CN109935856A - 一种液体燃料电池系统水平衡的控制方法 - Google Patents

一种液体燃料电池系统水平衡的控制方法 Download PDF

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Abstract

一种液体燃料电池系统水平衡的控制方法，燃料电池电堆的阳极进口和出口分别通过管路与缓冲溶液罐相连通，高浓度燃料储罐通过管路与缓冲溶液罐相连，还包括一采用风扇散热的散热器，散热器上设有气液混合物入口、气体出口和液体出口，气液混合物入口与燃料电池电堆的阴极出口相连，液体出口通过管路与缓冲溶液罐相连；使缓冲溶液罐内燃料浓度恒定；监测燃料电池电堆的实时输出电流，计算散热器气体出口的所需的水平衡温度；使散热器气体出口的实时温度与所需的水平衡温度之差的绝对值小于等于1℃。本发明无需液位传感器的控制方式。通过调节系统的失水和补水平衡，保持系统内的水量维持恒定。

Description

一种液体燃料电池系统水平衡的控制方法
技术领域
本发明涉及液体燃料电池技术领域，具体的说涉及一种液体燃料电池系统水平衡控制方法。
背景技术
相对于现有技术，目前的液位控制传感器存在问题，对于接触式液位传感器不适用于运动中使用，液面持续颠簸振动的应用场景，会造成液位指示不准。而非接触式的光电、电容式的液位传感器对高温溶液指示不准，对蒸汽凝露造成的错误信号无能为力。以上缺陷均限制了燃料电池作为移动电源的使用模式，不能满足燃料电池动中供电的使用模式。
而本发明针对燃料电池移动电源的水平衡管理，发明无需液位传感器的水平衡控制方式。通过调节系统的失水和补水平衡，保持系统内的水量维持恒定。
发明内容
一种液体燃料电池系统水平衡的控制方法，包括电池、燃料缓冲溶液罐，燃料电池电堆的阳极进口和出口分别通过管路与缓冲溶液罐相连通，高浓度燃料储罐通过管路与缓冲溶液罐相连，还包括一采用风扇散热的散热器，散热器上设有气液混合物入口、气体出口和液体出口，气液混合物入口与燃料电池电堆的阴极出口相连，液体出口通过管路与缓冲溶液罐相连；
1)通过控制高浓度燃料储罐向缓冲溶液罐中通入高浓度燃料的速度，使缓冲溶液罐内燃料浓度恒定；
2)监测燃料电池电堆的实时输出电流，计算散热器气体出口的所需的水平衡温度；
3)根据所需的水平衡温度调整风扇转速，使散热器气体出口的实时温度与所需的水平衡温度之差的绝对值小于等于1℃(优选0.5℃)。
所述散热器为一密闭容器，其一端设有气液混合物入口、另一端设有气体出口，于容器底部设有液体出口；一风扇的出风口面向容器，为容器强制散热。
本发明内容所依据的原理为：当且仅当系统中进入的水和排出的水量相等时，系统内的水达到平衡状态。系统的水以尾气中饱和水蒸气的形式排出。
尾气水饱和蒸气压安托尼方程：
水产生：液体(如甲醇)是唯一来源，CH3OH+3/2O2＝2H2O+CO2Nwater＝2j/nF
水排出速率＝水产生速率时，系统内的水达到平衡。
以代表水产生的Nwater和代表水排出的ps，根据水的产生和流失速度相等建立等式。得到温度Tequ和电流j的关系式。是为以尾气出口温度和电堆电流相互关联的水平衡判据。当尾气温度T大于Tequ时，表示排出水过多；当尾气温度小于Tequ时，代表系统内有水的寄存，需要增加排水。
控制方式：电堆电流是跟随型，为设定值。对应此瞬时电流，有唯一的尾气出口温度T，即水汽损失速率，使得分水器内的水位平衡。监测出口尾气温度，高于T失水过多，散热风扇提速，低于T，来水过多，风扇降速。
本发明与现有技术相比，针对液体燃料电池系统的水平衡管理，发明无需液位传感器的控制方式。通过调节系统的失水和补水平衡，保持系统内的水量维持恒定。
附图说明
图1系统水平衡示意图；
1.甲醇进入系统；2.燃料电池系统；3.散热器；4.散热器风扇；5.尾气水排出。
具体实施方式
一种液体燃料电池系统水平衡的控制方法，包括电池、燃料缓冲溶液罐，燃料电池电堆的阳极进口和出口分别通过管路与缓冲溶液罐相连通，高浓度燃料储罐通过管路与缓冲溶液罐相连，其特征在于：还包括一采用风扇散热的散热器，散热器上设有气液混合物入口、气体出口和液体出口，气液混合物入口与燃料电池电堆的阴极出口相连，液体出口通过管路与缓冲溶液罐相连；
1)通过控制高浓度燃料储罐向缓冲溶液罐中通入高浓度燃料的速度，使缓冲溶液罐内燃料浓度恒定；
2)监测燃料电池电堆的实时输出电流，计算散热器气体出口的所需的水平衡温度；
3)根据所需的水平衡温度调整风扇转速，使散热器气体出口的实时温度与所需的水平衡温度之差的绝对值小于等于1℃。
实施例一
环境温度零下20摄氏度，电池系统启动后，使其以恒电流模式稳定运行，待系统稳定运行后，调节散热风扇的转速，使尾气出口稳定为56摄氏度，此时，燃料电池系统内的液位可保持平衡状态。
实施例二
环境温度零下20摄氏度，电池系统启动后，使其以恒功率模式稳定运行，待系统稳定运行后，根据电堆电流调节散热风扇的转速，使尾气出口稳定为56摄氏度，此时，燃料电池系统内的液位可保持平衡状态。
实施例3
环境温度零下20摄氏度，电池系统启动后，使其以恒电压模式稳定运行，待系统稳定运行后，根据电堆电流调节散热风扇的转速，使尾气出口稳定为56摄氏度，此时，燃料电池系统内的液位可保持平衡状态。
实施例4
环境温度零下20摄氏度，电池系统启动后，使其在实际用电负载下跟随负载变功率输出运行，根据电堆电流的变化通过控制散热风扇的转速实时调节尾气出口的温度，使尾气出口温度对应实时变化的电流有不同的控制点，例如，8A电流对应56摄氏度尾气温度，5A电堆电流对应50摄氏度尾气温度，此时，燃料电池系统内的液位可保持平衡状态。

Claims (2)

1.一种液体燃料电池系统水平衡的控制方法，包括电池、燃料缓冲溶液罐，燃料电池电堆的阳极进口和出口分别通过管路与缓冲溶液罐相连通，高浓度燃料储罐通过管路与缓冲溶液罐相连，其特征在于：还包括一采用风扇散热的散热器，散热器上设有气液混合物入口、气体出口和液体出口，气液混合物入口与燃料电池电堆的阴极出口相连，液体出口通过管路与缓冲溶液罐相连；
1)通过控制高浓度燃料储罐向缓冲溶液罐中通入高浓度燃料的速度，使缓冲溶液罐内燃料浓度恒定；
2)监测燃料电池电堆的实时输出电流，计算散热器气体出口的所需的水平衡温度；
3)根据所需的水平衡温度调整风扇转速，使散热器气体出口的实时温度与所需的水平衡温度之差的绝对值小于等于1℃。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：散热器为一密闭容器，其一端设有气液混合物入口、另一端设有气体出口，于容器底部设有液体出口；一风扇的出风口面向容器，为容器强制散热。
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