CN104733759A - 一种稳定和可控的燃料电池阳极与阴极操作压差的方法 - Google Patents

一种稳定和可控的燃料电池阳极与阴极操作压差的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104733759A
CN104733759A CN201510140708.1A CN201510140708A CN104733759A CN 104733759 A CN104733759 A CN 104733759A CN 201510140708 A CN201510140708 A CN 201510140708A CN 104733759 A CN104733759 A CN 104733759A
Authority
CN
China
Prior art keywords
anode
pressure
fuel cell
value
pile
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201510140708.1A
Other languages
English (en)
Inventor
胡军
林业发
韩亚民
张续凯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SHANGHAI SUNRISE POWER CO Ltd
Original Assignee
SHANGHAI SUNRISE POWER CO Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SHANGHAI SUNRISE POWER CO Ltd filed Critical SHANGHAI SUNRISE POWER CO Ltd
Priority to CN201510140708.1A priority Critical patent/CN104733759A/zh
Publication of CN104733759A publication Critical patent/CN104733759A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04783—Pressure differences, e.g. between anode and cathode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明公开了一种稳定和可控的燃料电池阳极与阴极操作压差的方法，建立燃料电池阳极进气压力闭环控制PID模型，将燃料电池的阳极入堆压力值r(t)与阳极供气压力反馈值y(t)作差并获得阳极入堆压力偏差值e(t)，然后建立以下PID函数，u(t)＝Kp*e(t)+Ki∑e(t)+Kd[e(t)–e(t-1)]+u0，其中，Kp为比例系数；Ki为积分时间常数；Kd为微分时间常数；e(t)为阳极入堆压力偏差值；u(t)为阳极压力输出值；y(t)为阳极供气压力反馈值；u0为阳极供气压力基础偏差值；阳极入堆压力值r(t)为阴极侧当前入堆压力值PC与阳、阴极之间预设的压差值△PAC0之和。本发明可在燃料电池正常运行时保证燃料电池阳极阴极之间压力差的稳定和可控。

Description

一种稳定和可控的燃料电池阳极与阴极操作压差的方法
技术领域
本发明涉及燃料电池邻域，更具体地说，是涉及一种稳定和可控的燃料电池阳极与阴极操作压差的方法。
背景技术
在燃料电池系统的运行过程中，需持续向燃料电池的阴极和阳极提供反应气体。对于以空气为氧化剂的燃料电池，通常采用高压鼓风机或空压机作为供风机械。当燃料电池系统运行在高载荷时，需增大供风机械的转速，从而增加对燃料电池阴极的供气量，进而阴极侧的操作压力也将增大。当燃料电池系统运行在低载荷时，需减小供风机械的转速，从而降低对燃料电池阴极的供气量，进而阴极侧的操作压力将减小。目前，阳极往往采用减压阀进行氢气供应。但减压阀在高氢气流量时其出口处的氢气压力较低，在低氢气流量时其出口处的氢气压力较高。因此，综上所述，当燃料电池在高载运行时，电堆阳极侧压力降低、阴极侧压力升高，阳极与阴极的压差减小；当燃料电池在低载运行时，电堆阳极侧压力升高、阴极侧压力降低，阳极与阴极的压差增大。随着燃料电池系统载荷频繁变化，则其阳极与阴极间的压差也频繁变化，容易造成膜的机械损伤，对燃料电池运行寿命不利。例如，某车用燃料电池系统低载怠速运行时阳极阴极间的压差达70kPa，在额定运行功率时阳极阴极间的压差达10kPa。因此，随着车用燃料电池系统输出功率在怠速和满载之间频繁变化，燃料电池阳极阴极压差也在10kPa～70kPa间不断变化，对膜和电极结构易造成机械破坏。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种稳定和可控的燃料电池阳极与阴极操作压差的方法。
为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种稳定和可控的燃料电池阳极与阴极操作压差的方法，
建立燃料电池阳极进气压力闭环控制PID模型，将燃料电池的阳极入堆压力值r(t)与阳极供气压力反馈值y(t)作差并获得阳极入堆压力偏差值e(t)，然后建立以下PID函数，
u(t)＝Kp*e(t)+Ki∑e(t)+Kd[e(t)–e(t-1)]+u0，
其中，Kp为比例系数；Ki为积分时间常数；Kd为微分时间常数；e(t)为阳极入堆压力偏差值；u(t)为阳极压力输出值；y(t)为阳极供气压力反馈值；u0为阳极供气压力基础偏差值；阳极入堆压力值r(t)为阴极侧当前入堆压力值PC与阳、阴极之间预设的压差值△PAC0之和；e(t-1)为前一次阳极入堆压力采样差值。
所述压差值△PAC0的取值范围为5kPa-40kPa。
通过PID控制阳极进气调节阀进行阳极压力调控，实现阳极与阴极间操作压力差值的稳定和可控。
采用本发明的一种稳定和可控的燃料电池阳极与阴极操作压差的方法，与现阶段燃料电池阴阳极的常用供气方案相比较，如纯氧作为阴极氧化剂时阴极采用机械减压器供气和阳极采用了机械减压器供气的方式，或空气作为阴极氧化剂时阴极采用空压机供气、阳极采用机械减压器的方式，本发明可在燃料电池正常运行时保证燃料电池阳极阴极之间压力差的稳定和可控，可以提高燃料电池的安全、效率、寿命，为燃料电池安全、可靠的运行提供了更有力的保障。
附图说明
图1是本发明的实施例的模型示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。
如图1所示的燃料电池进气压力闭环控制PID模型，将燃料电池的阳极入堆压力值r(t)与阳极供气压力反馈值y(t)作差并获得阳极入堆压力偏差值e(t)，然后建立以下PID函数，
u(t)＝Kp*e(t)+Ki∑e(t)+Kd[e(t)–e(t-1)]+u0，
其中，Kp为比例系数；Ki为积分时间常数；Kd为微分时间常数；e(t)为阳极入堆压力偏差值；u(t)为阳极压力输出值；y(t)为阳极供气压力反馈值；u0为阳极供气压力基础偏差值；阳极入堆压力值r(t)为阴极侧当前入堆压力值PC与阳、阴极之间预设的压差值△PAC0之和，e(t-1)为前一次阳极入堆压力采样差值。
较佳地，所述压差值△PAC0取值范围为5kPa～40kPa，这样尽管燃料电池系统中的燃料电池运行功率频繁变化，但燃料电池阳极阴极间压差约25kPa。
通过PID控制阳极进气调节阀进行阳极压力调控，实现阳极与阴极间操作压力差值的稳定和可控。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的目的，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求的范围内。

Claims (2)

1.一种稳定和可控的燃料电池阳极与阴极操作压差的方法，其特征在于：
建立燃料电池阳极进气压力闭环控制PID模型，将燃料电池的阳极入堆压力值r(t)与阳极供气压力反馈值y(t)作差并获得阳极入堆压力偏差值e(t)，然后建立以下PID函数，
u(t)＝Kp*e(t)+Ki∑e(t)+Kd[e(t)–e(t-1)]+u0，
其中，Kp为比例系数；Ki为积分时间常数；Kd为微分时间常数；e(t)为阳极入堆压力偏差值；u(t)为阳极压力输出值；y(t)为阳极供气压力反馈值；u0为阳极供气压力基础偏差值；阳极入堆压力值r(t)为阴极侧当前入堆压力值PC与阳、阴极之间预设的压差值△PAC0之和；e(t-1)为前一次阳极入堆压力采样差值。
2.根据权利要求1所述的稳定和可控的燃料电池阳极与阴极操作压差的方法，其特征在于：
所述压差值△PAC0的取值范围为5kPa-40kPa。
CN201510140708.1A 2015-03-27 2015-03-27 一种稳定和可控的燃料电池阳极与阴极操作压差的方法 Pending CN104733759A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510140708.1A CN104733759A (zh) 2015-03-27 2015-03-27 一种稳定和可控的燃料电池阳极与阴极操作压差的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510140708.1A CN104733759A (zh) 2015-03-27 2015-03-27 一种稳定和可控的燃料电池阳极与阴极操作压差的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN104733759A true CN104733759A (zh) 2015-06-24

Family

ID=53457413

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510140708.1A Pending CN104733759A (zh) 2015-03-27 2015-03-27 一种稳定和可控的燃料电池阳极与阴极操作压差的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104733759A (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106898797A (zh) * 2015-12-21 2017-06-27 中国科学院大连化学物理研究所 一种直接甲醇燃料电池电堆进料控制方法
CN109950577A (zh) * 2019-03-18 2019-06-28 东莞众创新能源科技有限公司 燃料电池阴极供氧系统、其应用方法及计算方法
CN110021767A (zh) * 2018-01-09 2019-07-16 郑州宇通客车股份有限公司 一种燃料电池空气过量比控制方法及系统
CN110838590A (zh) * 2019-11-21 2020-02-25 山东大学 一种质子交换膜燃料电池气体供应控制系统及方法
CN111129550A (zh) * 2019-12-19 2020-05-08 深圳国氢新能源科技有限公司 燃料电池系统的pid控制方法
CN112397749A (zh) * 2020-11-16 2021-02-23 合肥工业大学 一种质子交换膜燃料电池阴阳极压力平衡控制方法及装置
CN114695924A (zh) * 2020-12-28 2022-07-01 未势能源科技有限公司 燃料电池阳极侧压力波动诊断方法和系统

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘旭: "《质子交换模燃料电池控制研究》", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑》 *
夏文: "《质子交换膜燃料电池动态模型与控制研究》", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑》 *

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106898797A (zh) * 2015-12-21 2017-06-27 中国科学院大连化学物理研究所 一种直接甲醇燃料电池电堆进料控制方法
CN106898797B (zh) * 2015-12-21 2020-07-14 中国科学院大连化学物理研究所 一种直接甲醇燃料电池电堆进料控制方法
CN110021767A (zh) * 2018-01-09 2019-07-16 郑州宇通客车股份有限公司 一种燃料电池空气过量比控制方法及系统
CN110021767B (zh) * 2018-01-09 2020-10-02 郑州宇通客车股份有限公司 一种燃料电池空气过量比控制方法及系统
CN109950577A (zh) * 2019-03-18 2019-06-28 东莞众创新能源科技有限公司 燃料电池阴极供氧系统、其应用方法及计算方法
CN110838590A (zh) * 2019-11-21 2020-02-25 山东大学 一种质子交换膜燃料电池气体供应控制系统及方法
CN110838590B (zh) * 2019-11-21 2021-07-30 山东大学 一种质子交换膜燃料电池气体供应控制系统及方法
CN111129550A (zh) * 2019-12-19 2020-05-08 深圳国氢新能源科技有限公司 燃料电池系统的pid控制方法
CN111129550B (zh) * 2019-12-19 2021-02-02 深圳国氢新能源科技有限公司 燃料电池系统的pid控制方法
CN112397749A (zh) * 2020-11-16 2021-02-23 合肥工业大学 一种质子交换膜燃料电池阴阳极压力平衡控制方法及装置
CN112397749B (zh) * 2020-11-16 2021-09-14 合肥工业大学 一种质子交换膜燃料电池阴阳极压力平衡控制方法及装置
CN114695924A (zh) * 2020-12-28 2022-07-01 未势能源科技有限公司 燃料电池阳极侧压力波动诊断方法和系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104733759A (zh) 一种稳定和可控的燃料电池阳极与阴极操作压差的方法
JP5057284B2 (ja) 燃料電池システム及びその制御方法
JP5041272B2 (ja) 燃料電池システム及び移動体
JP2009123550A (ja) 燃料電池システム
JP4993293B2 (ja) 燃料電池システム及び移動体
US20150086894A1 (en) Fuel cell system
US10193168B2 (en) Fuel cell system
KR20120024866A (ko) 연료 전지 시스템
JP2007305563A (ja) 燃料電池システム及び排気量推定方法
US9843057B2 (en) Fuel cell system and control method of fuel cell system
JP4882972B2 (ja) 燃料電池システム
JP2007048519A (ja) 燃料電池システム
JP5812423B2 (ja) 燃料電池システム
JP4372523B2 (ja) 燃料電池の制御装置
US9960438B2 (en) Fuel cell system and method to prevent water-induced damage
JP5077636B2 (ja) 燃料電池システム
JP5339223B2 (ja) 燃料電池システム及びその制御方法
JP5136874B2 (ja) 燃料電池システム及び排気弁の異常判定方法
JP5392592B2 (ja) 燃料電池システム及び不純物濃度推定方法
CN109873184B (zh) 一种液体燃料电池电堆启动控制方法
US10177393B2 (en) Method for controlling a fuel cell and associated fuel cell system
JP2008218034A (ja) 燃料電池システム及びその制御方法
JP2009021041A (ja) 燃料電池システム
JP5228263B2 (ja) 燃料電池システム
KR20120045819A (ko) 연료전지 시스템의 수소 공급 압력 설정 방법

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20150624

RJ01 Rejection of invention patent application after publication