CN106898797A - 一种直接甲醇燃料电池电堆进料控制方法 - Google Patents

一种直接甲醇燃料电池电堆进料控制方法 Download PDF

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Abstract

一种直接甲醇燃料电池电堆进料控制方法，其特征在于：1)采集直接甲醇燃料电池电堆运行过程中的输出电流和温度；2)根据电堆输出电流计算甲醇的进料控制流量I；3)根据期望的温度设定值采用PID闭环控制获取甲醇的进料流量II；4)将控制流量I和控制流量II加和得总控制量，即当前控制流量。本发明所述的甲醇进料控制方法省却了甲醇浓度传感器，提升了可靠性；甲醇浓度控制精度较高；方法简单、易实现。

Description

一种直接甲醇燃料电池电堆进料控制方法
技术领域
本发明属于直接甲醇燃料电池技术领域，具体涉及一种基于PID的甲醇进料控制方法。
背景技术
直接甲醇燃料电池(DMFC)是将甲醇的化学能直接转化成电能的能量转化装置，具有理论比能量高、系统结构简单、燃料存储、携带方便等特点，在移动电源方面有广阔的应用前景。
为了保证直接甲醇燃料电池的高效稳定运行，阳极催化层内甲醇浓度一般维持在3-5wt.％；浓度过高会导致大量甲醇渗透到阴极，同氧气发生剧烈的催化燃烧反应，造成整个电堆报废。
甲醇浓度的监测控制对电池的高效稳定运行极为重要。常用的甲醇传感器主要有三大类：物理传感器、化学传感器、软传感器。物理传感器工作原理是基于甲醇溶液物性随其浓度而变，通过测量诸如密度、粘度、介电常数、热容等物理参数来反映甲醇溶液的浓度大小。其结构复杂，价格较高，市售的ISSYS微型甲醇传感器高达1299美元。电化学传感器是通过电化学反应把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件，具有测量准确、结构简单、易小型化、便于同其他测控技术连用等优点。但其重复性、稳定性不佳。软传感器是将燃料电池电堆本身作为传感器，利用电堆的状态参数来推算甲醇浓度，电堆性能及衰减速率的差异均会导致预测值同实际值偏差较大，可靠性不高且响应速度慢。
发明内容
针对以上问题，本发明的目的在于提供一种双变量反馈的甲醇进料控制方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种甲醇进料方法，其特征在于：1)采集直接甲醇燃料电池电堆的电流和温度；2)根据电堆电流计算控制量I；3)根据期望的温度设定值采用PID闭环控制获取控制量II；4)将控制量I和控制量II加和得总控制量，用以控制甲醇进料器件的动作。
所述控制量I的计算公式为：
u1(t)＝ki
其中u1(t)为控制量，k为比例系数，i为电堆电流；
所述控制量II的计算公式为：
其中u2(t)为控制量，kP、kI、kD分别为PID控制中的比例、积分、微分系数，ΔT为电堆温度与设定值之差值，t为运行时间，T为温度；
所述的总控制量：
u(t)＝u1(t)+u2(t)
其中u(t)为总控制量。
一种甲醇进料控制器，包括:
电堆电流测量单元，用于获取燃料电池电堆当前输出电流；
电堆温度测量单元，用于获取燃料电池电堆当前温度；
控制量运算单元，用于存储温度设定值以及根据当前电堆电流和电堆温度数值计算所得控制量；
甲醇进料器件控制单元，用于根据控制量对甲醇进料器件进行控制；
所述的甲醇进料控制器工作步骤包括：1)电堆电流测量单元测量电堆电流、电堆温度测量单元测量电堆温度，2)控制量运算单元依据温度设定值、当前电堆温度以及电堆电流计算控制量，3)甲醇进料器件控制单元根据当前控制量对甲醇进料器件进行控制。
本发明所述的甲醇进料控制方法具有如下优点：
1.省却了甲醇浓度传感器，提升了可靠性；
2.甲醇浓度控制精度较高；
3.方法简单、易实现。
附图说明
图1为本发明的控制架构示意图；
图2为采用本发明控制方法下电堆电流及温度随时间变化曲线；
图3为采用本发明控制方法下电堆电流及甲醇浓度随时间变化曲线；
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作详细的描述。当然本发明并不仅限于下述具体的实施例。
实施例1：
所用直接甲醇燃料电池电堆由27节单池构成，每片膜电极的有效电极面积约为25cm2。选用希爱化成Z12C-29-PB-01液泵作为甲醇进料器件。
电堆温度采用TMP36温度传感器测量，电堆电流使用10mΩ取向电阻及高边检测放大器测量。温度和电流信号均用Arduino UNO开发板采集，控制量运算、液泵流量控制亦由其实现。
稳定运行时温度设定值为62℃，图2和图3是采用该方法控制甲醇进料时电堆电流、温度、甲醇浓度随时间变化曲线，从中看出中甲醇浓度波动低、电堆运行稳定。

Claims (4)

1.一种直接甲醇燃料电池电堆进料控制方法，其特征在于：1)采集直接甲醇燃料电池电堆运行过程中的输出电流和温度；2)根据电堆输出电流计算甲醇的进料控制流量I；3)根据期望的温度设定值采用PID闭环控制获取甲醇的进料流量II；4)将控制流量I和控制流量II加和得总控制量，即当前控制流量；
所述控制流量I的计算公式为：
u1(t)＝ki
其中u1(t)为控制流量，k为比例系数，i为电堆电流；
所述控制流量II的计算公式为：
u 2 ( t ) = k P Δ T + k I ∫ 0 t Δ T d t + k D d Δ T d t
其中u2(t)为控制流量，kP、kI、kD分别为PID控制中的比例、积分、微分系数，ΔT为电堆温度与设定值之差值；
所述的总控制流量：
u(t)＝u1(t)+u2(t)
其中u(t)为总控制量。
2.按照权利要求1所述的控制方法，其特征在于：直接甲醇燃料电池电堆包括，
电堆电流测量单元，用于获取燃料电池电堆当前输出电流；
电堆温度测量单元，用于获取燃料电池电堆当前温度；
控制量运算单元，用于存储温度设定值以及根据当前电堆电流和电堆温度数值计算所得控制流量；
甲醇进料器件控制单元，用于根据控制量对甲醇进料器件进行控制；
所述的甲醇进料控制器工作步骤包括：1)电堆电流测量单元测量电堆电流、电堆温度测量单元测量电堆温度，2)控制量运算单元依据温度设定值、当前电堆温度以及电堆电流计算控制流量，3)甲醇进料器件控制单元根据当前控制流量对甲醇进料器件进行控制。
3.按照权利要求2所述的控制方法，其特征在于：所述甲醇进料器件为设置于甲醇进料管路上的电磁阀、微/小型液泵中的一种或两种。
4.按照权利要求2所述的控制方法，其特征在于：所述控制量运算单元为单片机、微处理器或计算机。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
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
CN112635803A (zh) * 2020-12-21 2021-04-09 中通客车控股股份有限公司 一种pemfc电堆温度控制方法及系统
CN113718298A (zh) * 2021-08-23 2021-11-30 乐山有研稀土新材料有限公司 一种稀土电解加料的分阶段控制方法及设备
CN114335612A (zh) * 2021-12-29 2022-04-12 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 一种醇类燃料电池供液系统及其工作方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7141322B2 (en) * 2002-06-27 2006-11-28 H Power Corporation Alcohol fueled direct oxidation fuel cells
EP1933409A4 (en) * 2005-09-12 2010-03-03 Toyo Seikan Kaisha Ltd FUEL SUPPLY CONTAINER FOR A FUEL CELL, FUEL SUPPLY PROCESS AND HOLDER FOR A FUEL SUPPLY CONTAINER
US20110151343A1 (en) * 2006-10-06 2011-06-23 Ryuji Kohno Fuel cell system
CN102119460A (zh) * 2008-08-18 2011-07-06 索尼公司 燃料电池系统和电子装置
CN202797152U (zh) * 2012-08-13 2013-03-13 宁波拜特测控技术有限公司 一种甲醇燃料电池测试系统的电堆热管理装置
CN104409751A (zh) * 2014-11-05 2015-03-11 同济大学 一种燃料电池阳极压力控制方法及装置
CN104733759A (zh) * 2015-03-27 2015-06-24 上海新源动力有限公司 一种稳定和可控的燃料电池阳极与阴极操作压差的方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7141322B2 (en) * 2002-06-27 2006-11-28 H Power Corporation Alcohol fueled direct oxidation fuel cells
EP1933409A4 (en) * 2005-09-12 2010-03-03 Toyo Seikan Kaisha Ltd FUEL SUPPLY CONTAINER FOR A FUEL CELL, FUEL SUPPLY PROCESS AND HOLDER FOR A FUEL SUPPLY CONTAINER
US20110151343A1 (en) * 2006-10-06 2011-06-23 Ryuji Kohno Fuel cell system
CN102119460A (zh) * 2008-08-18 2011-07-06 索尼公司 燃料电池系统和电子装置
CN202797152U (zh) * 2012-08-13 2013-03-13 宁波拜特测控技术有限公司 一种甲醇燃料电池测试系统的电堆热管理装置
CN104409751A (zh) * 2014-11-05 2015-03-11 同济大学 一种燃料电池阳极压力控制方法及装置
CN104733759A (zh) * 2015-03-27 2015-06-24 上海新源动力有限公司 一种稳定和可控的燃料电池阳极与阴极操作压差的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JIANGTAO GENG: "An alternating pulse electrochemical methanol concentration sensor for direct methanol fuel cells", 《SENSORS AND ACTUATORS B: CHEMICAL》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
CN112635803A (zh) * 2020-12-21 2021-04-09 中通客车控股股份有限公司 一种pemfc电堆温度控制方法及系统
CN112635803B (zh) * 2020-12-21 2022-02-22 中通客车控股股份有限公司 一种pemfc电堆温度控制方法及系统
CN113718298A (zh) * 2021-08-23 2021-11-30 乐山有研稀土新材料有限公司 一种稀土电解加料的分阶段控制方法及设备
CN114335612A (zh) * 2021-12-29 2022-04-12 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 一种醇类燃料电池供液系统及其工作方法

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