CN108258268B - 燃料电池组合电堆系统水故障的控制方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种燃料电池组合电堆系统水故障的控制方法及装置，燃料电池组合电堆系统的第一电堆和第二电堆并联或串联供能，且第一电堆和第二电堆的冷却水支路上分别设置有流量调节阀，其中，方法包括：获取电堆系统在每个正常工况的氢气压力降基准值，以得到调控控制线；采集当前氢气侧压力降，并在当前氢气侧压力降高于当前正常工况对应的调控控制线时，根据第一电堆和第二电堆的电压或电流判定故障电堆；减小故障电堆流量调节阀的开度，并且增加另个电堆的流量调节阀的开度。该方法可有效地对燃料电池水淹故障提出预警，可确定有水淹趋势的电堆并对该堆采取相应措施规避故障。

Description

燃料电池组合电堆系统水故障的控制方法及装置
技术领域
本发明涉及质子交换膜燃料电池技术领域，特别涉及一种燃料电池组合电堆系统水故障的控制方法及装置。
背景技术
质子交换膜燃料电池效率高、无污染，是比较理想的车载动力源。当前，为适应系统使用的需求，市场对燃料电池系统的输出功率和效率的要求越来越高。将大型的单堆拆解为双堆、乃至多堆组合运行，有利于电堆模块化设计和降参数运行，从而可以提高燃料电池的可靠性。
燃料电池多堆运行的连接方式多样。从气路连接的角度分，双堆可以并联供气，也可以串联供气。但是串联供气的方式存在较高的流道压降，从而空压机功耗较高，造成更大的寄生功率。因此，从保证系统净输出和提升系统效率的角度看，双堆气路并联是最优方案。从电路连接的角度分，双堆可以通过电缆串联连接或并联连接；必须选配合适的功率器件、进行恰当的电路设计来保证双堆协同输出电能。
燃料电池运行过程中最突出的问题是水故障，进行恰当的水管理非常必要，这直接关系到系统可靠性和电堆使用寿命。对于采用双电堆构型的大功率燃料电池系统而言，水故障诊断和规避的意义更加重大。目前在燃料电池故障诊断方面，比较成熟的技术是CVM(cell voltage monitoring，电压巡检技术)。CVM通过单独采集每一个燃料电池单体的电压来判断其工作状态，通过单片电压的对比来诊断故障；CVM也可以与阻抗测量相结合综合评测单体工作状态，例如结合低频阻抗评估水淹。但是，此方法只能在水故障已经发生且比较严重时得到故障诊断结果，不能从趋势上进行预警，也不能采取相应措施规避水故障；当CVM诊断出水故障时，为避免水淹的进一步恶化，能够采取的措施只能是停机检修。另外，CVM需要检测每一片电池单体的电压，需要引出的线束过多、管理困难，这会明显降低系统可靠性。对于双电堆燃料电池系统而言，其系统功率一般较大，电池单体数目一般较多，虽然可以在系统中应用CVM技术，但是应用CVM技术引入的问题比较突出。
为解决CVM技术诊断滞后的问题，利用氢气压力降来评价燃料电池水状态，此方法可提前预警燃料电池水淹趋势，及时采取措施规避水淹故障；另外，此方法解决了CVM引线较多的问题。但是，仅限于对单电堆进行水故障诊断，在联合供气的双电堆、多电堆系统上应用仍有局限。主要原因在于：双堆并联供气机制下，其中某一电堆的水淹会导致两堆配气量的改变，即水淹电堆气体流量减小、未水淹电堆气体流量增大，这会削弱压降的变化趋势，压降不能作为识别水状态的主要参数
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种燃料电池组合电堆系统水故障的控制方法，该方法可有效地对燃料电池水淹故障提出预警，可确定有水淹趋势的电堆并对该堆采取相应措施规避故障。
本发明的另一个目的在于提出一种燃料电池组合电堆系统水故障的控制装置。
为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种燃料电池组合电堆系统水故障的控制方法，所述燃料电池组合电堆系统的第一电堆和第二电堆并联或串联供能，且第一电堆和第二电堆的冷却水支路上分别设置有流量调节阀，其中，方法包括以下步骤：获取所述电堆系统在每个正常工况的氢气压力降基准值，以得到调控控制线；采集当前氢气侧压力降，并判断所述当前氢气侧压力降是否高于当前正常工况对应的调控控制线；如果所述当前氢气侧压力降高于当前正常工况对应的调控控制线时，根据所述第一电堆和所述第二电堆的电压或电流判定故障电堆；减小所述故障电堆所述流量调节阀的开度，并且增加另个电堆的流量调节阀的开度。
本发明实施例的燃料电池组合电堆系统水故障的处理方法，以压降作为前期水故障预诊断方式，可预警电堆水淹趋势，为故障规避预留调控时间，采集数据量小，引线较少，规避了CVM方法的缺陷，可有效地对燃料电池水淹故障提出预警，可确定有水淹趋势的电堆并对该堆采取相应措施规避故障。
另外，根据本发明上述实施例的燃料电池组合电堆系统水故障的处理方法还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述第一电堆和所述第二电堆串联时，若第一电堆电压降低、第二电堆电压升高，则判定所述第一电堆有水淹趋势且为故障电堆，若所述第一电堆电压升高、所述第二电堆电压降低，则判定所述第二电堆有水淹趋势且为故障电堆；所述第一电堆和所述第二电堆并联时，若第一电堆电流降低、第二电堆电流升高，则判定所述第一电堆有水淹趋势且为故障电堆，若所述第一电堆电流升高、所述第二电堆电流降低，则判定所述第二电堆有水淹趋势且为故障电堆。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述减小所述故障电堆所述流量调节阀的开度，并且增加另个电堆的流量调节阀的开度，还包括：若第一电堆有水淹趋势，则控制第一流量调节阀开度减小、控制第二流量调节阀开度增大；若第二电堆有水淹趋势，则控制所述第一流量调节阀开度增大、控制所述第二流量调节阀开度减小。
进一步地，在本发明的一个实施例中，上述方法还包括：若所述当前氢气侧压力降恢复到所述当前正常工况对应的调控控制线以下，则恢复所述第一流量调节阀和所述第二流量调节阀的开度，持续监控。
进一步地，在本发明的一个实施例中，氢气侧压力降计算公式为：
Figure GDA0002406307210000031
其中，L为单条流道长度，n为氢气侧单片电池流道数，p为氢气压力，
Figure GDA0002406307210000032
为总氢气过量系数，T为燃料电池反应温度，psat为温度T下水蒸气的饱和压力，Cd为燃料电池氢气侧流道深度，Cw为燃料电池氢气侧流道宽度；
确定所述调控控制线为：
Figure GDA0002406307210000033
为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种燃料电池组合电堆系统水故障的控制装置，所述燃料电池组合电堆系统的第一电堆和第二电堆并联或串联供能，且第一电堆和第二电堆的冷却水支路上分别设置有流量调节阀，其中，装置包括：获取模块，用于获取所述电堆系统在每个正常工况的氢气压力降基准值，以得到调控控制线；采集判断模块，用于采集当前氢气侧压力降，并判断所述当前氢气侧压力降是否高于当前正常工况对应的调控控制线；故障判定模块，用于如果所述当前氢气侧压力降高于当前正常工况对应的调控控制线时，根据所述第一电堆和所述第二电堆的电压或电流判定故障电堆；处理模块，用于减小所述故障电堆所述流量调节阀的开度，并且增加另个电堆的流量调节阀的开度。
本发明实施例的燃料电池组合电堆系统水故障的处理装置，以压降作为前期水故障预诊断方式，可预警电堆水淹趋势，为故障规避预留调控时间，采集数据量小，引线较少，规避了CVM方法的缺陷，可有效地对燃料电池水淹故障提出预警，可确定有水淹趋势的电堆并对该堆采取相应措施规避故障。
另外，根据本发明上述实施例的燃料电池组合电堆系统水故障的处理装置还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，其中，所述第一电堆和所述第二电堆串联时，若第一电堆电压降低、第二电堆电压升高，则判定所述第一电堆有水淹趋势且为故障电堆，若所述第一电堆电压升高、所述第二电堆电压降低，则判定所述第二电堆有水淹趋势且为故障电堆；所述第一电堆和所述第二电堆并联时，若第一电堆电流降低、第二电堆电流升高，则判定所述第一电堆有水淹趋势且为故障电堆，若所述第一电堆电流升高、所述第二电堆电流降低，则判定所述第二电堆有水淹趋势且为故障电堆。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述处理模块具体用于若第一电堆有水淹趋势，则控制第一流量调节阀开度减小、控制第二流量调节阀开度增大，以及若第二电堆有水淹趋势，则控制所述第一流量调节阀开度增大、控制所述第二流量调节阀开度减小。
进一步地，在本发明的一个实施例中，若所述当前氢气侧压力降恢复到所述当前正常工况对应的调控控制线以下，则恢复所述第一流量调节阀和所述第二流量调节阀的开度，持续监控。
进一步地，在本发明的一个实施例中，氢气侧压力降计算公式为：
Figure GDA0002406307210000041
其中，L为单条流道长度，n为氢气侧单片电池流道数，p为氢气压力，
Figure GDA0002406307210000043
为总氢气过量系数，T为燃料电池反应温度，Psat为温度T下水蒸气的饱和压力，Cd为燃料电池氢气侧流道深度，Cw为燃料电池氢气侧流道宽度；
确定所述调控控制线为：
Figure GDA0002406307210000042
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明一个实施例的燃料电池组合电堆系统水故障的控制方法的流程图；
图2为根据本发明一个具体实施例的燃料电池组合电堆系统水故障的控制方法的流程图；
图3为根据本发明一个实施例的燃料电池组合电堆系统水故障的控制装置的结构示意图；
图4为根据本发明一个实施例的燃料电池组合电堆系统气路连接图；
图5为根据本发明一个实施例的电路串联燃料电池组合电堆系统气-电-水连接图；
图6为根据本发明一个实施例的电路并联燃料电池组合电堆系统气-电-水连接图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参照附图描述根据本发明实施例提出的燃料电池组合电堆系统水故障的控制方法及装置，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的燃料电池组合电堆系统水故障的控制方法。
图1是本发明一个实施例的燃料电池组合电堆系统水故障的控制方法的流程图。
如图1所示，燃料电池组合电堆系统的第一电堆和第二电堆并联或串联供能，且第一电堆和第二电堆的冷却水支路上分别设置有流量调节阀，该燃料电池组合电堆系统水故障的控制方法包括以下步骤：
在步骤S101中，获取电堆系统在每个正常工况的氢气压力降基准值，以得到调控控制线。将氢气压降诊断作为前期辅助手段，可有效预警水淹趋势。
可以理解的是，如图2所示，根据氢气压力降计算公式计算出各个工况下未发生水淹的氢气压力降基准值，根据此基准值确定调控控制线。
在本发明的一个实施例中，氢气侧压力降计算公式为：
Figure GDA0002406307210000051
其中，L为单条流道长度，n为氢气侧单片电池流道数，p为氢气压力，
Figure GDA0002406307210000052
为总氢气过量系数，T为燃料电池反应温度，Psat为温度T下水蒸气的饱和压力，Cd为燃料电池氢气侧流道深度，Cw为燃料电池氢气侧流道宽度；
确定调控控制线为：
Figure GDA0002406307210000053
具体而言，假设双堆均匀配气、工作状态完全一致，根据氢气压力降计算公式计算出本工况下未发生水淹的氢气压力降基准值：
Figure GDA0002406307210000061
其中，L为单条流道长度，n为氢气侧单片电池流道数，p为氢气压力，
Figure GDA0002406307210000062
为总氢气过量系数，T为燃料电池反应温度，Psat为温度T下水蒸气的饱和压力，Cd为燃料电池氢气侧流道深度，Cw为燃料电池氢气侧流道宽度。
氢气压降在水淹过程中具有“两级台阶”变化规律，确定两个台阶的压降数值差为ΔPladder，由此确定氢气压降调控控制线为：
Figure GDA0002406307210000063
在步骤S102中，采集当前氢气侧压力降，并判断当前氢气侧压力降是否高于当前正常工况对应的调控控制线。
可以理解的是，如图2所示，本发明实施例采集氢气侧压力降ΔPH2，当ΔPH2低于控制线时，持续监控；当ΔPH2高于控制线时，判断电堆有水淹趋势，进行下一步判断。
在步骤S103中，如果当前氢气侧压力降高于当前正常工况对应的调控控制线时，根据第一电堆和第二电堆的电压或电流判定故障电堆。
可以理解的是，并联供气双电堆配气呈现普遍规律，有水淹趋势电堆气体流动阻力增大、配气量减小，正常电堆配气量增大；体现为故障电堆输出性能降低、正常电堆输出性能提升。基于此规律提出检测双堆电流(电路并联)或电压(电路串联)，以此确定故障电堆
进一步地，在本发明的一个实施例中，其中，第一电堆和第二电堆串联时，若第一电堆电压降低、第二电堆电压升高，则判定第一电堆有水淹趋势且为故障电堆，若第一电堆电压升高、第二电堆电压降低，则判定第二电堆有水淹趋势且为故障电堆；第一电堆和第二电堆并联时，若第一电堆电流降低、第二电堆电流升高，则判定第一电堆有水淹趋势且为故障电堆，若第一电堆电流升高、第二电堆电流降低，则判定第二电堆有水淹趋势且为故障电堆。
具体而言，在双电堆电路串联时，若第二电堆电压U2升高、第一电堆电压U1降低(或双电堆电路并联时，若第二电堆电流I2升高、第一电堆电流I1降低)，判定第一电堆有水淹趋势，第一电堆为故障电堆；若第一电堆电压U1升高、第二电堆电压U2降低(或双电堆电路并联时，若第一电堆电流I1升高、第二电堆电流I2降低)，判定第二电堆有水淹趋势，第二电堆为故障电堆。
在步骤S104中，减小故障电堆流量调节阀的开度，并且增加另个电堆的流量调节阀的开度。
可以理解的是，本发明实施例通过改变双堆流量调节阀开度，减小故障电堆冷却水流量来遏制水淹趋势、规避水淹故障。
进一步地，在本发明的一个实施例中，减小故障电堆流量调节阀的开度，并且增加另个电堆的流量调节阀的开度，还包括：若第一电堆有水淹趋势，则控制第一流量调节阀开度减小、控制第二流量调节阀开度增大；若第二电堆有水淹趋势，则控制第一流量调节阀开度增大、控制第二流量调节阀开度减小。
具体而言，调节双电堆冷却水支路流量调节阀的开度，控制故障电堆冷却水流量降低、温度升高，以此规避水淹。具体方式为：若第一电堆有水淹趋势，控制第一流量调节阀开度减小、第二流量调节阀开度增大；若第二电堆有水淹趋势，控制第二流量调节阀开度减小、第二流量调节阀开度增大。
进一步地，在本发明的一个实施例中，本发明实施例的方法还包括：若当前氢气侧压力降恢复到当前正常工况对应的调控控制线以下，则恢复第一流量调节阀和第二流量调节阀的开度，持续监控。
可以理解的是，本发明实施例通过判断氢气侧压力降ΔPH2是否恢复到控制线以下，若是，则恢复第一和第二流量调节阀的开度，持续监控。
另外，本发明实施例的方法监控的气体压降可拓展为阴极气体压降，可应用于氢-氧燃料电池组合电堆系统，可扩展应用于多电堆燃料电池系统。
综上，本发明实施例依据的规律为：并联供气双堆系统中，某一电堆有水淹趋势时，两电堆气体流动阻力产生差异，从而两电堆配气量改变(故障电堆气体流动阻力增大，气体流量减小，正常电堆气体流量增大)。配气量的改变会削弱氢气压降的变化趋势，氢气压降增大比率低于单堆系统，因此压降诊断仅作为本方法的辅助手段。电堆对气体流量比较敏感，配气量的改变会使故障电堆输出性能变差、正常电堆输出性能变好。因而可通过电压(双堆电路串联)或电流(双堆电路并联)的检测确定故障电堆。
根据本发明实施例提出的燃料电池组合电堆系统水故障诊断及规避方法，以压降作为前期水故障预诊断方式，可预警电堆水淹趋势，为故障规避预留调控时间，采集数据量小，引线较少，规避了CVM方法的缺陷，可应用于氢-氧燃料电池组合电堆系统，可扩展应用于多电堆燃料电池系统，适应大功率燃料电池系统单堆拆解为多堆运行的需要，可有效提高系统可靠性。
其次参照附图描述根据本发明实施例提出的燃料电池组合电堆系统水故障诊断及规避装置。
图3是本发明一个实施例的燃料电池组合电堆系统水故障的控制装置的结构示意图。
如图3所示，燃料电池组合电堆系统的第一电堆和第二电堆并联或串联供能，且第一电堆和第二电堆的冷却水支路上分别设置有流量调节阀，该燃料电池组合电堆系统水故障的控制装置300包括：获取模块310、采集判断模块320、判定模块330和处理模块340。
其中，获取模块310用于获取电堆系统在每个正常工况的氢气压力降基准值，以得到调控控制线。采集判断模块320用于采集当前氢气侧压力降，并判断当前氢气侧压力降是否高于当前正常工况对应的调控控制线。故障判定模块330用于如果当前氢气侧压力降高于当前正常工况对应的调控控制线时，根据第一电堆和第二电堆的电压或电流判定故障电堆。处理模块340用于减小故障电堆流量调节阀的开度，并且增加另个电堆的流量调节阀的开度。本发明实施例的装置300可有效地对燃料电池水淹故障提出预警，可确定有水淹趋势的电堆并对该堆采取相应措施规避故障，可有效提高系统可靠性。
进一步地，在本发明的一个实施例中，其中，第一电堆和第二电堆串联时，若第一电堆电压降低、第二电堆电压升高，则判定第一电堆有水淹趋势且为故障电堆，若第一电堆电压升高、第二电堆电压降低，则判定第二电堆有水淹趋势且为故障电堆；第一电堆和第二电堆并联时，若第一电堆电流降低、第二电堆电流升高，则判定第一电堆有水淹趋势且为故障电堆，若第一电堆电流升高、第二电堆电流降低，则判定第二电堆有水淹趋势且为故障电堆。
进一步地，在本发明的一个实施例中，处理模块340具体用于若第一电堆有水淹趋势，则控制第一流量调节阀开度减小、控制第二流量调节阀开度增大，以及若第二电堆有水淹趋势，则控制第一流量调节阀开度增大、控制第二流量调节阀开度减小。
进一步地，在本发明的一个实施例中，若当前氢气侧压力降恢复到当前正常工况对应的调控控制线以下，则恢复第一流量调节阀和第二流量调节阀的开度，持续监控。
进一步地，在本发明的一个实施例中，氢气侧压力降计算公式为：
Figure GDA0002406307210000081
其中，L为单条流道长度，n为氢气侧单片电池流道数，p为氢气压力，
Figure GDA0002406307210000082
为总氢气过量系数，T为燃料电池反应温度，Psat为温度T下水蒸气的饱和压力，Cd为燃料电池氢气侧流道深度，Cw为燃料电池氢气侧流道宽度；
确定调控控制线为：
Figure GDA0002406307210000091
在本发明的一个具体实施例中，如图4和图5所示，双堆结构、组成完全一致。空气并联供气，即空气经空压机100后同时供给到第一电堆1和第二电堆2；氢气并联供气，即氢气从氢气罐200中排出，经双堆体系氢气入口10后同时供给到第一电堆1和第二电堆2，经氢气出口20排出双堆体系。压差传感器5采集双堆体系氢气进出口之间的压差。冷却水经双堆体系冷却水入口(30)后同时流入双堆，第一电堆1冷却水支路上设置流量调节阀4，第二电堆2冷却水支路上设置流量调节阀3，流量调节阀调节通过两个电堆的冷却水流量，冷却水经流量调节阀后从冷却水出口40流出双堆体系。电路连接上，双堆采取串联连接。电压表V16采集第一电堆1电压U1，电压表V27采集第二电堆2电压U2。
若压差传感器5监测到双堆体系氢气进出口压降超过调控控制线，则调用双堆电压值U1和U2判定水淹电堆。若U1减小，U2增大，则确定第一电堆1有水淹趋势。减小冷却水流量调节阀4开度、增大冷却水流量调节阀3开度，以此减小通过第一电堆1的冷却水流量；第一电堆1温度升高，水淹趋势得到遏制，直到氢气压降恢复到控制线以下。
另外，如图4和图6所示，双堆结构、组成完全一致，双堆水路、气路连接方式与上述实施例相同，氢气压降调控控制线的确定与上述实施例相同。电路连接上，双堆采取并联连接。电流表A18采集第一电堆1电流I1，电流表A29采集第二电堆2电流I2。
若压差传感器5监测到双堆体系氢气进出口压降超过调控控制线，则调用双堆电流值I1和I2判定水淹电堆。若I1减小，I2增大，则确定第一电堆1有水淹趋势。减小冷却水流量调节阀4开度、增大冷却水流量调节阀3开度，以此减小通过电堆1的冷却水流量；第一电堆1温度升高，水淹趋势得到遏制，直到双堆体系氢气进出口压降恢复到控制线以下。
需要说明的是，前述对燃料电池组合电堆系统水故障的控制方法实施例的解释说明也适用于该实施例的燃料电池组合电堆系统水故障的控制装置，此处不再赘述。
根据本发明实施例提出的燃料电池组合电堆系统水故障的控制装置，以压降作为前期水故障预诊断方式，可预警电堆水淹趋势，为故障规避预留调控时间，采集数据量小，引线较少，规避了CVM方法的缺陷，可应用于氢-氧燃料电池组合电堆系统，可扩展应用于多电堆燃料电池系统，适应大功率燃料电池系统单堆拆解为多堆运行的需要，可有效提高系统可靠性。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种燃料电池组合电堆系统水故障的控制方法，其特征在于，所述燃料电池组合电堆系统的第一电堆和第二电堆并联或串联供能，且第一电堆和第二电堆的冷却水支路上分别设置有流量调节阀，其中，方法包括以下步骤：
获取所述电堆系统在每个正常工况的氢气压力降基准值，以得到调控控制线，其中，氢气侧压力降计算公式为：
Figure FDA0002416617750000011
其中，L为单条流道长度，n为氢气侧单片电池流道数，p为氢气压力，
Figure FDA0002416617750000012
为总氢气过量系数，T为燃料电池反应温度，psat为温度T下水蒸气的饱和压力，Cd为燃料电池氢气侧流道深度，Cw为燃料电池氢气侧流道宽度；
其中，氢气压降在水淹过程中具有两级台阶变化规律，确定两个台阶的压降数值差为ΔPladder，由此确定所述调控控制线为：
Figure FDA0002416617750000013
采集当前氢气侧压力降，并判断所述当前氢气侧压力降是否高于当前正常工况对应的调控控制线；
如果所述当前氢气侧压力降高于当前正常工况对应的调控控制线时，根据所述第一电堆和所述第二电堆的电压或电流判定故障电堆；其中，所述第一电堆和所述第二电堆串联时，若第一电堆电压降低、第二电堆电压升高，则判定所述第一电堆有水淹趋势且为故障电堆，若所述第一电堆电压升高、所述第二电堆电压降低，则判定所述第二电堆有水淹趋势且为故障电堆；所述第一电堆和所述第二电堆并联时，若第一电堆电流降低、第二电堆电流升高，则判定所述第一电堆有水淹趋势且为故障电堆，若所述第一电堆电流升高、所述第二电堆电流降低，则判定所述第二电堆有水淹趋势且为故障电堆；以及
减小所述故障电堆所述流量调节阀的开度，并且增加另个电堆的流量调节阀的开度。
2.根据权利要求1所述的燃料电池组合电堆系统水故障的控制方法，其特征在于，所述第一电堆的冷却水支路上设置的流量调节阀为第一流量调节阀，所述第二电堆的冷却水支路上设置的流量调节阀为第二流量调节阀，所述减小所述故障电堆所述流量调节阀的开度，并且增加另个电堆的流量调节阀的开度，还包括：
若第一电堆有水淹趋势，则控制第一流量调节阀开度减小、控制第二流量调节阀开度增大；
若第二电堆有水淹趋势，则控制所述第一流量调节阀开度增大、控制所述第二流量调节阀开度减小。
3.根据权利要求2所述的燃料电池组合电堆系统水故障的控制方法，其特征在于，还包括：若所述当前氢气侧压力降恢复到所述当前正常工况对应的调控控制线以下，则恢复所述第一流量调节阀和所述第二流量调节阀的开度，持续监控。
4.一种燃料电池组合电堆系统水故障的控制装置，其特征在于，所述燃料电池组合电堆系统的第一电堆和第二电堆并联或串联供能，且第一电堆和第二电堆的冷却水支路上分别设置有流量调节阀，其中，装置包括：
获取模块，用于获取所述电堆系统在每个正常工况的氢气压力降基准值，以得到调控控制线，其中，氢气侧压力降计算公式为：
Figure FDA0002416617750000021
其中，L为单条流道长度，n为氢气侧单片电池流道数，p为氢气压力，
Figure FDA0002416617750000022
为总氢气过量系数，T为燃料电池反应温度，psat为温度T下水蒸气的饱和压力，Cd为燃料电池氢气侧流道深度，Cw为燃料电池氢气侧流道宽度；
其中，氢气压降在水淹过程中具有两级台阶变化规律，确定两个台阶的压降数值差为ΔPladder，由此确定所述调控控制线为：
Figure FDA0002416617750000023
采集判断模块，用于采集当前氢气侧压力降，并判断所述当前氢气侧压力降是否高于当前正常工况对应的调控控制线；
故障判定模块，用于如果所述当前氢气侧压力降高于当前正常工况对应的调控控制线时，根据所述第一电堆和所述第二电堆的电压或电流判定故障电堆，其中，所述第一电堆和所述第二电堆串联时，若第一电堆电压降低、第二电堆电压升高，则判定所述第一电堆有水淹趋势且为故障电堆，若所述第一电堆电压升高、所述第二电堆电压降低，则判定所述第二电堆有水淹趋势且为故障电堆；所述第一电堆和所述第二电堆并联时，若第一电堆电流降低、第二电堆电流升高，则判定所述第一电堆有水淹趋势且为故障电堆，若所述第一电堆电流升高、所述第二电堆电流降低，则判定所述第二电堆有水淹趋势且为故障电堆；以及
处理模块，用于减小所述故障电堆所述流量调节阀的开度，并且增加另个电堆的流量调节阀的开度。
5.根据权利要求4所述的燃料电池组合电堆系统水故障的控制装置，其特征在于，所述第一电堆的冷却水支路上设置的流量调节阀为第一流量调节阀，所述第二电堆的冷却水支路上设置的流量调节阀为第二流量调节阀，所述处理模块具体用于若第一电堆有水淹趋势，则控制第一流量调节阀开度减小、控制第二流量调节阀开度增大，以及若第二电堆有水淹趋势，则控制所述第一流量调节阀开度增大、控制所述第二流量调节阀开度减小。
6.根据权利要求5所述的燃料电池组合电堆系统水故障的控制装置，其特征在于，若所述当前氢气侧压力降恢复到所述当前正常工况对应的调控控制线以下，则恢复所述第一流量调节阀和所述第二流量调节阀的开度，持续监控。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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