一种燃料电池系统变载运行方法技术方案

本发明专利技术公开了一种燃料电池系统变载运行方法，涉及到燃料电池技术领域，包括燃料电池系统收到变载指令，辅助部件工作至预定的工作点后，将燃料电池系统空气流量计反馈的空气流量值

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池系统变载运行方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，特别涉及一种燃料电池系统变载运行方法
。

技术介绍

[0002]燃料电池是一种清洁的能量转化装置，能够高效地将氢气和氧气中的化学能转化为电能
。
根据法拉第定律，燃料电池的发电电流与气体的消耗量成正比，为了维持燃料电池稳定运行，必须根据燃料电池的发电电流供给不同流量的空气
(
氧气
)
和氢气，同时由于不同发电电流下反应气体的消耗速率不同，对反应气体的浓度扩散速率要求也不同，一般要求发电电流越大，反应气体的压力也越大
。
除此之外，为了维持燃料电池的水热平衡，还需要根据燃料电池的发电电流调节燃料电池温度，防止出现温度过低燃料电池出现“水淹欠气”或温度过高出现永久损害
。
燃料电池系统中除燃料电池外所有零部件都是辅助部件，功能就是实现燃料电池发电运行时的气体流量
、
压力
、
湿度
、
温度等条件
。
[0003]典型的燃料电池系统架构中燃料电池阴极侧通过空气压缩机和背压阀控制空气供给的流量和压力，阳极侧通过氢气喷射器控制氢气压力以及氢气循环泵控制氢气流量，冷却路通过冷却水泵和节温器调节进入燃料电池冷却路的冷却液温度以及燃料电池冷却路出口和入口的温度差
。
燃料电池变载运行时燃料电池的电流响应速率必须与所有辅助部件
(
空气压缩机
、
背压阀
>、
氢气循环泵等
)
的响应速率匹配，否则容易出现变载过程中燃料电池的操作条件失衡，影响燃料电池的运行稳定性和耐久性
。
目前的变载方法主要是升载时提前一定时间给定燃料电池操作条件
(
辅助部件提前运行
)
，降载时同步给定燃料电池操作条件
(
辅助部件同步运行
)
，变载斜率和变载电流与燃料电池操作条件变化没有耦合关系
。
但是由于燃料电池的升降载是线性快速变化，而辅助部件的运行
map
曲线不是完全线性并且冷却液温度变化是一个缓慢过程，因此变载过程中不可避免出现操作条件欠气
、
欠压
、
低温等失衡情况，给燃料电池的运行稳定性和耐久性带来不利影响
。
[0004]因此，提出一种燃料电池系统变载运行方法来解决上述问题很有必要
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种燃料电池系统变载运行方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题
。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种燃料电池系统变载运行方法，包括以下步骤：
[0007]步骤
1.
燃料电池系统收到变载指令，根据变载终点的目标电流插值燃料电池操作条件表得到目标电流水温
T1，当前燃料电池水温
T0与目标电流水温
T1相减则为燃料电池变载过程中的最大温差，该温差与阈值
△
T
进行比较判断，根据判断结果确定本次变载的变载斜率；
[0008]步骤
2.
燃料电池系统按照上述判定的变载斜率，生成预定变载电流
I1，根据
I1得到燃料电池系统中辅助部件预定的工作点，并设定辅助部件工作至预定的工作点；
[0009]步骤
3.
辅助部件工作至预定的工作点后，将燃料电池系统空气流量计反馈的空气流量值
Q
反馈
与燃料电池工作在预定变载电流
I1下的需求空气流量
Q
需求
进行比较，当
Q
反馈
‑
Q
需求
≥
阈值
Q1时判定此时空气供给气量过量，意味着变载电流
I2可以比
I1更大，当阈值
Q1＞
Q
反馈
‑
Q
需求
≥
阈值
Q2时判定此时空气供给气量合适，变载电流
I2＝预定变载电流
I1，
Q
反馈
‑
Q
需求
＜阈值
Q2，意味着变载电流
I2应该比
I1更小，
Q1和
Q2分别为变载运行过程中允许的空气流量偏离值上限和下限，变载电流
I2值可以通过
Q
反馈
反向插值燃料电池操作条件表得到；
[0010]步骤
4.
辅助部件工作至预定的工作点后，将燃料电池系统入堆空气压力传感器反馈的空气压力值
P
反馈
加上阈值
P1，阈值
P1为变载过程中允许的压力偏差下限值，对
P
反馈
+P1反向插值燃料电池操作条件表可以得到根据空气压力判断的最大允许变载电流
I
max
；
[0011]步骤
5.
将步骤3中得到的变载电流
I2与步骤四中的最大允许变载电流
I
max
进行比较，取其中的小值作为最终的实际变载电流
I
实际
；
[0012]步骤
6.
将实际变载电流
I
实际
应用于燃料电池进行变载运行，直至到变载目标点
。
[0013]优选的，所述步骤1中当
T0‑
T1≥
等于阈值
△
T
时燃料电池变载斜率为
K1，当
T0‑
T1＜
△
T
阈值时燃料电池变载斜率为
K2,K2＞
K1。
[0014]优选的，所述步骤5中当变载电流
I2＞最大允许变载电流
I
max
时，则实际变载电流
I
实际
＝最大允许变载电流
I
max
，当变载电流
I2≤
最大允许变载电流
I
max
时，则实际变载电流
I
实际
＝变载电流
I2。
[0015]本专利技术的技术效果和优点：
[0016]1、
将变载过程中燃料电池的温度与变载斜率进行耦合，可以有效避免变载过程中由于燃料电池温度偏离过大，造成燃料电池流道中出现“水淹欠气”，进而影响运行燃料电池运行稳定性；
[0017]2、
将变载过程中的空气流量和空气压力与实际变载电流进行耦合，根据实际反馈的空气流量和空气压力对实际变载电流进行修正，可以有效缓解升载过程中燃料电池的欠气和欠压问题，提高燃料电池的耐久性
。
附图说明
[0018]图1为本专利技术燃料电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种燃料电池系统变载运行方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤
1.
燃料电池系统收到变载指令，根据变载终点的目标电流插值燃料电池操作条件表得到目标电流水温
T1，当前燃料电池水温
T0与目标电流水温
T1相减则为燃料电池变载过程中的最大温差，该温差与阈值
△
T
进行比较判断，根据判断结果确定本次变载的变载斜率；步骤
2.
燃料电池系统按照上述判定的变载斜率，生成预定变载电流
I1，根据
I1得到燃料电池系统中辅助部件预定的工作点，并设定辅助部件工作至预定的工作点；步骤
3.
辅助部件工作至预定的工作点后，将燃料电池系统空气流量计反馈的空气流量值
Q
反馈
与燃料电池工作在预定变载电流
I1下的需求空气流量
Q
需求
进行比较，当
Q
反馈
‑
Q
需求
≥
阈值
Q1时判定此时空气供给气量过量，意味着变载电流
I2可以比
I1更大，当阈值
Q1＞
Q
反馈
‑
Q
需求
≥
阈值
Q2时判定此时空气供给气量合适，变载电流
I2＝预定变载电流
I1，
Q
反馈
‑
Q
需求
＜阈值
Q2，意味着变载电流
I2应该比
I1更小，
Q1和
Q2分别为变载运行过程中允许的空气流量偏离值上限和下限，变载电流
I2值可以通过
Q
反馈
反向插值燃料电池操作条件表得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：童欣，刘玉满，艾杰轶，薛飞，何雍，吴兵，
申请(专利权)人：上海鲲华新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：