CN109390613B - 燃料电池内阻的调整方法及系统 - Google Patents

燃料电池内阻的调整方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN109390613B
CN109390613B CN201811024815.8A CN201811024815A CN109390613B CN 109390613 B CN109390613 B CN 109390613B CN 201811024815 A CN201811024815 A CN 201811024815A CN 109390613 B CN109390613 B CN 109390613B
Authority
CN
China
Prior art keywords
fuel cell
air
relative humidity
internal resistance
compressor
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.)
Active
Application number
CN201811024815.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109390613A (zh
Inventor
郑璜瑛
房永�
王宏宇
潘海涛
景一峰
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.)
Hangzhou Huron Technology Co ltd
Original Assignee
Hangzhou Huron Technology 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 Hangzhou Huron Technology Co ltd filed Critical Hangzhou Huron Technology Co ltd
Priority to CN201811024815.8A priority Critical patent/CN109390613B/zh
Publication of CN109390613A publication Critical patent/CN109390613A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109390613B publication Critical patent/CN109390613B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04126—Humidifying
    • 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
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04492—Humidity; Ambient humidity; Water content
    • H01M8/04507—Humidity; Ambient humidity; Water content of cathode reactants at the inlet or inside the fuel cell
    • 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
    • H01M8/04828—Humidity; Water content
    • H01M8/04835—Humidity; Water content of fuel cell reactants
    • 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
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
    • 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

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

Abstract

本发明公开了一种燃料电池内阻的调整方法及调整系统，后者包括电堆、空气供给装置和燃料电池控制器，空气供给装置包括依次连通的压缩单元、冷却单元和加湿单元，加湿单元与燃料电池控制器电连接，加湿单元的排气口与电堆的进气口连通；压缩单元包括压缩机和第一检测组件，第一检测组件用于检测所述压缩机的进气端的环境空气压力和环境空气温度；冷却单元包括冷却器和第二检测组件，第二检测组件用于检测所述冷却器的排气端的排气压力和排气流量。基于上述调整方法及调整装置能够准确的调整燃料电池的内阻，使燃料电池工作处于最佳区域，提高整个电堆的效率，有效避免电堆中空气相对湿度过低或过高对燃料电池的损害，保证电堆的寿命及工作效率。

Description

燃料电池内阻的调整方法及系统
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池内阻的调整方法。本发明还涉及一种通过上述调整方法来实施的燃料电池内阻的调整系统。
背景技术
燃料电池是一种将氢和氧的化学能通过电极反应直接转换成电能的装置，排出的产物主要是水和热，其能量转换效率高达60～80％，实际使用效率则是普通内燃机的2～3倍。另外，它还具有燃料多样化、排气干净，噪声低，对环境污染小，可靠性及维修性好等优点，被认为是具有重大发展前途的一种新型能源。
质子交换膜燃料电池(PEMFC)是燃料电池的一种，它具有能源转化率高，对环境友好，工作温度低，适宜于较频繁启动的场合，比其它类型的燃料电池具有更高的功率密度，以及比蓄电池电动车连续行驶更长的距离等优点。随着世界各国对清洁燃料汽车的研究日趋深入，PEMFC被认为是汽车最好的替代动力源之一。
质子交换膜多采用全氟磺酸型聚合物溶液，风干后形成高分子膜，作为催化剂的涂层和载体，形成膜电极。在燃料电池内部质子交换膜为质子的迁移和输送提供通道，使质子经过膜从阳极到达阴极构成回路，向外界提供电流。质子透过交换膜时会有一定的阻力，宏观表现为燃料电池的内阻，内阻变化则影响燃料电池的输出电压。
电池电压与电流密度的关系曲线称为极化曲线，电流密度越大，电池电压越小。对于某单体电池，在中间范围如电压0.5V～0.9V，电流密度在0.4～1.3A/cm2的区域内时，极化曲线变化比较平缓，而两端的区域电压下降很快(参见说明书附图1)。内阻对极化曲线有很大影响，使电池输出电压随着电流增大而降低，而内阻的大小跟交换膜的湿度有很大关系。通常在燃料电池刚启动时，质子交换膜的湿度较低，磺酸基和水不足以充分载流，从而使得燃料电池内阻增大，输出的极化曲线下降很快。而当相对湿度达到100％后，如果继续长时间加湿，将会在一定范围内形成水化层，水化层会在扩散区形成阻碍，如果进气的压力和流量不足以将水化层吹走，燃料电池的输出电压同样会下降。
燃料电池的内阻受湿度影响很大，气体在电堆反应后会生产水，生成的水量无法直接测量，导致难以知道反应气体的湿度、质子交换膜的湿度，容易导致交换膜湿度过低或过高使电池内阻增大，从而导致燃料电池的输出电压和电流不稳定，甚至造成水淹等不可逆的损坏，导致电堆失效。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述存在的至少一个问题，该目的是通过以下技术方案实现的。
本发明提供了一种燃料电池内阻的调整方法，该调整方法包括如下步骤：
S1：获得压缩机进气端的环境空气相对湿度；
S2：计算压缩机排气端的压缩空气相对湿度以及压缩空气中含水量；
S3：计算冷却器排气端的冷却空气相对湿度以及冷却空气含水量；
S4：判断冷却空气相对湿度是否大于100％，若是，则直接进行供气操作，若否，则转入S5；
S5：计算冷却空气相对湿度达到100％时所需的水量，并根据所需的水量和喷嘴的喷射速度计算喷嘴的开启时间；
S6：启动加湿器，根据开启时间进行对冷却空气进行加湿；
S7：判断燃料电池的电堆电压和电堆电流形成的极化曲线是否为上升曲线，若是上升曲线，则进一步判断燃料电池内的空气相对湿度是否小于第一预设值，若是，则保持喷嘴的喷水，若否，则停止喷嘴的喷水；若非上升曲线，则转入S8；
S8：判断电堆电压是否低于第一预设电压，若否，将此时燃料电池的空气相对湿度记录为第一湿度值，并记录此时的电堆电压和电堆电流，若是，则转入S9；
S9：判断电堆电压是否低于第二预设电压，若否，不进行处理，若是，则转入S10；
S10:将此时燃料电池的空气相对湿度记录为第二湿度值，并记录此时的电堆电压和电堆电流；
S11：将介于第一湿度值与第二湿度值之间的数值作为燃料电池的最佳湿度范围，且将第一湿度值和第二湿度值分别作为最佳湿度范围的两个边界点。
优选地，在步骤S1中，还包括如下步骤：
S101：采集环境空气压力和环境空气温度；
S102：查找压力-温度-湿度的数据表，获得环境空气相对湿度；
S103：对环境空气相对湿度进行修正。
优选地，在步骤S2中，还包括如下步骤：
S201：采集压缩机的当前转速；
S202：根据压缩机的当前转速和压缩机数据MAP计算压缩机输出端的压缩空气流量、压缩空气温度和压缩空气压力；
S203：根据压缩空气流量、压缩空气温度和压缩空气压力计算压缩空气相对湿度；
S204：判断压缩空气相对湿度是否大于100％，若是，则将100％作为压缩空气相对湿度，并根据压缩空气相对湿度计算压缩空气中的含水量；若否，则根据所计算得出的压缩空气相对湿度计算压缩空气含水量。
优选地，在步骤S3中，还包括如下步骤：
S301：采集冷却器的排气压力、排气流量和排气温度；
S302：根据排气压力和排气流量对压缩机数据MAP进行修正；
S303：根据排气压力、排气流量和排气温度计算冷却器的排气端的冷却空气相对湿度及冷却空气含水量。
优选地，在步骤S7中，还包括采集燃料电池的电堆电压和电堆电流。
本发明还提供一种燃料电池内阻的调整系统，其用于实施如上所述的燃料电池内阻的调整方法，包括电堆、空气供给装置和燃料电池控制器，所述空气供给装置与所述电堆连通，所述燃料电池控制器分别与所述电堆和所述空气供给装置电连接，所述空气供给装置包括依次连通的压缩单元、冷却单元和加湿单元，所述加湿单元与所述燃料电池控制器电连接，所述加湿单元的排气口与所述电堆的进气口连通；
所述压缩单元包括压缩机和第一检测组件，所述压缩机和所述第一检测组件分别与所述燃料电池控制器电连接，所述第一检测组件用于检测所述压缩机的进气端的环境空气压力和环境空气温度；
所述冷却单元包括冷却器和第二检测组件，所述冷却器和所述第二检测组件分别与所述燃料电池控制器电连接，所述第二检测组件用于检测所述冷却器的排气端的排气压力和排气流量。
优选地，所述第一检测组件包括第一压力传感器和第一温度传感器，所述第一压力传感器和所述第一温度传感器设置在所述压缩机的进气端，所述第一压力传感器和所述第一温度传感器分别与所述燃料电池控制器电连接。
优选地，所述第二检测组件包括第二压力传感器和流量传感器，所述第二压力传感器设置于所述加湿单元的排气端，所述流量传感器设置在所述加湿单元的进气端。
优选地，所述加湿单元包括加湿器、水泵、水箱和喷嘴，所述喷嘴设置在所述加湿器内，所述喷嘴通过水泵与所述水箱连通，所述水泵与所述燃料电池控制器电连接。
优选地，所述电堆内设置有电流检测单元、电压检测单元和第二温度传感器，所述电流检测单元、所述电压检测单元和所述第二温度传感器分别与所述燃料电池控制器电连接。
与现有技术相比，本发明所述提供的燃料电池内阻的调整方法及调整系统的有益效果为：
1、能够有效获得电堆内的相对湿度数据，根据气压、环境空气相对湿度、温度以及系统参数，获得极化曲线出现电压突然下降的工作点，形成加湿器工作范围曲线，使得燃料电池工作在湿度最优状态。
2、对于空气相对湿度的闭环控制，能够更准确的调整燃料电池的内阻，使燃料电池工作处于最佳区域，提高整个电堆的效率。
3、对空气相对湿度的控制可以有效避免电堆中空气相对湿度过低或过高对燃料电池的损害，保证电堆的寿命及工作效率。
4、燃料电池控制器可根据不同的工况设定不同的空气相对湿度边界，使空气相对湿度边界一直处于合理的范围内，使得燃料电池的内阻会处于最优范围，保证电堆工作在高效率的区间内。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明所提供的燃料电池内阻的调整方法中所涉及的极化曲线示意图(横坐标为电流密度，纵坐标为电压)；
图2为本发明所提供的燃料电池内阻的调整系统的结构框图(其中黑色空心箭头表示空气的流动方向)；
图3为本发明所提供的燃料电池内阻的调整方法的流程图。
附图标记
1为燃料电池控制器；
2为电堆，21为第二温度传感器，22为电压检测单元，23为电流检测单元；
3为空气供给装置，31为压缩单元，311为压缩机，312为第一温度传感器，313为第一压力传感器；32为冷却单元，321为第二压力传感器，322为流量传感器，323为冷却器，33为加湿单元，331为加湿器，332为喷嘴，333为水泵，334为水箱。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
请参考图1至图3，图1为本发明所提供的燃料电池内阻的调整方法中所涉及的极化曲线示意图(横坐标为电流，纵坐标为电压)；图2为本发明所提供的燃料电池内阻的调整系统的结构框图(其中黑色空心箭头表示空气的流动方向)；图3为本发明所提供的燃料电池内阻的调整方法的流程图。
在一种具体实施方式中，本发明所提供的燃料电池内阻的调整方法，该调整方法包括如下步骤：
S1：获得压缩机311进气端的环境空气相对湿度。
具体地，通过第一压力传感器313和第一温度传感器312采集环境空气压力和环境空气温度，两个传感器分别将检测的环境空气压力和环境空气温度反馈到燃料电池控制器1中，在燃料电池控制器1中预存有“压力-温度-湿度的数据表”，将环境空气压力和环境空气温度代入“压力-温度-湿度的数据表”中，从而获得与环境空气压力和环境空气温度相对应的环境空气相对湿度，并通过“压力-温度-湿度的数据表”的修正值数据表对环境空气相对湿度进行修正，从而使获得的环境空气相对湿度的数值更加准确，进而提高控制的精确性。
需要指出的是，上述“压力-温度-湿度的数据表”的数据来源为实验测试获得，压力指的是大气压力，温度指的是大气温度，湿度指的是大气相对湿度，通过在不同的参数条件下测得上述三者的数值，并且将上述三者的数值分别对应，从而形成“压力-温度-湿度的数据表”，通过任意两个数值即可查到第三个数值，通过将“压力-温度-湿度的数据表”预存在燃料电池控制器1中，通过检测环境空气压力和环境空气温度能够快速有效的获得环境空气相对湿度。
S2：计算压缩机311排气端的压缩空气相对湿度以及压缩空气中含水量；采集压缩机的当前转速。
具体地，根据压缩机311的当前转速和压缩机311数据MAP计算压缩机311输出端的压缩空气流量、压缩空气温度和压缩空气压力；根据压缩空气流量、压缩空气温度和压缩空气压力计算压缩空气相对湿度；判断压缩空气相对湿度是否大于100％，若压缩空气相对湿度大于100％，压缩空气可能会析出液态水，此时压缩空气处于饱和状态，所以在计算过程中将100％作为压缩空气相对湿度，并根据压缩空气相对湿度计算压缩空气中的含水量；若压缩空气相对湿度小于100％，此时压缩空气的相对湿度处于不饱和状态，根据所计算得出的压缩空气相对湿度计算压缩空气含水量。当空气经过压缩后，其中空气的相对湿度必然发生改变，通过上述方式能够准确获得空气经过压缩之后压缩空气的相对湿度，从而能够有效获得压缩空气含水量，进而提高了燃料电池内阻控制的精确性。
需要指出的是，上述压缩机311数据MAP是压缩机311出厂是固有的参数图谱，该参数图谱中包括压缩机311的多个参数，通过检测压缩机311的转速，通过将转速数据代入参数图谱中，能够获得在该转速条件下压缩机311的其它参数，根据流体力学的原理，并通过压缩机311的参数即可有效计算出压缩机311输出端的压缩空气流量、压缩空气温度和压缩空气压力，从而根据热力学原理即可计算出压缩空气的相对湿度。
S3：计算冷却器323排气端的冷却空气相对湿度以及冷却空气含水量；S31：采集冷却器323的排气压力、排气流量和排气温度。
具体地，由于压缩机311数据MAP为出厂标定的图谱，其存在误差，通过对排气压力和排气流量进行检测，根据排气压力和排气流量对压缩机311数据MAP进行修正，从而使得压缩机311数据MAP的精度更高，进而提高根据压缩机311数据MAP计算的数值，提高控制的精确性；根据排气压力、排气流量和排气温度计算冷却器323的排气端的冷却空气相对湿度及冷却空气含水量。
S4：判断冷却空气相对湿度是否大于100％，若是，此时冷却空气的相对湿度满足电堆2的反应要求，可直接对电堆2进行供气，若否，则转入S5。
S5：计算冷却空气相对湿度达到100％时所需的水量，并根据所需的水量和喷嘴332的喷射速度计算喷嘴332的开启时间，通过该种方式能够使得进入电堆2的空气相对湿度能够有效保证在100％，从而保证电堆2处于高效的工作状态。
S6：启动加湿器331，根据开启时间进行对冷却空气进行加湿；通过定时、定量对空气进行加湿，能够使得进入电堆2的空气能够有效满足电堆2反应的要求，从而保证电堆2的反应效率，使得电堆2内空气相对湿度有效保持在电堆2最佳反应的区间内。
S7：采集燃料电池的电堆电压和电堆电流，判断燃料电池的电堆电压和电堆电流形成的极化曲线是否为上升曲线，若是上升曲线，则进一步判断燃料电池内的空气相对湿度是否小于第一预设值，若是，此时电堆2内无水析出，保持喷嘴332的喷水，若否，此时电堆2内的空气相对湿度已经处于饱和状态，但无水析出，停止喷嘴332的喷水；若非上升曲线，则转入S8。通过判断极化曲线所处的状态能够有效掌握电堆2内部空气相对湿度所处的状态，从而为控制电堆2的内阻提供有效依据，进而提高了控制的精确性。
需要理解的是，上述第一预设值为电堆2内空气相对湿度的一个临界值，也就是说，当电堆2内的空气相对湿度小于该第一预设值时，电堆2内处于无析出水的状态，此时可以对进入电堆2的空气进行加湿操作，使得进入电堆2内的空气相对湿度增大，从而提高电堆2的反应效率，当电堆2内的空气相对湿度大于第一预设值时，电堆2内的空气相对湿度已经趋于饱和状态，具有析出水的可能，从而停止对进入电堆2内的空气加湿，避免电堆2内析出水造成内阻增大影响反应效率及电堆2的使用寿命。
S8：判断电堆2电压是否低于第一预设电压，若否，将此时燃料电池的空气相对湿度记录为第一湿度值，并记录此时的电堆电压和电堆电流，若是，则转入S9；当电池的电堆电压和电堆电流形成的极化曲线为下降曲线时，设定第一预设电压，该预设电压为电堆2处于高效工作状态下的高效电压，通过将电堆2的当前电压与第一预设电压进行比较，能够有效判断电堆2所处的工作状态，当电堆2的当前电压高于第一预设电压时，电源处于稳定高效的工作状态，当电堆2的当前电压接近第一预设电压时，此时电堆2的内阻发生了变化，将此时的电堆电压和电堆电流进行记录，并且作为内阻变化的一个临界值。
S9：判断电堆电压是否低于第二预设电压，若否，不进行处理，若是，则转入S10；设置第二预设电压，该预设电压为电堆2处于高效工作状态下的下限电压，通过将电堆2的当前电压与第二预设电压进行比较，能够有效判断电堆2所处的工作状态。
S10:将此时燃料电池的空气相对湿度记录为第二湿度值，并记录此时的电堆电压和电堆电流；当电堆2的当前电压高于第二预设电压时，电源处于稳定的工作状态，当电堆2的当前电压接近第二预设电压时，此时电堆2的内阻发生了变化，将此时的电堆电压和电堆电流进行记录，并且作为内阻变化的另一个临界值。
S11：将介于第一湿度值与第二湿度值之间的数值作为燃料电池的最佳湿度范围，且将第一湿度值和第二湿度值分别作为最佳湿度范围的两个边界点。通过上述方式能够对电堆2设定高效的湿度区间，使得电堆2反应处于最佳湿度范围内，从而能够有效保证电堆2电池的工作效率。
请继续参考图1至图3，本发明还提供一种燃料电池内阻的调整系统，其用于实施如上所述的燃料电池内阻的调整方法，包括电堆2、空气供给装置3和燃料电池控制器1，所述空气供给装置3与所述电堆2连通，所述燃料电池控制器1分别与所述电堆2和所述空气供给装置3电连接，所述空气供给装置3包括依次连通的压缩单元31、冷却单元32和加湿单元33，所述加湿单元33与所述燃料电池控制器1电连接，所述加湿单元33的排气口与所述电堆2的进气口连通；所述压缩单元31包括压缩机311和第一检测组件，所述压缩机311和所述第一检测组件分别与所述燃料电池控制器1电连接，所述第一检测组件用于检测所述压缩机311的进气端的环境空气压力和环境空气温度；所述冷却单元32包括冷却器323和第二检测组件，所述冷却器323和所述第二检测组件分别与所述燃料电池控制器1电连接，所述第二检测组件用于检测所述冷却器323的排气端的排气压力和排气流量。
工作过程中，燃料电池控制器1(FCU)上电之后首先通过第一检测组件采集环境空气压力和环境空气温度，根据预存在FCU中的空气相对湿度数据读取当前环境下的相对空气相对湿度，并对其进行修正，根据压缩机311的转速和预先保存在FCU中的压缩机311数据MAP，计算出压缩机311输出的空气流量、温度和压力，计算由压力和温度变化产生的空气相对湿度变化，如果计算得出空气相对湿度超过100％，压缩空气可能会析出液态水，则按照湿度100％来计算，否则按照计算出的湿度来计算压缩空气的含水量。压缩空气通过进气管进入冷却器323，对压缩后的空气进行冷却，压缩机311输出的压缩空气压力和流量可以由第二检测组件测量得出，并对压缩机311的数据MAP进行修正。压缩空气经过冷却后需要重新计算空气的湿度，冷却后的温度降低，湿度发生变化，需要重新计算，如果计算的湿度超过100％，可能发生液态水析出的情况，其湿度按照100％计算，否则按照其计算值。
如果当前空气相对湿度为100％，则无需加湿。如果当前空气相对湿度低于100％，则根据当前的计算湿度和空气流量，来计算湿度达到100％所需要的喷水量，并计算出加湿单元33开启的时间，进行喷水，此时为喷水的开环控制过程。
FCU根据电堆电压和电堆电流计算出单体电池的平均电压和电流，对比FCU中预先保存的单体电池的极化曲线，如果极化曲线上升而当前湿度小于第一预设值，则继续喷水，此时进入喷水的闭环控制过程。如果极化曲线下降但没超过第一预设电压，说明空气相对湿度大于第一预设值但没有开始析出液态水，记录此时的空气相对湿度(第一湿度值)和极化曲线上的电压电流点。如果极化曲线下降超过第一预设值，说明空气相对湿度达到饱和，并已经开始析出液态水，记录此时的空气相对湿度(第二湿度值)。根据电堆2当前的压力、温度和极化曲线，可以设定此时的空气相对湿度边界，即第一湿度值＜最佳空气相对湿度＜第二湿度值。
FCU会根据不同的工况设定不同的空气相对湿度边界，先在线下根据实验获得数据，然后预存在FCU中，在实际运行过程中会做出实时修正，使空气相对湿度边界一直处于合理的范围内，这样燃料电池的内阻会处于最优范围，使电堆2工作在高效率区间。
需要理解的是，上述压缩机311为空气压缩机。
进一步理解的是，所述第一检测组件包括第一压力传感器313和第一温度传感器312，所述第一压力传感器313和所述第一温度传感器312设置在所述压缩机311的进气端，所述第一压力传感器313和所述第一温度传感器312分别与所述燃料电池控制器1电连接。通过上述结构能够使得燃料电池控制器1能够有效获得环境空气压力机环境空气温度，从而能够有效获得环境空气湿度，进而为有效控制燃料电池内阻提供了基础，使得控制的精确性得到提高。
进一步地，所述第二检测组件包括第二压力传感器321和流量传感器322，所述第二压力传感器321设置于所述加湿器331单元的排气端，所述流量传感器322设置在所述加湿单元33的进气端。通过上述结构能够使得燃料电池控制器1有效获得进入电堆2的空气压力和流量，从而为计算进入电堆2的空气湿度提供了有效依据，进而提高了控制的准确性及精度。
具体理解的是，所述加湿单元33包括加湿器331、水泵、水箱334和喷嘴332，所述喷嘴332设置在所述加湿器331内，所述喷嘴332通过水泵333与所述水箱334连通，所述水泵333与所述燃料电池控制器1电连接。通过燃料电池控制器1控制水泵333，使得水箱334内的水根据实际使用需要经过喷嘴332进入加湿器331内，从而保证进入电堆2内的空气湿度，进而保证电堆2反应处于高效稳定的区间。
具体地，所述电堆2内设置有电流检测单元23、电压检测单元22和第二温度传感器21，所述电流检测单元23、所述电压检测单元22和所述第二温度传感器21分别与所述燃料电池控制器1电连接。通过上述部件能够使得燃料电池控制器1有效获得电堆2内的相关参数，从而实现对电堆2及其它各部件的有效控制，并且提高控制的精确程度。
与现有技术相比，本发明所述提供的燃料电池内阻的调整方法及调整系统的有益效果为：
1、能够有效获得电堆内的相对湿度数据，根据气压、环境空气相对湿度、温度以及系统参数，获得极化曲线出现电压突然下降的工作点，形成加湿器331工作范围曲线，使得燃料电池工作在湿度最优状态。
2、对于空气相对湿度的闭环控制，能够更准确的调整燃料电池的内阻，使燃料电池工作处于最佳区域，提高整个电堆的效率。
3、对空气相对湿度的控制可以有效避免电堆中空气相对湿度过低或过高对燃料电池的损害，保证电堆的寿命及工作效率。
4、燃料电池控制器1可根据不同的工况设定不同的空气相对湿度边界，使空气相对湿度边界一直处于合理的范围内，使得燃料电池的内阻会处于最优范围，保证电堆工作在高效率的区间内。
应当理解的是，尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或比段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种燃料电池内阻的调整方法，其特征在于，该调整方法包括如下步骤：
S1：获得压缩机进气端的环境空气相对湿度；
S2：计算压缩机排气端的压缩空气相对湿度以及压缩空气中含水量；
S3：计算冷却器排气端的冷却空气相对湿度以及冷却空气含水量；
S4：判断冷却空气相对湿度是否大于100％，若是，则直接进行供气操作，若否，则转入S5；
S5：计算冷却空气相对湿度达到100％时所需的水量，并根据所需的水量和喷嘴的喷射速度计算喷嘴的开启时间；
S6：启动加湿器，根据开启时间进行对冷却空气进行加湿；
S7：判断燃料电池的电堆电压和电堆电流形成的极化曲线是否为上升曲线，若是上升曲线，则进一步判断燃料电池内的空气相对湿度是否小于第一预设值，若是，则保持喷嘴的喷水，若否，则停止喷嘴的喷水；若非上升曲线，则转入S8；
S8：判断电堆电压是否低于第一预设电压，若否，将此时燃料电池的空气相对湿度记录为第一湿度值，并记录此时的电堆电压和电堆电流，若是，则转入S9；
S9：判断电堆电压是否低于第二预设电压，若否，不进行处理，若是，则转入S10；
S10:将此时燃料电池的空气相对湿度记录为第二湿度值，并记录此时的电堆电压和电堆电流；
S11：将介于第一湿度值与第二湿度值之间的数值作为燃料电池的最佳湿度范围，且将第一湿度值和第二湿度值分别作为最佳湿度范围的两个边界点。
2.根据权利要求1所述的燃料电池内阻的调整方法，其特征在于，在步骤S1中，还包括如下步骤：
S101：采集环境空气压力和环境空气温度；
S102：查找压力-温度-湿度的数据表，获得环境空气相对湿度；
S103：对环境空气相对湿度进行修正。
3.根据权利要求1所述的燃料电池内阻的调整方法，其特征在于，在步骤S2中，还包括如下步骤：
S201：采集压缩机的当前转速；
S202：根据压缩机的当前转速和压缩机数据MAP计算压缩机输出端的压缩空气流量、压缩空气温度和压缩空气压力；
S203：根据压缩空气流量、压缩空气温度和压缩空气压力计算压缩空气相对湿度；
S204：判断压缩空气相对湿度是否大于100％，若是，则将100％作为压缩空气相对湿度，并根据压缩空气相对湿度计算压缩空气中的含水量；若否，则根据所计算得出的压缩空气相对湿度计算压缩空气含水量。
4.根据权利要求1所述的燃料电池内阻的调整方法，其特征在于，在步骤S3中，还包括如下步骤：
S301：采集冷却器的排气压力、排气流量和排气温度；
S302：根据排气压力和排气流量对压缩机数据MAP进行修正；
S303：根据排气压力、排气流量和排气温度计算冷却器的排气端的冷却空气相对湿度及冷却空气含水量。
5.根据权利要求1所述的燃料电池内阻的调整方法，其特征在于，在步骤S7中，还包括采集燃料电池的电堆电压和电堆电流。
6.一种燃料电池内阻的调整系统，其用于实施如权利要求1-5任一项所述的燃料电池内阻的调整方法，包括电堆、空气供给装置和燃料电池控制器，所述空气供给装置与所述电堆连通，所述燃料电池控制器分别与所述电堆和所述空气供给装置电连接，其特征在于，所述空气供给装置包括依次连通的压缩单元、冷却单元和加湿单元，所述加湿单元与所述燃料电池控制器电连接，所述加湿单元的排气口与所述电堆的进气口连通；
所述压缩单元包括压缩机和第一检测组件，所述压缩机和所述第一检测组件分别与所述燃料电池控制器电连接，所述第一检测组件用于检测所述压缩机的进气端的环境空气压力和环境空气温度；
所述冷却单元包括冷却器和第二检测组件，所述冷却器和所述第二检测组件分别与所述燃料电池控制器电连接，所述第二检测组件用于检测所述冷却器的排气端的排气压力和排气流量。
7.根据权利要求6所述的燃料电池内阻的调整系统，其特征在于，所述第一检测组件包括第一压力传感器和第一温度传感器，所述第一压力传感器和所述第一温度传感器设置在所述压缩机的进气端，所述第一压力传感器和所述第一温度传感器分别与所述燃料电池控制器电连接。
8.根据权利要求6所述的燃料电池内阻的调整系统，其特征在于，所述第二检测组件包括第二压力传感器和流量传感器，所述第二压力传感器设置于所述加湿单元的排气端，所述流量传感器设置在所述加湿单元的进气端。
9.根据权利要求6所述的燃料电池内阻的调整系统，其特征在于，所述加湿单元包括加湿器、水泵、水箱和喷嘴，所述喷嘴设置在所述加湿器内，所述喷嘴通过水泵与所述水箱连通，所述水泵与所述燃料电池控制器电连接。
10.根据权利要求6所述的燃料电池内阻的调整系统，其特征在于，所述电堆内设置有电流检测单元、电压检测单元和第二温度传感器，所述电流检测单元、所述电压检测单元和所述第二温度传感器分别与所述燃料电池控制器电连接。
CN201811024815.8A 2018-09-04 2018-09-04 燃料电池内阻的调整方法及系统 Active CN109390613B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811024815.8A CN109390613B (zh) 2018-09-04 2018-09-04 燃料电池内阻的调整方法及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811024815.8A CN109390613B (zh) 2018-09-04 2018-09-04 燃料电池内阻的调整方法及系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109390613A CN109390613A (zh) 2019-02-26
CN109390613B true CN109390613B (zh) 2020-08-25

Family

ID=65418532

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811024815.8A Active CN109390613B (zh) 2018-09-04 2018-09-04 燃料电池内阻的调整方法及系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109390613B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT524477A1 (de) * 2020-10-20 2022-05-15 Avl List Gmbh Verfahren zur Ermittlung der relativen Feuchte an einem Kathodeneingang eines Brennstoffzellenstapels eines Brennstoffzellensystems

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110165253B (zh) * 2019-05-06 2022-03-18 武汉理工大学 一种pem电堆运行状态监测方法及系统
CN111952638B (zh) * 2020-07-31 2023-09-26 同济大学 一种车用燃料电池的性能恢复系统及方法
CN114335618A (zh) * 2020-09-30 2022-04-12 北京亿华通科技股份有限公司 一种基于环境湿度的燃料电池系统控制方法
CN116259791B (zh) * 2023-05-15 2023-07-28 上海重塑能源科技有限公司 一种燃料电池系统的湿度自调节控制方法及系统
CN117154252B (zh) * 2023-09-25 2024-05-03 法罗电力(浙江)有限公司 一种应用于储能装置的电池均衡系统与方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104521050A (zh) * 2012-05-04 2015-04-15 水吉能公司 用于控制燃料电池模块的系统和方法
CN105226308A (zh) * 2014-06-13 2016-01-06 现代自动车株式会社 燃料电池系统及其控制方法
CN106784935A (zh) * 2017-03-10 2017-05-31 中国计量大学 一种燃料电池输出性能的寻优方法
JP2017224576A (ja) * 2016-06-17 2017-12-21 三菱自動車工業株式会社 燃料電池システム

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5456359B2 (ja) * 2008-04-25 2014-03-26 ヤマハ発動機株式会社 燃料電池システム

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104521050A (zh) * 2012-05-04 2015-04-15 水吉能公司 用于控制燃料电池模块的系统和方法
CN105226308A (zh) * 2014-06-13 2016-01-06 现代自动车株式会社 燃料电池系统及其控制方法
JP2017224576A (ja) * 2016-06-17 2017-12-21 三菱自動車工業株式会社 燃料電池システム
CN106784935A (zh) * 2017-03-10 2017-05-31 中国计量大学 一种燃料电池输出性能的寻优方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT524477A1 (de) * 2020-10-20 2022-05-15 Avl List Gmbh Verfahren zur Ermittlung der relativen Feuchte an einem Kathodeneingang eines Brennstoffzellenstapels eines Brennstoffzellensystems
AT524477B1 (de) * 2020-10-20 2022-08-15 Avl List Gmbh Verfahren zur Ermittlung der relativen Feuchte an einem Kathodeneingang eines Brennstoffzellenstapels eines Brennstoffzellensystems

Also Published As

Publication number Publication date
CN109390613A (zh) 2019-02-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109390613B (zh) 燃料电池内阻的调整方法及系统
CA2552705C (en) Fuel cell system and control method of fuel cell system
CN201237636Y (zh) 一种燃料电池测试系统
US8623564B2 (en) Method for remedial action in the event of the failure of the primary air flow measurement device in a fuel cell system
US9105889B2 (en) Method and apparatus for determining humidity states of individual cells in a fuel cell, method and apparatus for controlling humidity states of individual cells in a fuel cell, and a fuel cell system
CN113258106B (zh) 一种燃料电池生成水含量的判断方法和控制系统
CN109037728B (zh) 一种高可靠性燃料电池发动机
KR101704223B1 (ko) 연료전지 시스템의 운전압력 제어 방법
CN114068997B (zh) 一种高效节能型燃料电池电堆测试系统
US9306230B2 (en) Online estimation of cathode inlet and outlet RH from stack average HFR
US11450869B2 (en) Fuel cell system
US7517600B2 (en) Multiple pressure regime control to minimize RH excursions during transients
CN101645512A (zh) 用作冷却剂加热器的燃料电池组
US20170244122A1 (en) Low-temperature startup method for fuel cell system
KR20170119532A (ko) 연료전지 스택의 제어 장치 및 그 방법
CN114914488B (zh) 一种燃料电池缺氢检测与诊断方法
CN108400351A (zh) 运行燃料电池系统和设定阴极运行气体的相对湿度的方法
JP5061594B2 (ja) 燃料電池運転システム
CN113540506A (zh) 一种燃料电池水管控方法
US9853312B2 (en) Method for determining membrane protonic resistance of a fuel cell stack
KR101134475B1 (ko) 연료전지 저온 운전 제어방법
US20170250426A1 (en) Power generation stopping method for fuel cell system and fuel cell system
KR101887687B1 (ko) 연료 전지 시스템의 산소 및 수소 누설 검출 방법
KR101734760B1 (ko) 연료전지 스택의 제어 장치 및 그 방법
JP2015057777A (ja) 燃料電池装置並びに燃料電池装置の動作方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant