部水含量过高，将阻碍氢气的流动和扩散，就会导致局部氢气缺气，在这些区域就会发生其它副电化学反应，造成阴极侧催化层内的碳被腐蚀，腐蚀出现的颗粒或杂质若传输到交换膜的内部，可能会导致电池失效。且膜水淹时会造成电压波动，导致输出功率不稳定。
[0004]CN109888336A公开了一种燃料电池水含量的控制方法、计算机设备和储存介质。燃料电池水含量的控制方法包括：实时获取燃料电池的水含量；判断燃料电池的水含量是否处于正常水含量范围；当燃料电池的水含量不处于正常水含量范围时，调整用吹扫控制信号的频率和占空比以及阳极循环泵的转速；根据调整后的尾排阀的吹扫控制信号的占空比、阳极循环泵的转速以及阳极侧目标压力，计算用于控制氢气系统中的喷射电磁阀的喷射控制信号的喷射占空比；根据喷射控制信号的喷射占空比控制喷射电磁阀的开启时间，为燃料电池的反应电堆提供氢气。但是，该燃料电池水含量的控制方法较为复杂且难以应用于实际生产实践中。
[0005]CN113839071A公开了一种燃料电池系统控制方法及控制系统，方法包括：获取燃料电池系统当前电流；比较当前电流与目标电流，当当前电流等于目标电流时，获取燃料电池当前电堆水含量；比较当前电堆水含量与电堆水含量目标值；当当前电堆水含量小于或等于电堆水含量目标值时，获取燃料电池系统平均单片电压以及最低单片电压；比较燃料电池系统平均单片电压与平均单片电压最低阈值、比较最低单片电压与最低单片电压最低阈值，得到比较结果；根据比较结果调整燃料电池系统电堆内水含量。该专利技术使燃料电池系统快速恢复到输出电流对应的平衡水含量，使最低单片电压和平均单片电压值恢复到正常范围内，减缓发动机衰减速率，延长发动机使用寿命。但是，该燃料电池系统控制方法对中水含量的判断不够精确，难以准确调控电堆中的水含量。
[0006]现有技术中调控燃料电池电堆中的水含量的方法存在着调控设备结构较为复杂且价格昂贵，调控方法成本较高，调控难度较大且调控准确度较低的问题。因此，开发设计
一种新型的电堆水含量的调控方法至关重要。

技术实现思路

[0007]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种电堆水含量的调控方法及其应用，本专利技术提供的电堆水含量的调控方法无需额外引入复杂的设备、调控成本较低、调控难度较低且调控精度较高，所述调控方法能够有效调控电堆中的水含量从而保证电堆中的水含量维持在合适的水平。
[0008]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术提供了一种电堆水含量的调控方法，所述调控方法包括：
[0010]保持阳极与冷却液的运行条件不变，保持阴极的气压恒定不变，电堆设置为恒电压模式，第一调整所述阴极的气流量，测量所述气流量调整后电堆的瞬态输出电流，测量所述气流量调整后电堆的稳态输出电流，计算得到所述瞬态输出电流相对于所述稳态输出电流的第一差值比例的第一绝对值；
[0011]或保持阳极与冷却液的运行条件不变，保持阴极的气流量恒定不变，电堆设置为恒电流模式，第二调整所述阴极的气压，测量所述气压调整后电堆的瞬态输出电压，测量所述气压调整后电堆的稳态输出电压，计算得到所述瞬态输出电压相对于所述稳态输出电压的第二差值比例的第二绝对值；
[0012]将所述第一绝对值或所述第二绝对值与设定比较值进行对比；若所述第一绝对值或所述第二绝对值大于所述设定比较值，则需进行电堆的补水或排水，反之，无需进行电堆的补水或排水。
[0013]本专利技术提供的电堆水含量的调控方法无需额外引入复杂的设备、调控成本较低、调控难度较低且调控准确度较高，所述调控方法能够有效调控电堆中的水含量从而保证电堆中的水含量维持在合适的水平。
[0014]本专利技术中所述瞬态输出电流为所述气流量调整后瞬态电堆的输出电流，所述稳态输出电流为所述气流量调整后电堆稳定时电堆的输出电流；本专利技术中所述瞬态输出电压为所述气压调整后瞬态电堆的输出电压，所述稳态输出电压为所述气压调整后电堆稳定时电堆的输出电压。
[0015]本专利技术中通过将电堆设置为恒电压模式，保持气压不变，从而根据阴极气流量调整后电堆的瞬态输出电流与稳态输出电流计算得到第一绝对值，然后将第一绝对值与设定比较值进行对比，从而判断出电堆是否需要进行排水或补水，原理为：在气流跃增的情况下，恒电压运行会使电流增长率低于气流增长率，从而使得电堆含水量逐步下降；如果含水量较大，则含水量下降的变化会使电堆含水量逐渐回到理想状态，使得稳态电流高于瞬态电流；如果含水量较小，则含水量下降的变化会使电堆含水量逐渐偏离理想状态，使得稳态电流低于瞬态电流；而在气流跃降的情况下，恒电压运行会使电流减小率低于气流减小率，从而使得电堆含水量逐步上升；如果含水量较大，则含水量上升的变化会使电堆含水量逐渐偏离理想状态，使得稳态电流低于瞬态电流；如果含水量较小，则含水量上升的变化会使电堆含水量逐渐回到理想状态，使得稳态电流高于瞬态电流。
[0016]本专利技术中通过将电堆设置为恒电流模式，保持气流量不变，从而根据阴极气压调整后电堆的瞬态输出电压与稳态输出电压计算得到第二绝对值，然后将第二绝对值与设定
比较值进行对比，从而判断出电堆是否需要进行排水或补水，原理为：在气压跃增的情况下，如果含水量较大，影响了物质传输，则压力驱动对反应物浓度变化的影响比物质传输要快，所以瞬态性能高于稳态性能；若含水量较小，影响了反应活性，则升高的气压减少了水汽的排放，提升了电堆含水量，从而提升反应活性，使得稳态性能高于瞬态性能；而在气压跃降的情况下，如果含水量较大，影响了物质传输，则压力驱动对反应物浓度变化的影响比物质传输要快，所以瞬态性能低于稳态性能；若含水量较小，影响了反应活性，则降低的气压增加了水汽的排放，降低了电堆含水量，从而降低反应活性，使得稳态性能低于瞬态性能。
[0017]优选地，所述设定比较值包括第一比较值与第二比较值。
[0018]为进一步保证本专利技术中调控方法的准确性，本专利技术提供的调控方法中设置第一比较值与第二比较值，所述第一比较值用于与第一绝对值进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电堆水含量的调控方法，其特征在于，所述调控方法包括：保持阳极与冷却液的运行条件不变，保持阴极的气压恒定不变，电堆设置为恒电压模式，第一调整所述阴极的气流量，测量所述气流量调整后电堆的瞬态输出电流，测量所述气流量调整后电堆的稳态输出电流，计算得到所述瞬态输出电流相对于所述稳态输出电流的第一差值比例的第一绝对值；或保持阳极与冷却液的运行条件不变，保持阴极的气流量恒定不变，电堆设置为恒电流模式，第二调整所述阴极的气压，测量所述气压调整后电堆的瞬态输出电压，测量所述气压调整后电堆的稳态输出电压，计算得到所述瞬态输出电压相对于所述稳态输出电压的第二差值比例的第二绝对值；将所述第一绝对值或所述第二绝对值与设定比较值进行对比；若所述第一绝对值或所述第二绝对值大于所述设定比较值，则需进行电堆的补水或排水，反之，无需进行电堆的补水或排水。2.根据权利要求1所述的调控方法，其特征在于，所述设定比较值包括第一比较值与第二比较值；优选地，所述第一调整为减小所述阴极的气流量，则将所述第一绝对值与所述第一比较值进行对比，若所述第一绝对值大于所述第一比较值，则当所述瞬态输出电流大于所述稳态输出电流时，进行电堆的排水，当所述瞬态输出电流小于所述稳态输出电流时，进行电堆的补水；若所述第一绝对值小于或等于所述第一比较值，无需进行电堆的补水或排水；优选地，所述第一调整为增大所述阴极的气流量，则将所述第一绝对值与所述第一比较值进行对比，若所述第一绝对值大于所述第一比较值，则当所述瞬态输出电流大于所述稳态输出电流时，进行电堆的补水，当所述瞬态输出电流小于所述稳态输出电流时，进行电堆的排水；若所述第一绝对值小于或等于所述第一比较值，无需进行电堆的补水或排水；优选地，所述第二调整为减小所述阴极的气压，则将所述第二绝对值与所述第二比较值进行对比，若所述第二绝对值大于所述第二比较值，则当所述瞬态输出电压大于所述稳态输出电压时，进行电堆的补水，当所述瞬态输出电压小于所述稳...

【专利技术属性】
技术研发人员：麦建明，白云飞，刘晴晴，
申请(专利权)人：上海氢晨新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：